（市政工程专业论文）好氧颗粒污泥培养及在印染废水处理中应用研究.pdf

摘要 本论文针对印染废水水质水量变化大、难降解有机物高、色度高、生物可生 化性差等特点，将好氧污泥颗粒化技术应用于印染废水处理。在模拟废水中培养 出成熟好氧颗粒污泥基础上，逐步采用印染废水驯化颗粒污泥，探讨好氧颗粒污 泥作为生物法处理印染废水的可行性，以期为颗粒化反应器从实验室小试到工业 废水处理应用提供理论依据。试验研究表明： ( 1 ) 采用普通絮状活性污泥为接种污泥，以葡萄糖为碳源，在有机容积负 荷( o l r ) 为4 8 k g c o d ( m 3 d ) ，气体表观流速为1 4 e m s ，沉淀时间2 m i n ，体积 交换率7 5 的条件下，经过近7 0 琏续培养，好氧颗粒污泥平均粒径8 m m 。 ( 2 ) 好氧颗粒污泥m l s s 7 5 0 0 m g l ，污泥体积指数s 小于5 0 m l g ，沉降速 度为7 5 m h ，比重为1 0 1 8 9 m l ，表观氧利用率8 5 2 m g o 地h ) ，含水率9 7 _ 3 。好 氧颗粒污泥各项指标均优于接种的普通活性污泥。c a 元素在好氧颗粒污泥形成 过程中起重要的作用，污泥颜色由深褐色变为白色与c a 的质量分数增加有关。 ( 3 ) 扫描电镜观察( s e m ) 可以看出，好氧颗粒污泥表面结构紧凑，外观 较规则，颗粒内部以球菌为主，嵌在胞外多聚物( e p s ) 中，外层以真菌和丝状 菌为主，丝状菌之间相互缠绕成一个立体框架，内部具有有利于传递氧和有机质 的孔隙和“通道”。 ( 4 ) 好氧颗粒污泥对模拟废水中c o d 、氨氮和总磷等主要污染物有较好的 去除效果。当c o d 、氨氮和t p 进水平均浓度分别为2 0 0 0 m g l 、l o o m g l 和2 0 m g l 时，平均出水浓度分别) q 9 8 m g l 、1 1 6 m g l 和2 2m g l c o d 、氨氮和t p 平均去 除率分别为9 5 1 、8 9 1 和8 9 3 。 ( 5 ) 好氧颗粒污泥处理印染废水试验研究表明：试验经过启动初期( 1 4 0 d ) 运行后，启动进入稳定期( 4 1 6 0 d ) ，此阶段反应器稳定处理印染废水，平均 进水c o d 5 7 6 m g l ，平均出水c o d 9 2 m g l ，平均去除率为8 3 2 ，出水c o d 满 足纺织染整工业水污染物排放标准一级标准。对色度平均去除率为7 0 左 右，高于普通活性污泥法对色度仅为3 0 5 0 的去除率。好氧颗粒污泥主要指 标没有明显变化。 ( 6 ) 考察不同容积负荷对反应器处理效果的影响。试验结果表明：在平均 进水c o d 浓度为4 1 5 $ m g l 时，出水平均浓度仅为7 4 4 m g l ，去除率8 2 1 ， 出水c o d 优于纺织染整工业水污染物捧放标准) 一级标准。在平均进水c o d 浓度为8 1 4 0 m g l 和1 0 3 2 6 f i 虮时，出水c o d 均满足纺织染整工业水污染物 捧放标准二级标准。 关键词：好氧颗粒污泥、印染废水、s b r a b s t r a c t a e r o b i cg r a n u l es l u d g ew a s a p p l i e di nt r e a t i n gt h ev a r i a b l ea n dc h a n g e a b l et h e p r i n t i n ga n dd y e i n gw a s t e w a t e rw h i c hi sa l k a l e s c e n t ，h a v el a r g ef l o wr a t e ，h i 【曲c o l o r c o n c e n t r a t i o n , c o m p o s e do fc o m p l e xc o m p o n e n t s ，h e a v i l yp o l l u t e da n dd i f f i c u l tt ob e b i o d e g r a d e d o nt h eb a s i so f t h ec u l t i v a t i o na e r o b i cg r a n u l a rw i t hs y n t h e t i cw u s t e w a t e r , t oe v a l u a t et h ef e a s i b i l i t yo fa e r o b i cg r a n u l ea sa b i o l o g i c a lm e t h o d , t h ea d a p t i o no f g r a n u l et op r i n t i n ga n dd y e i n gw a s t e w a t e rw a sc o n d u c t e d a e r o b i cg r a n u l a t i o nw i t h p r i n t i n ga n dd y e i n gw a s t e w a t e rw a sd e t e r m i n e dt op r e d i c ti t sf u l l - s c a l ea p p l i c a t i o ni n i n d u s t r i a lw a s t e w a t e rt r e a t m e n t t h er e s u l ts h o w e dt h a t ： ( 1 ) i n o c u l u ms l u d g ef r o mac o n v e n t i o n a la c t i v a t e ds l u d g ew a s t e w a t e r 自r e a t m e n t p l a n tw a su s e d , f e dw i t hg l u c o s ea s 伽 b o ns u b s t r a t e 1 1 1 cs b rw a so p e t a t e d 谢t h 2 m i ns e d i m e n t a t i o nt i m ea n da tav o l u m e t r i ce x c h a n g er a t i o7 5 w i t hc o dl o a d i n g r a t e4 8 k g ( m 3 d ) a n da na i r f l o wr a t ew a s1 4 c m s ，g r a n u l e sw e r et h ed o m i n a n ts l u d g e f o r m sw i t hd i a m e t e ra b o u t8 m mw i t h i n7 0 d ( 2 ) i nt h es t a b l es t a t ea e r o b i cg r a n u l e ss l u d g et h em l s sw a s7 5 0 0 m g d l s v i w a sl e s st h a n5 0 m l g ，s e d i m e n t a t i o nr a t ew a s7 5 m h ，o u i hw a s8 5 2 m 9 0 2 ( g h ) ，s p e c i f i cg r a v i t yw a s1 0 18 9 m l t h e s ep r o p e r t i e so ft h ea e r o b i cg r a n u l a rs l u d g ea r eb e t t e rt h a nt h ep a r a m e t e r so fc o n v e n t i o n a la c t i v a t e ds l u d g e n 忙c ai s i m p o r m e n tf o rt h ef o r m a t i o no fa e r o b i cg r a n u l e ，a n ds l u d g ec o l o rc h a n g ef o r m p u r et ow h i t ew a sr e l e v a n tt oc ac o n t e n t ( 3 ) n 帕m i c r o s t r u c t o r eo ft h eg r a n u l e sw a se x a m i n e du s i n gs e ma n ds h o w n t h a tt h ew h i t eg r a n u l e sh a dac o m p a c t 捌n m ：t l 鹏ar e g u l a rr o u n d s h a p ea n dc l e a ro u t e r m o r p h o l o g y m i c r o e o e e u sa n df i l a m e n t o u sw e r ep r e d o m i n a n ti nt h ew h i t eg r a n u l e s ， a n dl o t so f c a v i t i e sw e r ep r e s e n t t h e s ec a v i t i e sc o u l de n h a n c es u b s t r a t et r a n s f e rf r o m t h eb u l kt ot h eg r a n u l e sa n dm e t a b o l i cp r o d u c t st r a n s f e rf r o mt h ei n s i d eo fg r a n u l e st o t h eb u l k ( 4 ) a e r o b i cg r a n u l a rw i t hs y n t h e t i cw a s t e w a t e rh a sb e t t e rr a m o v a le f f i c i e n c i e s o f c o d 、a m m o n i aa n dt o t a lp h o s p h o r u s w h e nt h ei n f l u e n tc o d 、a m m o n i aa n dt p w a s2 0 0 0 m e l 、1 0 0 m g l 、2 0 m g ls e p a r a t e l y , t h em e a nf i n a le f f l u e n tc o n c e n t r a t i o n w a s 9 8 m e g l 、1 1 6 m g ，l 、2 2 m g l ，a n d a v e r a g er e m o v a le f f i c i e n c y w a s 9 5 1 、8 9 1 、 8 9 3 ( 5 ) a e r o b i cg r a n u l a t i o nf o rt h et r e a t m e n to fv a r i a b l ea n dc h a n g e a b l et h e p r i n t i n ga n dd y e i n gw a s t e w a t e rs h o w e dt h a t ：a f t e r ( 1 4 0 d ) s t a r t - u po p e r a t i o n , t h e n l e x p e r i m e n t a t i o ns t a b l ep h a s e ，w h e nt h ei n t l u e n tc o dw a s5 7 6 m g l ，t h em e a nf i n a l e f f l u e n tc o n c e n t r a t i o nw a s9 2 m g la n dr e m o v a le f f i c i e n c yw 越8 3 2 t h em e a n c o l o rr e m o v a le f f i c i e n c yw a s7 0 t h ec o l o ro f e f f l u e n tc o u l ds a t i s f yt h ep r o f e s s i o n a l e m i s s i o ns t a n d a r d ( g r a d e - t ) o ft e x t i l ea n dd y e i n gi n d u s t r yo fc h i n a t h em a i n p r o p e r t i e so f t h ea e r o b i cg r a n u l a rs l u d g ea l en o tc h a n g ed i s t i n c t l y ( 6 ) t h er e s u l t so ft r e a t m e n to fd i f f e r e n to r g a n i cl o a d i n gs h o wt h a tw h e nt h e i n f l u e n tc o i m i 5 8 m g l ，t h em e a nf i n a le f f l u e n tc o n c e n t r a t i o nw a s7 4 4 m g la n d r e m o v a le f f l c i e n c yw a s8 2 1 t h ec o de f t l u e n te x c e l l e dt h a nt h ep r o f e s s i o n a l e m i s s i o ns t a n d a r d ( g r a d e - 1 ) o f t e x t i l ea n dd y e i n gi n d u s t r yo f c h i n a w h e nt h ei n f l u e n t c o d 8 1 4 0 m g la n d1 0 3 2 6 m g l , t h em e a nf i n a lc o d e f f l u e n tc o u l ds a t i s f yt h e p r o f e s s i o n a le m i s s i o ns t a n d a r d ( g r e d e - 2 ) o f t e x t i l ea n dd y e i n gi n d u s t r yo f c h i n a k e yw o r d s ：a e r o b i cg r a n u l e ；p r i n t i n ga n dd y e i n gw a s t e w a t e r ；s e q u e n c i n gb a t c h r e a c t o r 学位论文独创性声明： 本人所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作 及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方 外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果。与我一同工 作的同事对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并 表示了谢意如不实，本人负全部责任。 论文作者( 签名) ： 弘名年；月e l 学位论文使用授权说明 河海大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆、中国学术期 刊( 光盘版) 电子杂志社有权保留本人所送交学位论文的复印件或电 子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人电子文 档的内容和纸质论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文外，允 许论文被查阅和借阅。论文全部或部分内容的公布( 包括刊登) 授权 河海大学研究生院办理。 论文作者( 签名) ： 伊譬年j 月j - e l 河海大学硕士学位论文 第一章绪论 1 1 研究背景 1 1 1 印染废水来源及其危害 印染行业是工业废水捧放大户，据不完全统计，全国印染废水每天排放量为 3 x 1 0 6 4 x 1 0 6 m 3 【1 i 。印染废水具有水量大、有机污染物含量高、色度深、碱性大、 水质变化大等特点，属难处理的工业废水1 2 1 。印染废水是各类纺织印染企业生产 过程中排放的各种废水的总称。印染加工主要分为前处理( 包括烧毛、退浆、煮 炼、漂白、丝光等工序) 、染色( 包括染色、皂洗、水洗工序) 、印花和整理四部 分。印染废水来源及其水质特点如下： ( 1 ) 退浆废水：退浆一般是化学药剂( 主要为烧碱) 将织物上所带浆料除 去。在棉、麻和合成纤维混纺织物的退浆废水中含有淀粉、海藻胶和羧甲基纤维 素、聚乙烯醇等各类浆料，另外还有润滑剂、防腐剂等助剂，退浆废水呈碱性， 略带黄色，c o d 和b o d 值较高。废水量较少，但是污染严重，是印染废水有机 物的重要来源。 ( 2 ) 煮炼废水：煮炼一般采用热碱液和肥皂等表面活性剂去除纤维中棉蜡、 油脂、果胶等杂质。煮炼废水量大，呈碱性，含碱度约o 3 ，废水呈深褐色， b o d 和c o d 含量较高，是污染最严重的一道工序。 ( 3 ) 漂白废水：漂白是用次氯酸钠、亚氯酸钠、双氧水等氧化去除棉、麻纤 维上的天然色素。漂白废水含残余漂白剂，b o d 含量较低，约2 0 0 m g l ，特点 是水量大、污染较轻。 ( 4 ) 丝光废水：为提高纤维光泽和对染料的吸收，必须将织物浸透在氢氧 化钠浓碱中进行丝光处理。丝光废水含氢氧化钠3 5 。一般可用多效蒸发 回收利用，最终排出废水量较少，但碱性很强，p h 可达1 2 1 3 ，b o d 是整个染 整工序中最低的。 ( 5 ) 染色废水：废水中污染物主要有染料、助剂、表面活性剂和微量有毒 物质。由于不同的纤维原料需用不同的染料、助剂和染色方法，而且染料上染性 能、染料浓度、染色设备和规模不同，故染色废水性质变化大、色泽深、碱性强、 c o d 比b o d 高很多，可生化性较差。 河海大学硕士学位论文 ( 6 ) 印花废水：印花废水主要来自配色调浆、印花滚筒或筛网的冲洗废水。 以及印花花布的水洗和皂洗等由于印花中的浆料用量比染料用量多几倍到几十 倍，故印花废水含染料、助剂外，还含大量浆料，其c o d 和b o d 值较高。 ( 7 ) 整理废水：整理废水通常含有纤维屑、各种树脂、甲醛和浆料等，虽 然c o d 较高，但它的水量很小，对整个废水水质影响不大。 对印染废水水质特征总结如下表1 1 1 。 表1 1 1印染废水的水质特征 工序b o d p h 耗水量温度 退浆高碱性小高 煮炼 高强碱性大 高 漂白低强碱性最大高 丝光低强碱性中低 染色高强碱性大高 印花高中性至强碱性大高 整理高近中性最小 中 印染加工过程中所消耗的绝大部分浆料、助剂、油料进入废水，还有大量的 酸、碱和无机盐，染色加工过程中约有1 0 2 0 的染料进入废水。染料结构中 硝基、浆料和各类印染助剂是印染废水的主要污染物【2 l 。 纺织印染废水对环境和人类危害引起越来越多人的关注。印染废水中的偶氮 染料能使生物致癌、致畸、致突变。其初步降解后的产物多为联苯胺等一些致癌 的芳香类化合物，毒性都较大，如酚类能影响水中各种生物的生长和繁殖，苯对 人的神经和血管系统有明显的毒害作用。 有些染料、固色剂、媒染剂、氧化剂等含有有害重金属离子，它们在自然界 中能长期存在，并通过食物链等危及人体健康，如c r 已被确认能致癌，汞能毒 害人的神经系统，使脑部受损。一般的酸、碱、盐等相对无害，但许多含氮、磷 的化合物排放后会使水体富营养化，藻类迅速繁殖，鱼类难以生存。 1 1 2 印染废水面临排放要求提高和现行处理方法的压力 据统计，2 0 0 3 年江苏省有规模以上的印染企业9 0 0 余家，其中太湖流域5 7 0 2 河海大学硕士学位论文 家，日排放污水7 0 - - 8 0 万吨( 年2 6 亿吨) ，产生c o d 7 0 0 8 0 0 吨( 年4 万吨) 例。为从排污总量上压减印染行业的污染负荷，2 0 0 5 年，江苏省率先在全国推出 了达标排放“二升一”的印染企业地方排放标准，即印染企业c o d 达标排放标 准由1 8 0 m g l ( 纺织染整工业水污染物排放标准【g b4 2 8 7 - 9 2 - 级标准) ，提 高到1 0 0 m g l ( 纺织染整工业水污染物排放标准 g b4 2 8 7 - 9 2 】一级标准) 。接 着，江苏省又推出了从2 0 0 8 年1 月1 日起正式施行的六大行业达标排放地方新 标准。其中又把印染企业c o d 达标排放标准由1 0 0 m g l 再次提高到6 0 m g l 。 现有物化法主要面临的问题是处理成本过高，脱色效果较差。而常用化学沉 淀法处理费用较高，泥渣较多且脱水困难，容易造成二次污染。目前，国内外处 理印染废水仍以生物处理尤以好氧处理为主。生物处理成本一般较低，效果较好， 由于近年来化纤织物的发展和印染后整理技术的进步，使p v a 浆料、新型助剂 等难生化降解有机物大量进入印染废水，给处理增加了难度。原有的生物处理系 统c o d 去除率大都由原来的7 0 下降到5 0 左右，甚至更低。色度的去除是印 染废水处理的一大难题，旧的生化法在脱色方面一直不能令人满意。此外，p v a 等化学浆料造成的c o d 占印染废水总c o d 的比例相当大，但由于它们很难被 普通微生物所利用而使其去除率只有2 0 3 0 4 3 。 1 2 印染废水处理技术的现状 印染废水成分复杂，主要以芳烃和杂环化合物为母体，并带有显色基团( 如 - n = n 、- n = o ) 及极性基团( 如s 0 3 n a 、o h 、- n h 2 ) 还有酚类、苯胺、碱等， 废水粘性大，水温水量变化大，废水中有机物高，生化需氧量相对较小，可生化 性差。因此，印染废水属于难降解工业废水之一。 近年来，国内外研究人员对印染废水进行大量研究和探索。印染废水处理方 法主要有三种：化学法、物理化学法和生物法【5 】o 1 2 1 物理和化学处理法 印染废水采用物理化学处理方法处理印染废水的研究开展得较早和较多，主 要有化学混凝法、电化学技术、氧化法等。 混凝法采用的混凝剂主要有无机混凝剂、有机混凝剂以及生物絮凝剂等，常 用的无机混凝剂主要有铝盐、铁盐，以及聚合氯化铝，聚合硫酸铁等。对不同的 3 河海大学硕士学位论文 印染废水不同的絮凝剂效果不同，而以硫酸亚铁的价格为最低。其中以聚合氯化 铝( p a c ) 和聚合硫酸铁( p f s ) 最为常用。苏玉萍 6 1 等在以活性染料为主要成 分的印染废水中用硫酸亚铁和p a c 作混凝剂，当硫酸亚铁投加量控制7 5 0 m g l 9 5 0 m g n 。，反应时p h 控制在8 0 9 3 时，脱色率可达8 4 9 4 ；当聚丙烯酰胺 ( p a m ) 加入量为2 m g l ，p a c 加入量控制在7 0 0 硼n g l ，反应时p h 控制 在5 4 6 6 时，脱色率达8 5 9 3 。对色度为6 0 0 ( 倍) 的废水，出水可控制在 1 0 0 ( 倍) 以内。d s i m o n s s o n 和m n i c l a 采用高析氧电位电极进行了印染废水 处理试验，结果表明印染废水的c o d 去除率为8 0 9 0 ，且脱色效果良好【刀。 氧化法是使染料分子中发色基团的不饱和双键被氧化断开，形成分子量较小的有 机物或无机物，从而使染料失去发色能力的一种印染废水处理方法。2 0 0 0 年， 香港l e c h e n gl e i 卅的研究表明，采用高温深度氧化法中的湿式空气氧化法对香港 工厂实际排放的印染废水( c o d 在1 0 0 0 0 4 0 0 0 0 m g l ，b o d 5 5 0 0 0 1 0 0 0 0 m g l ) 进行处理，在催化剂的存在下，得到了c o d 、t o c 的去除率达8 0 9 0 。 1 2 2 生物处理法 目前，国内的印染废水处理手段以生化法为主。印染废水生物处理方法主要 有厌氧法和好氧法两种。下面分别对这两种方法进行论述。 1 2 2 1 厌氧法 废水中的有机物分为可生物降解与不可生物降解两类。在可生物降解有机物 中，又有易生物降解、慢速生物降解和难生物降解之分。印染废水可生化处理性 较差的主要原因是慢速生物降解有机物和难生物降解有机物所占比例较高。一般 好氧生物处理对色度和难降解有机物的去除率不高，这是因为某些染料、中间产 物和添加剂在单纯的好氧条件下分子结构很难破坏，生物降解半衰期很长；投加 化学药剂和生物曝气法相结合能增强其对色度和难降解有机物的去除能力，但运 行费用依然较高嗍。 安虎仁【10 】等分别研究了2 1 种染料在好氧和厌氧条件下的生物降解能力，结 论是大部分染料在好氧条件下都不能降解，而在厌氧条件下可以或容易降解。厌 氧生物处理的主要作用是使印染废水中的难降解有机物及其发色基团解体、被取 代或裂解( 降解) ，从而降低废水的色度，改善可生化处理性。即使不能直接降低 河海大学硕士学位论文 色度，由于分子结构或发色基团已发生改变，也可使其在好氧条件下容易被降解 并脱色。另外，通过选育、驯化和投加优良脱色菌也能提高色度的去除率。 厌氧生物处理的第一阶段是水解酸化阶段，主要是研究水解酸化产物对后续 产甲烷段的影响，而将其作为一种工艺进行单独研究和利用的时间较短【】。在废 水处理中，厌氧水解酸化的主要作用是改进废水的可生化性( 即提高b o d s c o d 比) ，为废水的有效处理创造良好的条件。国内对水解酸化工艺进行了相关研究 0 2 , 1 3 】。成功的利用兼性微生物的典型工艺是由北京环保所在8 0 年代开发的水解 好氧生物处理工艺【1 4 1 。水解池利用水解和产酸微生物，将污水中的固体、大分 子和不易生物降解的有机物降解为易于生物降解的小分子有机物，使得污水在后 续的好氧单元以较少的能耗和较短的停留时间下得到处理。目前，水解酸化工艺 已经被广泛应用于多种废水处理之中，如纺织、印染、焦化、酿酒、化工、造纸、 食品、制药和屠宰废水等。工程应用多以系统c o d 、s s 去除率和生物降解性能 的改善情况来评价系统运行效果。 h u i f a n g ，u 口5 】等人采用厌氧折流板反应器( a b r ) 水解生物接触氧化法处 理印染废水，在a b r 的h r t 为1 2 h 的条件下测定了a b r 各格室及生物接触氧 化池出水的色度、c o d 。结果表明，a b r 出水色度达到了纺织染整行业一级排 放标准，最终出水c o d 达到了行业二级排放标准。色度去除率为9 2 ，出水色 度达到纺织染整工业水污染物排放标准( g b4 2 8 7 9 2 ) 的一级标准；c o d 得到了有效的降解，对其去除率达到了5 7 2 ，出水c o d 达到二级标准。 1 2 2 2 好氧法 好氧生物法处理印染废水，其中又分活性污泥法和生物膜法等。活性污泥既 能分解大量的有机物质，又能去除部分色度还可以微调p h 值，运转效率高且费 用低，出水水质较好，因而被广泛采用。活性污泥法的b o d 5 去除率一般可达到 8 0 9 5 ，c o d 去除率一般可达到4 0 6 0 ，脱色能力为3 0 5 0 ；但是， 活性污泥法去除c o d 不完全，脱色效果不理想，并有污泥膨胀现象发生，还会 引起出水水质波动，甚至造成运转中断。 生物膜法又分生物接触氧化法、塔式生物滤池法、生物转盘法等，其对印染 废水的脱色作用较活性污泥法高，一般b o d 5 去除率为8 5 9 5 ，c o d 去除率 为4 0 6 0 ，脱色率为5 0 6 0 。生物接触氧化法兼具活性污泥法与生物膜法 河海大学硕士学位论文 两种处理法的优点，它主要是通过强化充氧及微生物降解作用提高处理效率，近 年来应用广泛。生物转盘法处理效果好，但需大量的水稀释，而且处理时间长， 设备占地面积大。塔式生物滤池法具有负荷高、占地少、不需要专设供氧设备等 优点。 近年来，好氧颗粒污泥是生物处理领域内的一个研究热点。好氧颗粒污泥工 艺属于生物自凝聚现象，特点是能够保持较高的污泥浓度，良好的污泥沉降性能， 独特层状结构等。在城市污水处理、工业废水处理尤其是难降解生物处理方面有 良好的处理效果，因此，引起国内外研究人员的极大关注。采用好氧颗粒污泥处 理印染废水为印染废水好氧法处理研究提供了一个可行的途径。 1 2 2 3 厌氧一好氧法联合工艺 厌氧与好氧生物处理相结合就是将厌氧与好氧工艺串联起来，协同处理印染 废水。在这里，厌氧处理已不是传统的厌氧消化，它的水力停留时间( 玎) 一 般只有8 1 0 h ，只是发生水解和酸化作用。这一技术的研究，主要是针对印染 废水中可生化性很差的一些高分子物质，期望它们在厌氧阶段发生水解、酸化， 变成较小的分子，从而改善废水的可生化性，为好氧处理创造条件。这一技术， 较好地解决了p v a 浆料及大部分染料的处理问题。同时，好氧阶段所产生的剩 余污泥可全部回流到厌氧阶段。由于厌氧阶段有足够长的固体停留时间( s r t ) ， 污泥可以在那里进行彻底的厌氧消化，从而使整个系统基本上没有剩余污泥排 放。 综上所述，印染废水生物处理主流工艺是厌氧一好氧处理工艺。本实验拟采 用厌氧水解一好氧颗粒污泥对印染废水进行处理。利用厌氧水解对印染废水进行 预处理，好氧颗粒污泥利用较高污泥浓度和丰富的菌种对有机物去除。 1 3 好氧颗粒污泥研究进展 传统的污水生物处理工艺多利用活性污泥法来处理污水，其最主要缺点是占 地面积大、运行费用高，剩余污泥产生量多。在传统活性污泥法中微生物呈絮状 生长，絮凝体在完成反应后作为混合液流a - - 沉池，借助重力作用沉淀分离后回 流并作为剩余污泥排放f 1 6 1 。由于传统活性污泥法中污泥浓度一般不高( 2 0 0 0 4 0 0 0 m g l ) ，絮凝体沉淀性能不佳( 沉淀速度仅为l m h 左右) ，使得曝气池与沉 6 河海大学硕士学位论文 淀池占地面积很大。因各国排放标准日趋严格，所以采用传统活性污泥法处理污 水时，就需要靠较大的内外循环流量和较长的水力停留时间来满足出水标准，其 结果是导致资源、能源消耗量甚大，不符合可持续发展的需要【1 7 1 。 因此，为了克服传统污水处理工艺的上述缺陷，各国水处理研究人员注意力 主要集中于具有微生物浓度高、处理效率高、运行费用低的反应器。因此，好氧 颗粒污泥成为研究的热点之一。好氧颗粒污泥的研究建立在厌氧颗粒污泥研究的 基础上。早期的研究主要在连续流b a s ( b i o f i l ma i r l i f ts u s p e n s i o n ) 反应器中进 行，需要在培养过程中增加载体。1 9 9 1 年，m i s h i m a 等和n a l ( ；m u r a b m 【18 】等开始 利用连续流a u s b ( a e r o b i cu p f l o ws l u d g eb l a n k e t ) 反应器对好氧活性污泥自凝聚 现象进行研究，但运行条件苛刻，须用纯氧曝气才能形成，且无脱氮除磷能力。 1 9 9 7 年m o r g e n r o t h 0 9 等利用间歇式s b r ( s e q u e n c i n gb a t c hr e a c t o r ) 反应器对好 氧颗粒污泥进行研究。p e n g 2 0 l 等在s b r 反应器中，以醋酸钠为碳源，在低溶解 氧( d 0 0 7 1 0 r a g l ) 情况下形成具有良好生物学性能的好氧颗粒污泥。b e 岫【2 u 等证实在s b r 反应器中水流剪切力对于好氧颗粒污泥的形成至关重要，同时， 随着水流剪切力增加生物量增加，s v i 降低，比重增加，微生物新陈代谢活动加 强。2 0 0 0 年b e u n 2 2 】等还对相同负荷、相同气体表面剪切力情况下，s b a r ( s e q u e n c i n gb a t c ha i r l i f t 他a c t o r ) 、s b r 反应器、b a s ( b a t c ha i r l i f ts u s p e n s i o n ) 反应器中产生的好氧颗粒污泥进行了比较研究。a mj a n g 等【2 3 】研究s b r 反应器 在好氧缺氧交替条件下的好氧颗粒污泥培养。在反应器运行5 0 天后有不同大小 的污泥生成，大部分污泥的粒径为1 4 - 0 3 5 到1 ：- 0 4 5 m m ，很少超过2 m m 。采用 零级反应动力学对硝化反应进行分析发现，大多数硝化反应很可能是发生在污泥 颗粒表面3 0 0 p r o 厚度的区域内。 国内一些研究人员同样通过控制水力停留时间、溶解氧、曝气量等条件可以 培养出沉降性能良好的好氧颗粒污泥，它可以明显提高曝气池的处理能力、有效 固液分离的效果，同时能够对氮磷进行去除 2 4 2 5 , 2 6 , 2 7 捌 1 9 9 9 年竺建荣【2 9 】等人研究厌氧一好氧交替工艺中好氧颗粒活性污泥的培养 和理化特性。在普通好氧曝气条件下，反应器内培养出了好氧颗粒活性污泥，颗 粒直径o 5 1 5 m m 。各项理化指标均优于普通的活性污泥。对于c o d 浓度3 7 2 5 4 8 m g l 、p 浓度9 8 4 1 3 5 7 m g l 的生活污水，总c o d 去除率和除p 效率一般 分别在9 0 以上。2 0 0 1 年卢然超【3 0 l 等人采用模拟配制生活污水，研究循序间歇反 7 河海大学硕士学位论文 应器( s b r ) 工艺在不同运行条件下对好氧污泥颗粒化和生物除磷效果的影响。 发现进水中较高的c o d t n 比( 2 4 6 6 ) 、c o d ，r p 比( 5 8 2 5 ) 、温度( 2 2 ) 和 较低的污泥龄( 1 0 d ) 对生物除磷和颗粒的形成有利；适当的n q ，r p 比( 2 3 6 ) 、 接种污泥的选择是好氧颗粒污泥形成的关键。王强1 3 l l 等人以普通絮状活性污泥 为接种污泥，葡萄糖为碳源，在序批式反应器中培育出好氧颗粒污泥。好氧颗粒 污泥粒径大多6 g m m m l s s 为7 8 0 0 m g r l ，最小沉降速率为3 2 7 m h 。好氧颗 粒污泥具有在高负荷下良好的c o d 去除率。刘莉莉 3 2 , 3 3 3 4 1 等人采用乙醇模拟废 水在体外曝气循环式s b r 内培养好氧颗粒污泥以研究其特性及其表观基质降解 动力学。反应器启动后第8 d 系统内观察到平均粒径约为0 3 m m 的初始颗粒污 泥，随着有机负荷逐步提高到4 0 9 c o d ( l d ) ，好氧颗粒污泥逐渐成熟，其粒径范 围为0 7 1 6 m m ，动力学模拟结果表明，相应的最大表观降解速率k 和表观半速 率常数l ( s 分别为5 9 1 d 1 和1 9 9 0 1 5 m g l 。 到目前为止国内外研究人员对好氧颗粒污泥没有严格的定义，2 0 0 5 年德国 慕尼黑召开的世界水协会( i 、m 氏) 第一届好氧颗粒污泥研讨会，结合好氧颗粒污 泥定义如下【3 5 l ： g r a n u l e sm a k i n gu pa e r o b i cg r a n u l a ra c t i v a t e ds l u d g ea r et ob eu n d e r s t o o d 弱a g g r e g a t e so fm i c r o b i a lo r i g i n w h i c h 面n o tc o a g u l a t eu n d e rr e d u c e dh y d r - o d y m m i cs h e a r ，a n dw h i c hs e t t l es i g n i f i c a n t l yf a s t e rt h a na c t i v a t e ds l u d g ef l o e s 由颗粒组成的好氧颗粒活性污泥是微生物的集合体。在下降的水力剪切力下 不易集结，比活性污泥絮体更易沉淀。 1 3 1 好氧颗粒污泥理化特征与微生物 好氧颗粒污泥实际上是生物膜的一种特殊形式。与生物膜最大的不同在于好 氧颗粒污泥在形成过程中无需添加载体，完全是一种自凝聚现象。成熟的好氧颗 粒污泥外观呈橙黄色，但由于所含无机元素种类不同，也可能出现不同颜刨蚓 表面光滑、近似圆形或椭圆形，粒径一般为o 5 3 0 n l m 【3 7 1 。与传统絮状污泥相 比，好氧颗粒污泥的优点在于具有良好的沉降性，能保持高污泥浓度，并能承受 高有机负荷不同反应器中培养的颗粒污泥的性质见表1 3 1 。 营养物进入颗粒污泥内部需要克服传质阻力，溶解氧从颗粒外部经表面空隙 传递到颗粒内部，形成溶解氧梯度，在颗粒内部造成缺氧区，为兼氧和厌氧微生 河海大学硕士学位论文 物提供了适宜的生长条件。有研究表明，在控制合适的溶解氧条件下，可使得在 颗粒污泥中多种微生物共存，颗粒污泥具有丰富的生物相。颗粒污泥主要由异养 菌和硝化菌组成“”，颗粒本身的生物相主要有球菌、长短不一的各种杆菌等。显 微镜观察发现，在同步脱氮的颖粒污泥外部主要由好氧的丝状菌构成，并作为污 泥的颗粒框架，周围附着椭球状菌体；颗粒污泥的内部丝状菌减少，球菌增多。 观察还发现，颗粒污泥外部丝状菌结构紧密且污泥表面孔隙率小；颗粒污泥内部 则有大量的球菌，且结构相对松散，孔隙率较大。 d a n g c o n g p 4 1 】等采用高倍显微镜发现颗粒污泥主要由杆状菌类组成。杆菌的 头部均指向颗粒中心，同时没有发现丝状菌。m o r g e n r o t h p 8 】等采用光电扫描显微 镜观察到颗粒污泥是由细菌及其附着生长的酵母菌丝组成，该酵母菌属于地霉菌 属( g e o t r i c h u ms p ) ，通常在碱性条件下生长。但是酵母菌是作为颗粒的骨架， 对降解c o d 有着重要作用。还需要进行深入的研究。a mj 锄g 凹l 等采用分子生 物学技术荧光杂交分析( f i s h ) 发现氨氧化细菌主要存在于颗粒的外中层区域。 表1 3 1 不同颗粒污泥的性质 s v i沉降速度颗粒直径表观氧利用率比重 参考文献 反应嚣类型 ( m l g ) ( m h )( m m ) ( m 9 0 2 gh )( g m l ) 来源 4 0 8 - 1 4 32 o 8 0a u s b 。r e a g = t o r 【1 8 】 8 6 40 5 - 2 5a u s b or c a c t o r 【38 】 3 0 4 02 3 59 6 3s b r n 9 】 8 0 1 0 00 ，o ，5 【2 0 】 2 0 4 505 - 1 67 6 21 0 0 6 8 - 1 0 0 7 2s b r 【3 2 1 1 6s b r 【3 7 1 1 6 2大约1 0 2 2 】 5 0 - 8 5 3 0 - 3 51 1 - 2 45 5 9 - 6 9 ，4s b r 4 0 】 7 23 oi 0 4 0 - 1 0 5 6s b r 4 2 】 4 7 1 3 0 最大达1 6 10 1 0a u s 酽r e a c t o r 2 8 】 a u s b ：a e r o b i cu p f l o ws l u d g eb l a n k e t ，邓上流式好氧污泥床反应器 1 3 2 好氧颗粒污泥的影响因素 到且前为止，国外许多研究人员对好氧颗粒污泥的形成及稳定性影响因素进 行了一定的研究，研究主要集中于以下几个方面：溶解氧、剪切力、有机物负荷 率、选择压、沉淀时间、体积交换率与排放时间、水力停留时间、细胞疏水性、 反应器构型等。 9 j 可海大学碗士学位论文 1 3 2 1 溶解氧( d o ) 最初的好氧颗粒污泥是在采用纯氧曝气升流式好氧污泥床中发现的。随后， 有研究表明，在好氧污泥床反应器内直接采用空气曝气也能培养出好氧颗粒污 泥。溶解氧通过改变微生物生态系统和代谢途径而影响颗粒污泥的形成和性能。 d o 浓度并不是好氧颗粒污泥形成的决定因素，但由于传质阻力的存在，颗粒外 层d o 浓度较高，颗粒内部d o 存在明显浓度梯度( 不同的d o 浓度在颗粒内部 渗透压距离各不相同，一般在5 0 1 a n 1 0 0 0 t u n ) ，较外层大大降低甚至为零，从 而导致颖粒内部结构松散，并可能存在厌氧区。死细胞层空隙，因此d o 浓度对 d o 渗透距离及颗粒内部微生物结构、菌群分布、代谢途径等均产生一定影响 【4 3 朋触蜘 1 3 2 2 水流剪切力 ( 1 ) 对好氧颗粒污泥形成和结构影响 水流剪切力是形成好氧颗粒污泥的重要影响因素之一。在s b r 反应器中，表 面空气上升流速是颗粒污泥菌群主要的水流剪切力。t a 刀等报道，当表面空气 上升流速较低时( 如0 0 0 8 m s ) ，s b r 反应器中没有颗粒污泥发现，仅发现结构松 散的絮状污泥( 如图1 3 1 a ) 。但是在高表面空气上升流速( 如0 0 2 5 m s ) 条件下， 在s b r 反应器中成功的培养出外形轮廓清晰的颗粒污泥( 如图1 3 1b ) 。t a y l - - j 等人研究了水流剪切力对好氧颗粒污泥形成的影响，通过控制曝气量来调节气体 表观上升流速( r 1 ：0 3 c m s