李金远，彭向阳

（1.雅生活智慧城市服务股份有限公司常州分公司，江苏常州 213022；2.常州大学环境与安全工程学院，江苏常州 213164；3.北京建工金源环保发展股份有限公司，北京 100000）

印染行业的快速发展使印染废水的排放量逐渐增多，成为主要污染源之一。随着纺织印染行业的科技进步与不断创新，化学合成有机原料（染料、助剂及表面活性剂）的使用量大大增加，导致印染废水的色度、碱性、COD 较高，呈现高COD、高色度、可生化性低的特点，加大废水处理难度［1-2］。

印染废水的主要处理方法：（1）生化法，该方法对温度、pH、进水水质要求较高，不适用于水质波动大的染料废水；（2）吸附法，利用活性炭或硅藻土等吸附剂吸附染料废水中的有机染料，但易受废水中高分子污染物、油脂、悬浮物等的影响，且吸附剂再生产生的废水处理困难，吸附剂费用昂贵，运营成本高；（3）物化法，氧气、氯气药剂使用费用高，处理量小［3］。本研究提出隔离循环曝气生物滤池+芬顿氧化深度处理工艺。COD 测试采用GB 11914—89，氨氮测试采用纳氏试剂比色法，SS 含量测试采用0.45 μm 过滤法。该方法可以将废水COD质量浓度从180 mg/L 降至50 mg/L，SS 去除率达50%，氨氮去除率达60%，出水氨氮质量浓度2 mg/L，达到GB 4287—2012《纺织染整工业水污染物排放标准》的排放要求［4-5］。

1 印染废水处理工艺

1.1 工艺流程

原水为来自某污水处理厂经过处理的臭氧池出水。由图1 可知，臭氧池出水（原水）可以通过水泵进入中间水箱，以去除废水中的残余臭氧；若臭氧池出水（残余臭氧质量浓度5.6 mg/L）直接进入BAF 装置会抑制微生物生长，影响COD 去除效果。废水在中间水箱停留1 h，残余臭氧质量浓度衰减为0 mg/L（衰减时间30 min），再通过供水泵进入BAF 装置，前期每天添加定量葡萄糖，培养微生物、细菌，起初连续闷曝5 天，每天24 h 曝气，同时添加营养物质，待填料表面（火山岩表面）有大量菌胶团附着微生物膜后开始低流量进水，隔离曝气循环生物滤池可以有效降低废水的COD、氨氮、SS、色度；BAF 出水进入产水箱，水箱中的废水经过蠕动泵进入芬顿反应水池进行芬顿氧化反应，芬顿出水可直接回用或达标排放。

图1 中试工艺流程

1.2 BAF 处理工艺

传统BAF 在运行过程中滤床易板结、反冲洗耗水量大、反洗不彻底、容易堵塞等，影响其在工业废水领域的广泛应用［6-7］。针对传统曝气生物滤池存在的缺陷，本技术在滤池的导流装置内进行曝气，不仅能满足滤池内微生物对氧气的需求，而且可以借助曝气对水位的提升作用促使滤池内混合液体循环流动，为混合液体从导流装置外部填料区域自上而下或自下而上提供动力。与传统曝气生物滤池底部直接曝气相比，该隔离曝气循环生物滤池技术能有效避免直接曝气对生物床层内微生物的冲刷，相对温和的水力条件更加有利于床层内微生物膜的形成，也有利于世代时间较长、对环境较为敏感菌落（如硝化菌、反硝化菌等）的繁殖。本实验采用市场上比较新颖的填料，垫层采用鹅卵石，吸附层采用火山岩，生物滤池中火山岩及鹅卵石的装填高度从上往下如表1所示。

表1 BAF 中火山岩及鹅卵石的装填高度表

1.3 芬顿氧化处理工艺

废水经过隔离曝气循环生物滤池处理后，大部分氨氮与总氮被去除，但是废水中COD 质量浓度较高，仍然需要进一步处理。采用芬顿氧化处理BAF 出水，溶液pH、Fe2+用量、H2O2用量、反应时间等因素对芬顿反应中羟基自由基的形成有重要影响，从而影响芬顿反应体系的氧化效果。本文设计了H2O2用量（A）、FeSO4·7H2O 用量（B）、pH（C）、水温（D）4 因素4水平正交实验，因素水平表如表2所示。

表2 因素水平表

2 分析与讨论

2.1 BAF 中试实验

接种污泥约300 L（含水率不超过99%）。BAF 按有效容积的5%左右投加污泥，并用臭氧池出水注满废水，采用接种挂膜和自然挂膜相结合的方式对曝气生物滤池进行挂膜启动。挂膜启动分为3 个阶段：（1）闷曝阶段（5 d）；（2）低流量运行阶段，流速为0.5 m3/h，曝气量为10 m3/h（4 d）；（3）流速为1.0 m3/h、曝气量为10 m3/h（7 d）阶段。在污泥接种期间，每天需向曝气生物滤池内投加定量的碳源、氮源，以保证池内微生物正常的生长环境与营养供给；待进出水COD、氨氮值稳定后进行数据测量，具体如图2、图3所示。

图2 BAF 进出水COD 运行效果图

图3 BAF 进出水氨氮运行效果图

由图2 可以看出，BAF 进水水质中COD 波动较大，质量浓度维持在140～200 mg/L，出水COD 比较稳定，质量浓度维持在120 mg/L 左右；COD 平均去除率为35%，且进水COD 值越大，COD 去除率越高；原水中B/C为0.05，可生化性差，在污泥培养阶段每天定期添加1～2 kg 葡萄糖、500 g 磷酸盐，以0.5 m3/h 低流量连续进水曝气7 d，期间保持水中溶解氧质量浓度稳定在2～4 mg/L，水温25～35 ℃，之后镜检会发现大量菌胶团及钟虫，钟虫处于活跃状态，表明污泥培养良好；中流量（2.0 m3/h）进水运行，取消添加营养物质，发现出水COD 较稳定，质量浓度降至120 mg/L。结果表明BAF 池内的好氧微生物经过长时间培养后，对印染废水中的染料中间体有一定的耐受性，再以中流量进水，COD 去除效果明显。

由图3 可知，BAF 进水水质中氨氮波动较大，质量浓度维持在3.0～7.0 mg/L，出水氨氮质量浓度为1.5～3.0 mg/L；进水氨氮负荷最高可达0.05 kg/（m3·d），在此状态下运行时，氨氮去除率可达60%，为后续深度处理减轻负荷。

2.2 芬顿氧化正交实验

正交实验数据分析表见表3。

表3 正交实验数据分析表

由表3 可以看出，各因素对COD 去除效果的影响顺序依次为H2O2用量、FeSO4·7H2O 用量、pH、水温，在pH 为3.5、水温为55 ℃、PAM 用量为1 mg/kg、H2O2用量为2 000 mg/kg、FeSO4·7H2O 用量为1 200 mg/kg 时，COD 去除效果最好（去除率为65%）。在4 个影响因子中，H2O2用量影响最大，这是因为H2O2在亚铁离子的催化作用下会释放大量·OH，而·OH 是分解废水中有机物的主要活性基团［8］，使废水中的有机物氧化分解，但H2O2用量过多会抑制亚铁离子的催化效率，还会对COD 的分析检测造成误差，因此选择合适的用量至关重要。

3 结论

（1）BAF 处理印染废水优化运行工艺：水温25～30 ℃，pH 6.5～8.0，进水流速0.5 m3/h，每天需补充1 kg葡萄糖营养物质，氨氮容积负荷为0.05 kg/（m3·d），接种初期至少添加5%有效体积的活性污泥（污泥质量浓度不小于10 g/L）。在此条件下，BAF 装置可将COD质量浓度从180 mg/L 降至120 mg/L（COD 去除率可达33.3%），氨氮质量浓度从3.0～7.0 mg/L 降至1.5～3.0 mg/L［进水氨氮负荷最高可达0.05 kg/（m3·d），氨氮去除率可达60%］。

（2）芬顿氧化反应处理BAF 出水的优化工艺：pH为3.5，水温为55 ℃，PAM 用量为1 mg/kg，H2O2用量为2 000 mg/kg，FeSO4·7H2O 用量为1 200 mg/kg，此时COD 去除率可达65%。

（3）采用BAF+芬顿氧化组合工艺处理某污水处理厂的臭氧池出水后，出水可达GB 4287—2012《纺织染整工业水污染物排放标准》一级A 排放要求。