印染废水水解酸化处理中填料的优化研究
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摘要：印染生化处理工艺，因其处理效果显著、运行稳定、操作方便而被大家所广泛接受，尤其是以先水解酸化再接触氧化为主的处理工艺，采用得更为广泛。该工艺中的关键技术——生物载体（俗称）更受到广大专家、用户的关注。本研究根据“萧山钱塘污水处理有限公司”30万吨/日实际工程——高浓度印染、化工厌氧水解工艺中所应用的“TB/TA、TB/TH自由摆动”，通过小试、中试实验对多种进行效能优化研究。该实验结果对的选型及实际工程，特别是在成分复杂多变的印染、化工处理工程中的应用具有重要的指导意义。
关键词：印染； 厌氧水解； ； 效能优化
前 言
印染具有水量大、有机污染物浓度高、色度深、碱性大、水质变化大、成分复杂等特点，属较难处理的之一。印染在进入厌氧水解池前由于染料、助染剂、着色剂和pH控制各种化学物品的使用等，中含有大量难降解的高分子化合物，可生化性差，用常规的好氧生物处理较难去除。但经过厌氧水解处理后，高分子有机物可以分解成为可降解的小分子物质，有机物降解会产生部分有机酸，可以中和中的碱性物，降低pH值。其主要作用是通过厌氧水解提高B/C比，即提高可生化性，为后阶段好氧生化处理提供可靠的保障，同时也起到调节水质的作用[1-5]。
生物又叫生物膜的载体，简单地说就是在生化处理中给微生物提供一个栖息和生长的场所，同时它也是固定微生物的载体。其发展过程从固定式至移动式，从硬性、软性、半软性至弹性，品种繁多，各有千秋；目前，以PP、PE等聚合物为原材料的弹性立体在厌氧水解反应中已得到广泛应用。生物的物理化学性能对印染厌氧水解处理的效率、效能、稳定性以及可靠性均有直接影响，而目前关于这方面较系统的研究报道较少；本实验主要以高浓度印染、化工厌氧水解工艺中所应用的“TB/TA、TB/TH自由摆动”为例，从的挂膜量、挂膜速度以及对印染B/C比值的提高和CODcr的去除效果等方面进行研究，其成果可应用于同类印染、化工处理场合，也可定性地作为生物膜水处理工艺的设计参数，为今后在印染处理工程中，指导的选型及实际工程的应用具有深远的意义[6-16]。
本实验研究源于萧山东片大型污水处理厂。其工程设计规模为100万吨/日，一期工程为30万吨/日，预计2006年建成投入运转。进厂污水主要来自东部的印染和化工企业的排放污水，水质的不确定性因素较多，其设计进厂污水水质为CODcr≤1500mg/L、NH3－N≤20 mg/L、SS≤300 mg/L、BOD5≤300 mg/L、TP≤3 mg/L、pH=6～11。该项目由北京国环清华环境工程设计研究院设计，在对印染中试基础上，设计采用“生物吸附—厌氧水解—好氧处理—高效澄清池”的处理工艺。经上述污水处理后，以达到《排放标准二级标准》：
CODcr≤150mg/L BOD≤30 mg/L
SS≤30 mg/LNH3－N≤20 mg/L
TP≤1.0 mg/L 色度≤80TOC≤30
1 中试实验条件
为了对进行生产性规模的考察，本中试实验对TA-Ⅱ和TA-Ⅱ+高分子及TH三种在挂膜速度、B/C比和COD去除效果等多方面进行比较，使试验更具有代表性；试验装置直接放在萧山东片污水处理厂内，试验直接从该厂调节池内用潜水打入试验池中。
1.1 中试装置和试验材料参数
中试装置采用钢板容器，长×宽×高=3.20×2.00×3.00（m），每池净容积为16m3，共有3个池，进行三种的比较试验。
中试装置的3个池子内分别安装TA-Ⅱ、TA-Ⅱ+高分子、TH，以进行对比试验。
中试装置结构及试验材料参数分别见图1和表1：
1.2 排列方式
试验采用并列式排列，规格为φ200，每个池中尼龙绳串起长2m，每排14根，共8排，132根，每根21片，总计为2772片，体积为2.8×1.6×2.0（m）=8.96m3。
1.3 池内水质状态
同样为了保证池内水质和污泥的均匀性，在池内底部安装一台潜水，从池的出口端抽吸到进口端处，用时控开关自动控制回流量为28 m3/h，开启时，在池内平均流动速度=流量/截面积=12m/h。
1.4 进水水量控制
中试直接来自萧山东片污水处理厂，进口流量为6 m3/h，用流量计控制分配进入三个池中，每个池又有流量计控制入池水量为2 m3/h。
1.5 试验类型
试验为三种类型：
（1）闭路系统池内呈封闭体系，主要是为了进行稳定的挂膜，但封闭试验时，池内潜水照样按规定启动，停2h，启动1h，每天24h中启动8h，由时控开关控制，以保持池内水质和污泥的均匀。
（2）流动系统（内循环）：池按流动状态进行试验，模拟设计运行流速，按流量2 m3/h进出水，使在池中停留8h，但流动过程中用循环来保持的设计流速12 m/h。
（3）流动系统（无循环）：试验装置与（2）相同，但池内潜水停开，进出口流量保持在2 m3/h，此时无循环流量和混合干扰，模拟生产水质混合状况，以考察在正常停留8h后，自然流动对处理效果的影响（此时池内流速达不到工程设计流速12 m/h）。
1.6 池内水温和污泥量
池内处理的印染为周边印染厂家直排，一般水温＞50℃，故到池内水温大致在20℃左右，同时试验气候为10～12月份，气温在平均15℃左右，每池投加来自萧山东片污水处理厂厌氧工段污泥约80kg，保持池内Pv（污泥沉降比）≈0.5，考虑流动系统污泥的流失，每周每池添加回流污泥20kg，以保持稳定的Pv值。
2 中试实验结果和讨论
2.1 各种的挂膜增量和挂膜速度
中试分三个阶段（从05年10月22日至05年12月8日历时47d）：
第一阶段为闭路系统，从05年10月22日开始至05年11月16日，为期25d，每一个周期全换一次，并投加厌氧污泥80kg。
第二阶段为流动系统（内循环），从05年11月16日至12月4日，历时18天，流动状态下在池内停留8h，除开始投加80公斤厌氧污泥外，每隔7d添加污泥20kg作回流污泥，补充污泥流失。
第三阶段为流动系统（无循环），从05年12月4日至12月8日，历时4d，开始时补充20kg厌氧污泥。
中试试验各种的挂膜增量和挂膜增量速度见表2和图2、图3。
各种挂膜示意图：
中试过程三种达到稳定挂膜量的时间基本一致，15～20℃时为40天左右，但稳定时挂膜量不同，TA-Ⅱ为TH的59%，TA-Ⅱ+高分子为TH的76%。在挂膜前期（10～30天），TA-Ⅱ仅为TH的25-30%，TA-Ⅱ+高分子可达TH的80%。达到同样挂膜量的时间TA-Ⅱ比TH延迟了25天，而TA-Ⅱ+高分子比TH延迟为11天。
虽然TH的挂膜量与挂膜速度均大于TA-Ⅱ和TA-Ⅱ+高分子，但由于TH的单丝细，单片计算的比表面积比TA大100倍，折算到单位面积的挂膜量则TH要比TA-Ⅱ小得多，所以适当减小TA-Ⅱ的丝径，由现在的0.5mm减为0.35mm，则在耗材重量不变的情况下，再加上高分子浸涂后预计可达到TH的前期效果，而TA-Ⅱ和TA-Ⅱ+高分子在后期却有望优于TH，同时工作寿命仍保持原来的优势。
2.2 B/C比提高的比较
在到达稳定挂膜重量和厌氧水解后，中B/C比的变化见表3。
结果分析：
（1）流动系统（内循环）厌氧水解后，B/C增幅要比流动系统（无循环）大，可以认为内循环有利于厌氧水解的传质过程和污泥的均匀，有利于与的充分接触。
（2）从TH看，在处理进行的初期（47d后），其TH的优势还是比较明显的，但是长期处理效果，与TA的比较，还有待于继续试验。
（3）本工程在厌氧水解前还需经生物吸附与沉淀，工艺试验表明经过生物吸附沉淀后进水pH＜10，不会出现象中试进水pH＞10的情况，所以涂层深层溶出现象可以缓解，这样TA-Ⅱ+高分子处理中B/C比会有较大幅度的提高。但中试表明，经过厌氧水解处理后，所有效能优化后，其B/C比均没出现大于0.40的情况。
2.3 CODcr去除效果的比较
流动系统中试厌氧水解池的CODcr去除效果见表4。
表4中上述三组数据，均表明在挂膜稳定期，中试厌氧水解中，pH值下降，酸性程度增加，CODcr有一定下降。
在本厂厌氧水解工段，厌氧菌降解中的有机物主要为水解过程，即厌氧菌将复杂大分子有机物水解为有机酸、醇和H2/CO2等产物，把大分子有机物水解为小分子易降解的有机物。此阶段除了厌氧菌生长状况（挂膜量）和水温有明显的影响，pH值对厌氧水解过程的影响也是不容忽视的。
厌氧水解的合理的pH值通常在7.5～9.5范围内，萧山东片污水处理厂在厌氧水解工段进水pH值大多在8.5～9.5范围内波动，但也有pH超过10到10.5的情况。我们对12月2日到5日的7组中试数据进行分析，分别计算pH在接近9.5和10.5时各种对CODcr去除率（平均值）的影响见表5。
当pH值在10～10.5时将不利于厌氧水解反应，抑制了有机酸的生成，CODcr去除率平均都下降了3个百分点，跟表10的趋势相一致，这是值得注意的。
当pH值控制在9.5以下，才能使厌氧水解过程正常进行，如果pH＞10，那么对整个过程的影响将明显不利。
3 实验小结和工程建议
3.1 对于在萧山东片大型污水处理厂工程中应用的建议
（1）从挂膜量来看，达到稳定期的挂膜量TA仅为TH的60%，而TA-Ⅱ+高分子可达80%。如将TA-Ⅱ+高分子的丝径由0.5mm改为0.35mm，在保持同样用材的情况下，可望达到TH的相同挂膜量。
（2）从挂膜速度来看，达到与TA稳定期（约40d）的同样挂膜量TH只需25d，TA-Ⅱ+高分子为30d。而在开始挂膜的最初30天的速度TH为TA-Ⅱ的5倍，TA-Ⅱ+高分子为TA-Ⅱ的4倍。如将TA-Ⅱ+高分子的丝径减小为0.35mm，同样可望达到与TH相同的挂膜速度。
以上的两点分析，从表面上看单用TA不那么理想，但由于中试挂膜试验采用的是自然挂膜，所以挂膜较慢，而在实际工程应用中，我们采用培菌挂膜，有效地控制适宜细菌生长的pH值、温度、营养比等，缩短挂膜时间，达到工程要求一个月之内完成挂膜的目标是有可能的。然而用TH则已有其它工程实践表明不理想。用0.35mm丝径的TA-Ⅱ+高分子可以达到TH的近期效果，并可望达到比TA更直接的长期性能。
（3）从提高B/C的效果来看，建议使用涂覆料涂覆时，是在组合之前的单片状态或在拉丝时同时完成，使涂层有条件充分交联。此外，本工程实际工艺流程在厌氧水解前有生物吸附处理并投加FeSO4。已有的工艺试验表明这可使污水进入厌氧时pH降为9.5以下，从而使高分子涂层的溶解释放得到控制。
由于中试未作挂膜达稳定期（40d）之前的初期B/C效果测试，但初期的TA-Ⅱ+高分子挂膜量为TA的2~3倍，其提高B/C的优势仍可能存在，会有利于总体水质尽早处理达标。
以上推测还有待于下阶段生产性试验中验证。
（4）生产性布置的建议
萧山东片大型污水处理厂处理水量为30t/d。厌氧水解池共分4个单元，即A、B、C、D4个池子，每个池子又设4个流道，共16个流道，每个廊道内停留时间为8h，处理水量约2t/d。
AB厌氧池：
1个流道为全TH
1个流道为全TA-Ⅱ（d=0.5mm）
1个流道为全TA-Ⅱ+高分子（d=0.5mm）
1个流道为全TA-Ⅱ（d=0.35mm）
1个流道为全TA-Ⅱ+高分子（d=0.35mm）
1个流道为1/2TH+1/2TA-Ⅱ（d=0.5mm）
1个流道为1/2TH+1/2TA-Ⅱ+高分子（d=0.5mm）
1个流道为1/2TH+1/2TA-Ⅱ+高分子（d=0.35mm）
CD厌氧池：
全部 1/2TH+1/2TA-Ⅱ （0.35优先考虑按生产能力）
3.2 进水pH值对厌氧水解有较大的影响
当pH值在10以上会导致出水CODcr去除率的下降，当进水pH＜9.5时，厌氧水解能够正常运行。
参考文献
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