詳細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行有效處理，使得出水達到《污水綜合排放標準》相關(guān)要求。
1 工程概述
印染廢水是加工棉、麻、化學纖維及其混紡產(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、無機鹽等。
1.1 進水水質(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)要求只有達到《污水綜合排放標準》（GB8978-1996）一級標準才能排放。
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，成分復雜，直接進入主體工藝處理，會對處理工藝造成沖擊，不能達到預期處理效果，需要對廢水進行水質(zhì)水量調(diào)節(jié)。進水水質(zhì)COD為500-600mg/L，氨氮為400mg/L，研究時擬采用生物法進行處理，采用曝氣水解酸化池和厭氧反應(yīng)器對廢水進行預處理，使廢水中的高分子有機物開環(huán)斷鏈為小分子并去除一部分COD，同時將有機氮在厭氧條件下轉(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，對廢水進行生物降解及同步硝化反硝化，達到去除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)器中順次進行，或者直接在兩個反應(yīng)器中獨立進行。
若混合液處于缺氧狀態(tài)或者進入缺氧池，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行，但溶解氧并不是越低越好，應(yīng)對其進行適當控制，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準以下。
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)池中適當補充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，為硝化細菌和反硝化細菌提供了必要的生存條件，使得多種微生物（包括硝化細菌和反硝化細菌在內(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物用于合成新的細胞，將另一部分有機物進行分解代謝以便獲得細胞合成所需的能量，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，溶解性有機物（如低分子有機酸等易降解有機物）直接進入細胞內(nèi)部被利用，而非溶解性有機物則首先被吸附在微生物表面，然后被酶水解后進入細胞內(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物和非溶解性有機物都起作用，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入二級好氧池，在外加碳源和堿度的條件下進行同步硝化反硝化，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標排放。
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，通過向廢水中適當曝氣，使調(diào)節(jié)池形成水解酸化狀態(tài)，分解大分子有機物為小分子有機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)筑物減輕負擔，提高各種污染物的去除率，也可將部分有機氮轉(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，提高抗沖擊負荷的能力，同時，通過厭氧菌的作用對高分子有機物進行水解，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?shù)脑O(shè)計和運行條件下，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行條件進行中試，出水水質(zhì)達到了設(shè)計要求，沿程水質(zhì)變化分析表如表 3。
