据统计,2007年全国印染布产量达660亿m,占世界总量30%以上,废水排放总量居全国工业部门第五位,COD排放总量居第六位。近年来,随着新型染化料助剂的开发和应用,丝绸印染废水呈现出有机污染物浓度高、组分复杂、色度深且波动大的特点,需要进行深度处理。

试验在借鉴同类废水处理工艺的基础上,研究缺氧-生物接触氧化-混凝气浮-生物活性炭组合工艺的处理效果及工艺参数。
1、试验
    1.1　原水水质
    试验原水来源于某研究机构的丝绸印染废水。废水中含有染料、表面活性剂、固色剂、酸、碱以及蚕丝上的杂质与水解产物等,有机物浓度高、波动范围大,色度较深。原水水质及污水排放标准。
    1.2　试验装置及流程
   可知,试验原水的BOD/COD比为0.50左右,总体可生化性尚好,因而采用生物与物化相结合的组合处理工艺。
 试验装置及主要参数如下:
    (1)进水池　采用聚氯乙烯塑料箱,容积50L。
    (2)缺氧池、生物接触氧化池　有机玻璃制,内径100mm,高1.0m,有效容积6.28L,采用组合纤维填料。
    (3)混凝气浮池　有机玻璃制,内径100mm,高1.0m。考虑混凝剂经济性、可行性及应用经验,采用聚合氯化铝(PAC)和氯化铁进行试验。
    (4)生物活性炭池　有机玻璃制,内径50mm,高1.0m,有效容积1.42L。活性炭采用柱状净水炭,主要性能指标:碘吸附值≥1000mg/g,耐磨强度90%。
    (5)进水采用电子蠕动泵,可实现无级调速。
    (6)充氧由气泵通过底部的多孔砂芯曝气器进入缺氧池、生物接触氧化池及生物活性炭池。
    1.3　试验方法
    (1)连续生化试验
    每天取丝绸印染废水至进水池,用蠕动泵提升至缺氧池进行连续生化处理,调整工艺运行参数并取样分析。经缺氧-接触氧化-混凝气浮单元处理的废水流入生物活性炭池,定期取样分析。

(2)混凝试验
    采用生物接触氧化池出水进行混凝试验,通过混凝效果比较,优选较佳的混凝剂。
    (3)生物活性炭深度处理试验
    对丝绸印染废水中的固色剂和染料等难降解物质进行模拟废水配制,配水方案。配制的试验废水通过蠕动泵提升至生物活性炭池,进水流量为11L/d,定期测量进、出水COD变化情况,研究生物活性炭技术对难降解物质的处理效果。

    1.4　测试方法
    水质检测均按国家标准分析方法及国家环保局组织编写的《水和废水监测分析方法》(第四版)进行。
2、结果与分析
    2.1　连续生化试验
    连续生化试验历时3个月,其中填料挂膜驯化期约30d,驯化稳定期可观察到粘附在填料上的生物膜结构密实、污泥絮体成球状。对生物接触氧化池内的填料进行显微镜观察,若发现有大量菌胶团存在,说明生物膜基本驯化成功,污泥沉降性能良好,可进行连续试验。
   可知,缺氧水解对丝绸印染废水COD具有一定的去除效果。进入稳定运行阶段后,进水COD为900~2500mg/L,废水经缺氧处理后,COD明显降低,再经生物接触氧化进一步处理,出水COD基本控制在300mg/L以下,平均去除率为82%,表明缺氧-接触氧化系统对废水COD 变化具有较好的适应性,能够适应丝绸印染废水COD波动大的特点。测定缺氧池进出水挥发性脂肪酸(VFA)发现,原水VFA为 0.6~0.7mmol/L,缺氧池出水VFA为1.1~1.4mmol/L,表明经缺氧处理后,部分高分子有机物已转化为分子量较小的有机酸组分,改善了印染废水的可生化性。
    2.2　混凝试验
    在相同条件下,聚合氯化铝对废水COD去除率为20%~30%,且受进水浓度的影响较小,混凝效果较为稳定。而氯化铁对COD的去除率为 10%~25%,但波动较大,因而确定采用聚合氯化铝作混凝剂。经混凝处理的生物接触氧化池出水COD仍大于100mg/L,不能满足排放标准,需要进一步处理。
    2.3　生物活性炭深度处理试验
    生物活性炭法处理废水,这一过程涉及活性炭颗粒、微生物、水中污染物(基质)及溶解氧4类物质在水溶液中的相互作用[1-2]。由于表面微生物的存在,生物活性炭对废水中污染物具有降解作用,可以提高活性炭的吸附量,并延长使用周期[3]。另一方面,活性炭的孔隙可作为污染物吸附平衡的“仓库”, 有机物液相浓度高时,吸附物质进入活性炭;液相浓度低时,吸附物质扩散离开活性炭,被生物降解[4-5]。试验原水经连续生化-混凝处理后,出水仍不能达到排放标准,因而需采用生物活性炭法进行吸附-降解试验。
    2.3.1　废水中难降解物质的深度处理
    经分析印染废水的组成发现,接触氧化处理后,固色剂和染料对废水COD的贡献较大,且是主要的难降解物质。因此对这些难降解物质单独配水,进行生物活性炭池处理试验。 
   可知,生物活性炭对染料COD的去除率达50%以上,对固色剂COD的去除率在30%以上。研究结果也表明,难降解物质经活性炭吸附调节及催化作用后,需要有足够的时间完成微生物降解过程[2]。因此,难降解物质结构及停留时间是影响生物活性炭去除率的重要因素。对于丝绸印染废水中的主要难降解物质,在相应的停留时间条件下,采用生物活性炭深度处理可达到较好的去除效果。对色度的去除率达到90%以上,可较好地解决丝绸印染废水的脱色问题。
    2.3.2　混凝气浮出水的深度处理
    丝绸印染废水经连续生化处理后,进入混凝气浮单元,采用组合工艺,最终出水作为回流溶气水,回流比为20%~30%。由于溶气水的稀释作用及气泡对混凝絮体的粘附截留作用,混凝气浮单元对废水COD的去除率达到30%~40%。混凝气浮出水COD为170mg/L左右,再经生物活性炭处理, 出水COD基本达到排放标准要求。
 
   可知,生物活性炭的处理效果受进水水质影响,COD去除率会出现波动。这可能是进水有机污染物浓度较高时,其中难降解物质含量也相对较高, 而微生物对废水中难降解物质的去除效果有限。因此,处理后出水回流是稳定运行效果的重要措施之一。丝绸印染废水通过缺氧-接触氧化-混凝气浮-生物活性炭组合工艺处理后,出水COD≤100mg/L。

3、工程应用
    在对丝绸印染废水进行具体分析和试验研究的基础上,结合该单位场地情况进行工程设计和建设。
    3.1　工艺流程
    由于废水水温较高,需先经冷却塔冷却后,再进入调节池。调节池内废水由泵输送至生物缺氧池,自流入生物接触氧化池进行生化处理。处理后的出水经混凝反应池后先进入气浮处理系统,再进入生物活性炭滤池和纤维球过滤器进行深度处理,处理出水达标排放。收集气浮池中的污泥,进入污泥反应池,由污泥脱水机进行脱水,脱水后的污泥含水率为75%左右。
    3.2　处理系统进出水水质
    为保证微生物系统的稳定性,工程设计中在缺氧池前设置了调节池,原水、调节池内废水及处理后的出水水质。
该工程调试稳定后,运行情况良好,出水CODCr≤100mg/L,色度≤10倍,BOD5≤10mg/L,达到国家《污水综合排放标准》GB8978-1996的一级标准。
4、结论
    (1)缺氧-生物接触氧化处理系统对丝绸印染废水COD有较好去除效果,进水COD为900~2500mg/L时,出水COD低于300mg/L,平均去除率为82%。系统对进水COD的变化具有较好的适应性,能够适应丝绸印染废水COD波动大的特点。
    (2)生物活性炭对进一步去除丝绸印染废水中的难降解物质有较好效果,对染液色度有较高的去除率,是深度处理丝绸印染废水的有效途径之一。
    (3)采用缺氧-接触氧化-混凝气浮-生物活性炭组合工艺处理丝绸印染废水,处理效果稳定,实际工程运行良好,出水水质达到国家《污水综合排放标准》GB8978-1996的一级标准。