论文总字数：17380字

摘 要

纺织印染行业是工业用水大户。印染废水则是指织物在染色或印花过程中产生的染色残液漂洗水以及前处理(如：洗毛、丝麻脱胶、退浆等)、后整理产生的混合废水，它是含有一定量有害物质和色度的有机废水。具有色度大、有机物含量高，水质变化大，pH值变化大，水温水量变化大等特点。要实现印染行业的可持续发展，必须首先解决印染行业的废水污染问题。

本文设计了水解酸化 活性焦曝气池 生物滤池的系列工艺对印染废水进行深层次的处理。实验结果表明，活性焦能通过“物理吸附和生物降解”的共同作用强化活性污泥絮体的净化能力，强化出水的水质，减少印染废水对周围环境的污染。该系列工艺对进出水的COD和色度具有良好的处理效果，在平均进水COD为1328mg/L的情况下，出水COD能达到48 mg/L，COD去除率达到了94.3%，而色度也由原来的625倍降到16倍，它的工艺运行稳定，能够满足对国内大部分企业印染废水的排放要求。

关键词： 纺织印染废水，活性焦技术，工艺设计

Abstract

Printing and dyeing industry is the industrial water users,Printing and dyeing wastewater by means of dyeing residual liquid rinse water fabric in dyeing or printing process as well as pretreatment (such as: wool, silk and hemp degumming, desizing etc.), mixed wastewater after finishing the,, it is organic wastewater contains a certain amount of harmful substances and color.With the Characteristic of high colority, high organic content, water quality changes, changes of pH value, temperature and quantity changes etc..In order to realize the sustainable development of printing and dyeing industry, we must first solve the problem of pollution of printing and dyeing industry.

This article designed a combined process of hydrolysis acidification activated coke aeration - activated coke biological filter for advanced treatment of printing and dyeing wastewater. The results show that, activated coke can synergistically enhanced the purification ability of activated sludge flocs by "physical sorption / biodegradation", strengthening water quality, reduce pollution discharge to the environment. The combined process has good treatment effect to import water COD and chroma, the average influent COD of 1328 mg/L, the effluent COD reaches 48 mg/L, the removal rate of COD reached 94.3%, chroma from 625 times to 16 times, operation stability, can meet the requirements of printing and dyeing wastewater.

Key words: textile printing wastewater hydrolytic，Activated coke Technology，Process design

目 录

摘 要 2

Abstract 3

目 录 4

第一章 绪论 5

1.1 印染废水的产生以及特点 5

1.2国内印染废水处理现状 5

1.3印染废水水质、水量特征 6

1.4印染废水的危害 7

第二章 传统处理工艺 8

2.1物理处理法 8

2.1.1吸附法 8

2.1.2混凝法 9

2.1.3膜分离法 10

2.2化学处理法 10

2.2.1氧化法 10

2.2.2电化学法 11

2.2.3光化学氧化法 11

2.3生物法 12

2.3.1好氧生物处理技术 12

2.3.2厌氧生物处理技术 13

2.3.3好氧—厌氧处理技术 14

第三章 工艺设计 15

3.1实验装置及工艺流程 15

3.2分析项目及方法 15

3.3结果与讨论 16

3.3.1活性焦曝气池对污染物的去除效果 16

3.3.2曝气活性焦生物滤池对污染物的去除效果 18

3.4结论 19

文献 21

致谢 23

第一章 绪论

1.1 印染废水的产生以及特点

在工业废水污染中，印染废水占有很大比例。2006年，我国的成规模的印染企业印染布加工总量超过了350亿米，再加上一些未能被统计的小型印染厂，估计年印染加工总量将超过400亿米左右^[1]。以年增长8%的保守估计，2011年加工总量将超过550亿米。按每印染加工100米布匹平均产生废水5吨计算，2011年国内印染企业将产生出27.5亿吨印染废水。从目前我国印染行业废水治理技术的现状来看，虽然经过了多年的努力，并且取得一批实用技术，解决了不少问题，但在总体上还没有实质性的突破，尤其是产品结构以及工厂布局等还存在不合理的因素，增加了印染废水的治理难度。印染废水的污染物中大部分为有机物，并随着采用的纤维种类以及加工工艺的不同而不同。在一般情况下，印染废水水质的pH值大概在6-10左右,BOD(生物需氧量)为100-400 毫克／升，SS(悬浮物)为100-200毫克／升,COD(化学需氧量为400-1000毫克／升，色度为100-400倍。从技术角度来看，印染废水是一类很复杂的工业废水。它有着许多独自的特点，一是污染物的成分差异性较大，很难进行归类。二是污染指标COD高，一般情况下BOD和COD的比值在0.25左右，可生化性比较差。三是色度高，混合水中显色分子离子微粒大小重量各异性大，比较难脱色。而且水质特点特性差异较大。此外还有水质水量波动大等特点。

1.2国内印染废水处理现状

目前在国内印染废水的处理方法有很多, 比如物理法、化学法、生物法等^[2-3], 但目前国内印染企业主要采用的方法是厌氧水解或混凝预处理-好氧生物降解的二级处理工艺或者类似的工艺, 其工艺流程大致如下：

首先将印染废水排入厌氧池中进行水解酸化, 将难以生物降解的大分子有机物分解成为易生物降解的小分子物质, 或者是由混凝沉淀(气浮) 池去除悬浮态以及胶态污染物, 再经由好氧池( 活性污泥、生物接触氧化等) 好氧分解去除剩下的有机物。该工艺技术成熟, 操作管理简便,运行费用低, 因而是当前国内印染废水处理的主流工艺。但是, 近些年来印染行业的技术革新日新月异, 普遍采用碱减量工艺, 人工合成的聚乙烯醇(PVA)浆料大量使用, 印染废水中的有机物浓度大幅上升, 可生物降解性进一步变差, 使得原先可以达到处理要求的传统生化处理工艺的处理效果减弱, 甚至难以达到排放标准。据调查显示, 近几年大部分传统印染废水处理厂的COD_Cr 去除率由之前的70%下降到50%, 有时甚至更低, 出水COD_Cr 以及色度都难以达到GB4287—92 《纺织染整工业水污染物排放标准》二级标准^[4]。

1.3印染废水水质、水量特征

表1-1印染行业各工序废水水质、水量特征

由上表可以看出,退浆废水(COD_Cr的质量浓度为4～10g·L^{- 1})和碱减量废水(COD_Cr的质量浓度为20～80g·L^{- 1})是造成整个印染行业废水有机物浓度升高、可生物降解性变差的最主要的两个因素。

近些年,为了改善织物的表面手感,国内印染行业普遍采用碱减量工艺,即用热碱液浸泡织物,从而将织物表面的涤纶(聚酯)水解、剥落,使织物减量变柔,由此产生的碱减量废水,这种废水浓度极高,碱性极强,并且具有生物抑制性,其排放量虽然仅占废水排放总量的5%左右,但是COD_Cr 污染负荷却是占到总量的55%,有时甚至会更高,其主要的污染成分是对苯二甲酸(TA)另外,印染前处理过程中使用了大量的人工合成PVA浆料, PVA浆料的COD_Cr 质量浓度高，而BOD的质量浓度低[ρ(BOD):ρ(COD)lt;0.1], 其可生化性很差,这使得退浆废水成为另一股COD_Cr 质量浓度极大而且很难生化降解的废水^[5]。

1.4印染废水的危害

在印染废水中含有大量的有机污染物，将其排入水体中将消耗溶解氧，并且破坏水生态的平衡，危及鱼类以及其他水生生物的生存。沉淀在水底的有机物，会因为厌氧分解而产生硫化氢等有害气体，恶化环境。
印染废水的色泽较深，这严重影响了水体外观得颜色。而造成水体有色的主要因素则是染料。在纺织印染的加工中，有10%～20%的染料是要作为废料排出的。而且印染废水的色度尤为严重，用一般的生化法是很难将其消除。有色水体还会影响日光的透射，不利于水底生物的生长。
此外印染废水大部分呈偏碱性，在进入农田后，会使土地盐碱化；染色废水的硫酸盐在土壤的还原条件下还会转化为硫化物，并且产生硫化氢。所以我们对印染废水的处理是不容忽视的问题。

第二章 传统处理工艺

印染废水主要由退浆废水、煮练废水、漂白废水、丝光废水、染色废水和印花废水等组成,其特点是成分复杂,色度高,有毒物质多,属于含有一定量有毒物质的有机废水,主要含有残留染料、印染助剂、酸碱调节剂和一些重金属离子, 化学需氧量(COD)较高,而生化需氧量(BOD₅) 相对较小,可生化性差,是当前国内外公认的较难处理的工业废水之一。印染废水处理方法大致可分为物理法、化学法、生物法3大类,但由于印染废水成分复杂,单一处理方法往往不能达到理想的处理效果,在实际应用中大多采用几种方法的组合来完成对印染废水的彻底处理^[6] 。本章对这3类印染废水处理技术进行系统分析、归纳和综述。

2.1物理处理法

2.1.1吸附法

吸附法是应用比较多的物理处理方法。吸附法是运用多孔状间隙物质的颗粒或粉末与印染废水相混合,或使废水通过由颗粒状物质组成的滤床,使废水中染料、助剂等污染物质吸附于多孔物质表面等而除去。吸附技术特别适合低浓度印染废水的深度处理,在工艺上具有投资小,方法简便易行,成本较低的优点。吸附法在实际应用过程中应重点考虑吸附剂的选择、吸附剂的再生以及废吸附剂的后处理,以提高处理效果,降低处理成本和减少二次污染。常用的吸附剂主要有活性焦、离子交换纤维、炉灰、各种天然矿物(膨润土、硅藻土) 、工业废料(煤渣、粉煤灰) 及天然植物废料(木炭、锯屑、稻壳、玉米棒、甘蔗渣)等,一些合成无机吸附剂也被应用于处理印染废水,如含有SiO₂ 的复合氧化物、合成Mg(OH)₂ 吸附剂等。目前应用较广泛的是活性焦吸附法(多用于三级处理),该法对去除水中溶解性有机物非常有效,但它不能去除水中的胶体和疏水性染料,并且只对阳离子染料、直接染料、酸性染料、活性染料等水溶性染料具有较好的吸附性能,活性炭至今仍是印染废水脱色的最好吸附剂。现有的研究发现采用活性焦对染色废水进行脱色处理,色度去除率达60.12%,COD平均去除率为56.16%。两级联合作用,色度总去除率达92.17%,COD去除率达91.15%,出水色度3.7倍,COD30.6mg/L,达到了纺织工业部洗涤用水标准,可回用于生产中洗呢和煮呢工序。由于印染废水的水质复杂,单一的吸附处理无法达到理想的处理效果,实际应用中需进一步开发适用性较广的吸附剂,同时必须开发吸附技术与其它技术的组合工艺^[7,8] 。

2.1.2混凝法

混凝法是在废水中加入絮凝剂,使污染物等胶粒凝聚絮凝而成沉淀物被除去的物理处理方法,是一种已被普遍采用的印染废水处理技术。混凝法处理机制是以胶体化学的DLVO理论为基础,絮凝剂在废水中首先发生水解、聚合等化学反应,生成的水解、聚合产物再与废水中的胶粒发生静电中和、粒间架桥、粘附卷扫等作用生成粗大的絮凝体再经沉降除去。在实际应用中,主要采用混凝沉淀法和混凝气浮法。絮凝剂的选择是关键,常用的絮凝剂主要有无机絮凝剂、有机絮凝剂、复合絮凝剂及生物絮凝剂^[9-10] 。

无机絮凝剂主要包括铝盐和铁盐系列。无机铝盐絮凝剂包括硫酸铝、氯化铝、聚合硫酸铝和聚合氯化铝等;无机铁盐絮凝剂包括硫酸铁、硫酸亚铁、氯化铁、聚合硫酸铁和聚合氯化铁等;应用最广的无机絮凝剂是铝盐絮凝剂。

有机高分子絮凝剂具有脱色性能好,凝絮稳定,生长快,残渣少,pH 范围宽等优点。合成有机高分子絮凝剂主要品种有：季胺型阳离子聚丙烯酰胺、聚烯酸、聚二甲二烯丙基氯化铵、聚胺等;天然高分子絮凝剂主要包括：淀粉改性阳离子絮凝剂,木质素季胺盐絮凝剂,两性壳聚糖絮凝剂等。

复合絮凝剂的高效性在于各种絮凝剂的相互协调作用,在印染废水处理中发挥各自的优势,从而达到较好的处理效果。目前国内复合絮凝剂主要有：聚合硅酸铝(PASC) 、聚合硅酸铁(PFSC)、聚合氯化铝铁、聚合硅酸铝铁、聚合硫酸氯化铝、无机P有机复合絮凝剂等。

生物絮凝剂由于对废水中的染料、胶体和悬浮物均具有絮凝作用,且具有高效、安全、无二次污染等优点,近年来发展十分迅速,主要品种有NOC21系列生物絮凝剂和NAT型生物絮凝剂。

混凝法的主要优点是工程投资费用低,设备占地面积小,处理量大,对含疏水性染料的印染废水处理效果好。其缺点是随水质变化需改变投料条件,实际运行管理困难,对含亲水性染料的印染废水处理效果差,COD去除率低,泥渣量大且脱水困难。

2.1.3膜分离法

膜技术是21世纪出现的新兴技术，由于其具有诸多优点而备受关注。膜技术可按过滤精度从低到高分为微滤、超滤、纳滤和反渗透，微滤和超滤一般作为纳滤和反渗透的预处理工艺。马江权等^［11］采用微滤-纳滤联用装置对印染废水进行深度处理，以微滤作为纳滤前的预处理工艺，经微滤-纳滤联用技术处理后，COD_Cr的去除率大于86％，浊度和色度去除率高达100％，出水水质达到一级排放标准的要求。曾杭成等^［12］研究了超滤-反渗透双膜技术深度处理印染废水的情况。超滤对浊度的去除率达90％，但对CODCr和UV254的去除率较低，对盐分几乎没有去除效果，超滤出水经过反渗透处理后，出水各项指标均接近或优于自来水水质指标，完全达到城市污水再生利用工业用水水质标准，能回用于大部分印染过程的高级工序，该工艺运行费用约为1.88 元／m3。钟毓^［13］在工程实践上验证了膜技术在印染废水深度处理回用中应用的可行性。

膜技术主要是通过对废水中污染物的分离而达到废水处理的目的，此方法的工艺过程简单，处理过程无二次污染，并且出水水质优良，可以回收再利用。膜技术虽具有诸多优点，但是也存在很多问题，其中膜污染和成本是制约膜技术在印染废水处理方面广泛应用的主要因素。

2.2化学处理法

2.2.1氧化法

氧化法是在氧化剂的作用下,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。氧化法包括化学氧化、光催化氧化和超声波氧化。

化学氧化法是目前研究较为成熟的方法。氧化剂一般采用芬顿试剂(Fe₂ -H₂O₂ ) 、臭氧、含氯氧化剂等。芬顿试剂是一种重要脱色氧化剂,在酸性条件下(pH 值为4～5) ,在Fe₂ 的催化作用下,H₂O₂产生氧化能力更强的中间体·OH 自由基,从而氧化降解染料分子而脱色,同时试剂中Fe₂ 在一定pH值下形成Fe(OH) ₃ 胶体而兼有混凝作用。臭氧是另一种重要的氧化剂,最适用于亲水性染料含量高、悬浮物少的废水处理,还原产物以及过量的臭氧不会对环境造成二次污染,该方法的缺点在于对废水的COD 去除效果不好,能耗大,大规模推广困难。含氯氧化剂氯气、次氯酸钠、二氧化氯等在废水中可生产新生态氯,能将染料中间体氧化成二氧化碳和水;含氯氧化剂对活性染料和酸性染料的处理效果较好,而对直接染料和分散染料的处理效果欠佳。深度化学氧化法则是针对难降解印染废水开发的氧化方法 ,主要包括湿式空气氧化法(WAO) 、超临界水氧化法(SCWO) 及焚烧法,所用氧化剂为O₂。

光催化氧化法是利用某些物质(如铁配合物、简单化合物等) 在紫外光的作用下产生自由基,氧化染料分子而实现脱色。TiO₂ 光催化氧化法在pH值为3～11 时产生O 和·OH ,使染料分子迅速分解而获得很好的脱色效果。铁羧酸配合物光催化氧化法,以铁草酸、铁柠檬酸或铁丁二酸络合物作催化剂,在紫外光照射下,光解生成烷基、羟基等多种自由基,使印染废水氧化脱色。光催化氧化技术以其具有常温常压操作、有害物质分解彻底、能耗及材料消耗低、无二次污染等优点, 具有良好的应用前景^{[14-15 ]}。

超声波处理印染废水是基于超声波能在液体中产生局部高温、高压、高剪切力,易挥发有机物将发生热解反应而被彻底降解,难挥发有机物主要通过与水分子裂解产生的高活性自由基·OH 和强氧化剂H₂O₂ 发生氧化反应而被降解。超声波技术作为一种新型的氧化技术,可与化学氧化、电解氧化、光催化氧化等联用,对一些难降解有机物有显著的降解效果,去除率高且反应速度快^[16] 。

2.2.2电化学法

电化学法是处理印染废水的一种有效的方法。电化学法中关于可溶性电极在印染废水中的研究表明,在阳极和阴极上发生电絮凝、电气浮和氢的间接还原作用能达到处理废水的目的。影响电化学法处理印染废水的因素有进水pH值、停留时间、铁碳比、运行时间、滤柱高度、活化时间等。电化学法处理印染废水具有设备小、占地少、运行管理简单、COD去除率高和脱色好等优点,但同时电化学法存在着能耗大、成本高和析氧析氢副反应等缺点。近年来,随着电化学和电力工业的发展以及许多新型高析氧析氢过电位电极的发明,电化学法又重新引起人们的重视。采用三维电极电化学方法对某印染厂废水进行处理,废水的COD、色度分别为697.58mg/L,1400倍。在电解电流I=0.6A,电极间距d=50mm,粒径D=5mm,填充800g粒子电极,处理时间为10min后,COD去除率达89.03%,色度去除率达99.43%,印染废水经处理后能达到国家污水综合排放标准级要求。

2.2.3光化学氧化法

光化学氧化法由于其反应条件温和(常温、常压)、氧化能力强和速度快等优点。光化学氧化可分为光分解、光敏化氧化、光激发氧化和光催化氧化四种。目前研究和应用较多的是光催化氧化法。

光催化氧化技术能有效地破坏许多结构稳定的生物难降解的有机污染物，具有节能高效、污染物降解彻底等优点，几乎所有的有机物在光催化作用下可以完全氧化为CO₂、H₂O 等简单无机物。但是光催化氧化方法对高浓度废水效果不太理想。

关于光催化氧化降解染料的研究主要集中在对光催化剂的研究上。其中，TiO₂ 化学性质稳定、难溶无毒、成本低，是理想的光催化剂。传统的粉末型TiO₂ 光催化剂由于存在分离困难和不适合流动体系等缺点，难以在实际中应用。近年来，TiO₂ 光催化剂的搀杂化、改性化成为研究的热点。

光催化氧化法是70年代发展起来的水处理方法,它是利用光催化氧化剂或半导体材料(TiO₂、ZnO、Fe₂O₃等)产生·OH或电子空穴,然后吸附水分子或氧化氢离子,形成吸附态的·OH,而·OH几乎无选择地将有机物最终氧化为CO₂和H₂O。常用的半导体催化剂有TiO₂,ZnO,Fe₂O₃,SnO₂,WO₃等。印染废水的光降解率与pH值的高低、光的强弱有关。该技术具有低能耗、易操作、无二次污染、可完全矿化有机物等突出的优点,但也存在着反应时间长、费用高、催化剂效率低且不易回收、UV灯的寿命较短和效率较低的缺点。涂代惠等采用自制的TiO₂膜和平板式固定床型光催化氧化反应装置对邯郸市某印染厂经过混凝、表面曝气处理后的废水进行光催化氧化降解试验,废水中主要污染物COD为526mg/L,色度为105倍,SS为32.8mg/L,在废水的pH值为6.0、H₂O₂加入量为3.5mL和循环流量为228L/h条件下,对COD的去除率可达68.4%,色度的去除率为89.1%,对阴离子表面活性剂的去除效率为87.45%,出水达到了国家规定的废水排放标准。目前光催化处理染料废水在工业化应用中仍受到一定的制约。主要问题是染料体系的复杂性和测试方法的局限性;其次,是由于催化剂悬浮于水体中,加大了清理难度,增加对环境的二次污染。因此对其工业化大规模应用仍需进行深入地研究。

2.3生物法

2.3.1好氧生物处理技术

好氧生物处理是在有氧条件下,利用好氧微生物(包括兼性微生物) 的作用来去除印染废水中的有机物。活性污泥法、生物滤池、生物转盘、氧化沟、生物塘和膜生物反应器(MBR) 等都属于废水好氧生物处理法^[17] 。

强化生物铁活性污泥法,通过采取向曝气池中投加氢氧化铁,延长难降解物质的停留时间等措施,能大幅提高曝气池的活性污泥浓度和抗冲击负荷能力,降低污泥负荷,使单位数量菌团承担的有机物降解量减少,使菌胶团表面的有机物得到及时、充分的氧化降解,从而提高系统的脱色率和COD去除率。

生物膜法是将微生物细胞固定在填料上,微生物附着于填料上生长、繁殖,在其上形成膜状生物污泥。与常规活性污泥法相比,生物膜法具有生物体体积浓度大,存活世代长,微生物种类繁多等优点,尤其适合于特种菌在印染废水体系中的投加使用。常用的生物膜法包括：生物转盘、生物接触氧化法、生物滤池。

膜生物反应器(MBR) 技术是用微滤膜组件代替传统活性污泥中的二沉池,与常规活性污泥法相比,该技术具有以下特点：1) 通过膜的高效截留作用,实现反应器水力停留时间(HRT) 和污泥龄(SRT) 的完全分离,运行控制更加灵活稳定;2) 反应器内的微生物浓度高,耐冲击负荷;3) 有利于增殖缓慢的硝化细菌的截留、生长和繁殖,提高系统硝化效率;增长难降解有机物在系统中的水力停留时间,提高降解效率;4) 反应器在高容积负荷、低污泥负荷、长泥龄下运行,可基本实现无剩余污泥排放,降低了污泥处理费用;5) 生物器内能维持高浓度的微生物量,处理装置容积负荷率高,工艺设备集中,占地面积小;6) 系统易于实现自动控制,操作管理方便,但膜生物反应器(MBR) 技术也存在膜污染、膜清洗、膜更换和能耗高等问题^[18] 。

2.3.2厌氧生物处理技术

厌氧生物处理较好氧生物处理在印染废水处理上, 有以下几点优势：

(1) 应用范围广。厌氧法不但能应用于中、低浓度的印染废水, 还可以应用于高浓度的印染废水, 而且某些有机物只有在厌氧条件下才能被降解, 如固体有机物、着色剂蒽醌和某些偶氮染料等。

(2)能耗低。印染废水一般为高浓度有机废水,厌氧处理时不需要曝气, 而且产生的沼气可

以作为能源,单一的厌氧处理还能提供能源。

(3)有机负荷(BOD₅)高。一般为2～10 kg/(m³·d),有的甚至达到50 kg/(m³·d)。

(4)剩余污泥量少,浓缩性、脱水性良好,而且污泥可以长期贮存, 这样便于处理工艺的运

行及装置的迅速启动。

因此, 对印染废水的前期处理,大都采用厌氧生物处理方法,但是,单一的厌氧处理运行周期比较长,而且往往很难达到排放标准,特别是在气味和色度上,还需进一步处理。目前,厌氧生物处理应用较多的主要是其复合或改进工艺。

2.3.3好氧—厌氧处理技术

研究发现, 印染废水中的大部分有机物是可以生物降解的,即使是苯环结构, 也能被诺卡氏菌﹑环形小球菌等分解为有机酸,最终氧化为CO₂ 和H₂O。许多染料在好氧条件下属于难降解物质, 仅在厌氧条件下才能被不完全降解,但易生成苯胺等有毒及致癌物质。

目前印染废水的生物处理多采用好氧—厌氧处理工艺,即在好氧处理前先进行厌氧处理,在兼性微生物的作用下, 使印染废水中大分子有机物分解成小分子,非溶解性有机物成溶解性物质,难生物降解物质转化为生物降解物质。总之,通过厌氧处理以提高印染废水的可生化性,使出水水质稳定,减少了负荷冲击,以利于后续的好氧处理。当有机物通过厌氧反应, 降解成有机酸或小分子的溶解性物质后, 再通过好氧处理予以彻底降解。表2-1^{〔19～24〕}列举出了几种目前应用比较广泛的好氧—厌氧印染废水处理工艺。

表2-1 好氧-厌氧处理印染废水的几种最新工艺及处理效果

第三章 工艺设计

3.1实验装置及工艺流程

本设计是从活性焦曝气池和活性焦曝气生物滤池2个工艺单元进行论证活性焦对印染废水处理的良好效果。工艺流程(见附图)所示，采用水解酸化- 强化好氧- 深度处理的工艺改造方案，通过水解酸化将废水中大分子、难降解有机物转化为小分子有机物，一定程度的提高可生化性，去除一定色度^[25-26]；在好氧池内投加活性焦载体，延长大分子污染物的水力停留时间，提高污泥浓度，强化好氧池处理能力，使得出水COD满足低于150mg/L 的要求。深度处理部分对生化出水进行加药混凝，并用生物活性焦滤池进行深度处理，使得出水COD 满足小于60mg/L 的要求。

调节池1座，停留时间20h，主要作用是储存原废水，能够为后续的设备提供稳定的水量；初沉池1座，停留时间5 h，在初沉池前设有混凝加药装置，投加定量的硫酸亚铁；水解酸化池1座，采用两级水解单元，停留时间25h；新型曝气池1座，停留时间32 h，曝气池内投加活性焦以提高微生物量，能够更好的去除COD、BOD₅、色度等；二沉池1座，停留时间6.4 h；曝气活性焦生物滤池（BAF）1座，填装活性焦滤料，曝气生物滤池空床停留时间约为4～6h。

3.2分析项目及方法

COD、MLSS、pH、SV（污泥沉降比）等指标按照水和废水监测分析方法(第4版）^[27]进行分析。扫描电镜照片按照Vyrides 和Stuckey 等人的测试方法完成^[28]。除进行以上基本数据的分析之外，还需通过实验的方法测定曝气池内活性焦的浓度，确保对COD进行稳定去除，主要参考PACT活性污泥中生物质量与粉末活性焦质量的计算和测定^[29]，通过不同温度下生物相和活性焦的挥发程度不同，在测定参数的基础上，计算出混合相中污泥和活性焦的单独含量，经过一定量的前期实验，得到相关参数为：a₁=0.5732、a₂=0.7128、b₁=0.0856、b₂=0.5322，将参数代入公式（1）即可得出所需活性焦的含量。

。 （1）

式中，Y 为MLSS中的活性焦含量；a₁ 为T₁ 温度时生物量的挥发系数；b₁ 为T₁ 温度时活性焦的挥发系数；a₂ 为T₂ 温度时生物量的挥发系数；b₂ 为T₂温度时活性焦的挥发系数；M 为MLSS；M₁为T₁ 温度时MLSS的挥发量；M₂为T₂ 温度时MLSS的挥发量。

3.3结果与讨论

3.3.1活性焦曝气池对污染物的去除效果

水解酸化过程中，pH主要影响生化反应的速率、产物组成以及污泥的形态和结构，大量的研究结果表明，水解性发酵细菌、产酸发酵细菌等对pH变化的适应性较强，同时pH 还影响水解酸化产物的种类和含量，当pH 在7.0左右时能够为下一单元创造更适宜的条件。水解酸化池和曝气池pH的变化如图3.1所示，由于印染废水偏碱性，原水pH 在8～10之间，通过水解酸化后，能够稳定在8.0左右，为活性焦曝气池提供良好的处理条件，说明水解酸化- 活性焦曝气池工艺组合对pH 具有很好的调节作用。

图3.1 水解酸化池和曝气池pH值变化

Fig.3.1 Hydrolytic acidification tank and aeration tank pH curve

活性焦曝气池主要是将活性焦粉投加到曝气池中，利用其吸附作用，延长难降解大分子污染物的水力停留时间，并且作为微生物附着生长的载体，提高污泥浓度。通过“物理吸附/ 生物降解”协同作用强化活性污泥絮体的净化能力，对废水中难处理的有毒有机物进行强化分解，优化出水水质，进一步降低水体COD与色度，减少外排水对环境的污染。活性焦在污泥池中被微生物包裹的扫描电镜照片如图3.2所示，通过表面吸附的微生物细胞、酶、有机物以及氧分子，为微生物提供更好的新陈代谢环境，微生物酶进入活性焦微孔，从而使已吸附的有机物降解，达到去除COD的效果。

图3.2（a）×400 图3.2（b）×500

图3.2 活性焦曝气池中活性污泥SEM

Fig.3.2 SEM photographs of activated sludge from activated coke aeration tank

由图3.3可知，活性焦曝气池对COD有很好的去除效果，能够连续稳定的运行。实验中原水COD在1034～1715 mg/L 波动，平均为1329 mg/L，虽然波动较大，但是活性焦曝气池出水COD能够稳定在93～252 mg/L，平均为146 mg/L，COD去除率为78%～94%，平均去除率达到89%，一直处于较稳定的水平，说明系统有较好的耐冲击能力，能够满足去除率达到85%的要求。投加活性焦粉后曝气池的出水色度有显著降低，色度值由进曝气池的625倍降至25倍左右。说明活性焦粉- 曝气生物系统能够很好的控制出水中显色物质的含量，使得色度有明显的降低。

图3.3 活性焦曝气池对COD的去除效果

Fig.3.3 COD removal efficiency of activated coke aeration tank

在活性焦曝气池运行的过程中，SV₃₀(30min污泥沉降比)和MLSS一直处于较稳定的状态，如图3.4所示，其中SV₃₀一直处于90%左右的水平，运行后期SV₃₀有波动状况，与此时池内温度的变化有关，但仍能保持一个较高的水平，为微生物的生长，提供了良好的生存环境。MLSS在初始的半个月内保持在6 g/L 附近，后期逐渐提升，最终保持在7g/L 的水平，通过这个指标的检测能够粗略的反映出活性焦曝气池中污泥生物量的水平。活性焦曝气池中的污泥生物量能够对COD去除效果有很好的保障。

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