詳細(xì)介紹了印染廢水中氨氮和COD的去除原理，并通過中試試驗進(jìn)行驗證，證明了某印染企業(yè)生產(chǎn)廢水在水解酸化后，利用同步硝化反硝化原理可以對水中主要污染物進(jìn)行有效處理，使得出水達(dá)到《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》相關(guān)要求。
1 工程概述
印染廢水是加工棉、麻、化學(xué)纖維及其混紡產(chǎn)品的印染廠排出的廢水。其特點是廢水水量較大，有機(jī)污染物含量高、堿性大、水質(zhì)變化大。印染廢水作為一種工業(yè)廢水極難被處理，因為其成分復(fù)雜，包含染料、砂類物質(zhì)、纖維雜質(zhì)、酸堿、油劑、助劑、漿料、無機(jī)鹽等。
1.1 進(jìn)水水質(zhì)
某印染企業(yè)排放的印染廢水水質(zhì)如表1。
1.2 出水水質(zhì)
污水經(jīng)處理后，該企業(yè)要求只有達(dá)到《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB8978-1996）一級標(biāo)準(zhǔn)才能排放。
2 處理工藝的選擇
2.1 工藝分析
印染廢水污染程度高，水質(zhì)水量波動較大，成分復(fù)雜，直接進(jìn)入主體工藝處理，會對處理工藝造成沖擊，不能達(dá)到預(yù)期處理效果，需要對廢水進(jìn)行水質(zhì)水量調(diào)節(jié)。進(jìn)水水質(zhì)COD為500-600mg/L，氨氮為400mg/L，研究時擬采用生物法進(jìn)行處理，采用曝氣水解酸化池和厭氧反應(yīng)器對廢水進(jìn)行預(yù)處理，使廢水中的高分子有機(jī)物開環(huán)斷鏈為小分子并去除一部分COD，同時將有機(jī)氮在厭氧條件下轉(zhuǎn)化為氨氮，在后續(xù)的好氧工藝中，通過添加特殊的填料，使池中同時存在好氧和兼氧兩種環(huán)境，對廢水進(jìn)行生物降解及同步硝化反硝化，達(dá)到去除COD和氨氮的目的。
2.2 主要污染物去除原理
2.2.1 氨氮的去除
在生物脫氮期間，首先在好氧條件下廢水中的氨氮會被硝化菌氧化為NOX-，之后在缺氧條件下，NOX-會被反硝化菌還原為N2。硝化菌具有明顯的好氧和自養(yǎng)特性，而反硝化菌具有明顯的缺氧和異養(yǎng)特性，兩者之間存在明顯差異，因此，通常兩者的脫氮過程需要在一個反應(yīng)器中順次進(jìn)行，或者直接在兩個反應(yīng)器中獨(dú)立進(jìn)行。
若混合液處于缺氧狀態(tài)或者進(jìn)入缺氧池，反硝化菌工作，硝化菌處于抑制狀態(tài)；若混合污泥處于好氧狀態(tài)或者進(jìn)入好氧池，則情況完全相反。依據(jù)上述原理，若能夠采取一定措施將污泥中的兩類不同性質(zhì)的菌群放在同一反應(yīng)器中同時工作，形成同步硝化反硝化（SND），那么脫氮工藝不僅步驟簡化了，而且效能更高。
同時，就SND工藝來說，反硝化產(chǎn)生的OH還能夠中和硝化產(chǎn)生的H+，避免出現(xiàn)硝化期間產(chǎn)酸引起pH值下降嚴(yán)重問題，減小了pH值的波動，提高了兩個生物反應(yīng)效率，尤其是對于高氨氮廢水脫氮來說，效果更加明顯。所以，合理的控制工藝參數(shù)，如停留時間、溶解氧值、碳氮比、溫度及污泥濃度是SND成功實現(xiàn)的關(guān)鍵。
同時，在微氧條件下，氮的去除途徑主要包括兩種：一是同步硝化反硝化；二是短程硝化反硝化。在常規(guī)的硝化反應(yīng)中，氮的硝化分為兩步，分別由不同微生物完成。其反應(yīng)為：
由此可知，在生物脫氮中將NO2-氧化成NO3-，再將NO3-還原成NO2-的兩步毫無意義，可采取有效措施將其避免，可節(jié)約40%左右的有機(jī)碳源和25%左右的氧氣。
短程硝化和反硝化就是將硝化過程中將反應(yīng)控制在亞硝酸化階段，從而直接進(jìn)行反硝化，廢水中氨和微溶解氧對亞硝酸氧化菌有抑制作用，有利于氨氧化菌在微氧條件下成為優(yōu)勢菌種，從而有利于短程硝化與反硝化的進(jìn)行，但溶解氧并不是越低越好，應(yīng)對其進(jìn)行適當(dāng)控制，若溶解氧的質(zhì)量濃度過低，會影響氨氧化菌的活性。因此，實現(xiàn)短程硝化和反硝化的關(guān)鍵是如何能將硝化反應(yīng)控制在反硝化階段。
本廢水中含有尿素，有機(jī)氮含量較高，經(jīng)過微氧調(diào)節(jié)池和厭氧反應(yīng)器處理后，大部分有機(jī)氮會轉(zhuǎn)化成氨氮，在后續(xù)處理環(huán)節(jié)采用微氧同步硝化反硝化技術(shù)將廢水中的氨氮去除到排放標(biāo)準(zhǔn)以下。
考慮到廢水中的碳源相對較少，且在反硝化過程中消耗堿度，選擇在微氧反應(yīng)池中適當(dāng)補(bǔ)充NaHCO3和NaOH，增加廢水的碳源和堿度，保證硝化反硝化反應(yīng)的正常進(jìn)行。
在好氧池中填加 FSB 琉璃球填料，該填料本身具有微孔結(jié)構(gòu)，可以吸附較多的活性污泥，增加微生物濃度，同時，因填料的特殊構(gòu)造，在曝氣條件下可以形成由內(nèi)及表的厭氧、兼氧和好氧的環(huán)境，為硝化細(xì)菌和反硝化細(xì)菌提供了必要的生存條件，使得多種微生物（包括硝化細(xì)菌和反硝化細(xì)菌在內(nèi)）在同一反應(yīng)器內(nèi)保持良好的共生關(guān)系，從而實現(xiàn)硝化和反硝化作用在同一反應(yīng)器內(nèi)同步發(fā)生。
2.2.2 COD 的去除
污水中 COD 的去除是靠微生物的吸附作用和代謝作用，然后將污泥與水進(jìn)行分離來完成的。
活性污泥中的微生物在有氧條件下將污水中的一部分有機(jī)物用于合成新的細(xì)胞，將另一部分有機(jī)物進(jìn)行分解代謝以便獲得細(xì)胞合成所需的能量，其最終產(chǎn)物是CO2和H2O等穩(wěn)定物質(zhì)。在這種合成代謝與分解代謝的過程中，溶解性有機(jī)物（如低分子有機(jī)酸等易降解有機(jī)物）直接進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)部被利用，而非溶解性有機(jī)物則首先被吸附在微生物表面，然后被酶水解后進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)部被利用。
由此可見，微生物的好氧代謝作用對污水中的溶解性有機(jī)物和非溶解性有機(jī)物都起作用，并且代謝產(chǎn)物是無害的穩(wěn)定物質(zhì)，因此，可以使處理后污水中的殘余 COD 濃度很低。
對于那些成分主要為生活污水或與生活污水相近的工業(yè)廢水，BOD5/COD比值往往接近 0.5 甚至大于 0.5，污水的可生化性較好，出水 COD 值可以控制在較低的水平。但印染廢水中有機(jī)物濃度高，分子量較大，不易生化，對微生物造成很大的抑制作用。
通過微氧調(diào)節(jié)池進(jìn)行水解酸化可以起到解毒、破壞分子結(jié)構(gòu)與提高廢水可生化性的作用并且降解 30%的 COD。厭氧反應(yīng)器和一級好氧池，可以降解 60%以上的 COD 及部分氨氮，廢水從一級好氧池出來再進(jìn)入二級好氧池，在外加碳源和堿度的條件下進(jìn)行同步硝化反硝化，使出水 COD≤100mg/L，NH 3 -N≤15 成為可能。
綜上所述，本研究方案擬采用格柵集水井+微氧調(diào)節(jié)池+厭氧反應(yīng)器+一級好氧池+二級好氧池的工藝，同時，通過按照不同比例分別在微氧調(diào)節(jié)池和厭氧反應(yīng)器內(nèi)填充一定量的 FSB 琉璃球填料，增加池內(nèi)微生物濃度，提高處理效率，從而保證出水可以達(dá)標(biāo)排放。
2.3 工藝流程圖（圖 1）
2.4 工藝流程說明
2.4.1 格柵集水井
用于收集各工段廢水，將廢水中的線頭、碎步等容易造成后續(xù)處理設(shè)施設(shè)備堵塞的雜物提前打撈，保證后續(xù)工藝能連續(xù)穩(wěn)定的運(yùn)行。
2.4.2 微氧調(diào)節(jié)池
傳統(tǒng)的調(diào)節(jié)水解酸化池只起到調(diào)節(jié)水量均衡水質(zhì)的作用，而對水中的有機(jī)物降解和分解作用較小，在調(diào)節(jié)池中放置一定比例的 FSB 生物填料，通過向廢水中適當(dāng)曝氣，使調(diào)節(jié)池形成水解酸化狀態(tài)，分解大分子有機(jī)物為小分子有機(jī)物從而提高廢水的可生化性，在調(diào)節(jié)水質(zhì)均衡水量的同時，為后續(xù)的主體構(gòu)筑物減輕負(fù)擔(dān)，提高各種污染物的去除率，也可將部分有機(jī)氮轉(zhuǎn)化為氨氮。
2.4.3 厭氧反應(yīng)器
印染廢水中含有很多高分子的有機(jī)物，在填加了 FSB琉璃球填料的厭氧反應(yīng)器中，廢水經(jīng)過厭氧反應(yīng)器時，因為池內(nèi)充填的 FSB 琉璃球填料能很好地截留水中的活性污泥，增加污泥濃度，提高抗沖擊負(fù)荷的能力，同時，通過厭氧菌的作用對高分子有機(jī)物進(jìn)行水解，分解為低分子易降解的物質(zhì)并發(fā)生反硝化反應(yīng)，在厭氧菌自身的代謝和反硝化反應(yīng)的作用下，厭氧池的出水 COD 有了大幅降低，剩余 COD 在進(jìn)入好氧反應(yīng)池后通過好氧菌的作用得到徹底的降解。
2.4.4 一級好氧池
FSB 琉璃球填料為多孔結(jié)構(gòu)，具有良好的吸附性，可以吸附廢水和中的金屬離子、有機(jī)污染物、色素等，利用FSB 琉璃球填料的吸附以及填料內(nèi)微生物對有機(jī)物的分解作用，延長填料吸附能力，同時，微生物在生長的過程中，能夠以粒狀填料為載體，在其表面形成一層生物膜，融合活性污泥法與生物膜法的優(yōu)點，提高降解效率。
在適當(dāng)?shù)脑O(shè)計和運(yùn)行條件下，一級好氧池保持好氧狀態(tài)，填料表面生長的大量好氧微生物充分發(fā)揮了它們對有機(jī)物的降解作用，顯著提高了出水水質(zhì)，并延長了填料的使用周期，且 FSB 琉璃球填料在池中呈流離狀態(tài)，這樣更加有利于廢水和填料的接觸，最大限度地發(fā)揮生物降解的作用。
2.4.5 二級好氧池
不同于一級好氧池，考慮到對廢水中氨氮的去除，二級好氧池中呈微氧狀態(tài)，同時，在池中適當(dāng)加入 NaOH、NaHCO3和甲醇，保證反應(yīng)池中有足夠的營養(yǎng)，同時池中的FSB填料仍呈現(xiàn)流離狀態(tài)，使得廢水與微生物充分接觸后最大限度的去除廢水中的氨氮。
3 結(jié)論
按照上述工藝流程及運(yùn)行條件進(jìn)行中試，出水水質(zhì)達(dá)到了設(shè)計要求，沿程水質(zhì)變化分析表如表 3。
