摘要:以SBR反应器作为生化处理装置，考察了用SBR法和内电解一SBR法处理含活性染料、直接染料及还原染料的印染废水的有机物降解效果。研究表明，铁碳内电解可提高废水的可生化性和改善活性污泥的沉降性能，使有机物的去除率比单独的SBR法提高约20％。
　　关键词：印染废水；废水处理； 内电解；序批式活性污泥法
　　中图分类号：X703.1X791　　　 文献标识码：A　　　 文章编号：1009-2455(2003)04-0029-04

A Study on lmprovement of Biological Treatment of Wastewater from Prinring and Dyeing Industry by InternaI Electrolysis

MA Hong-fang
（Hefei Universitry of Technology，Hefei 230009，China)

　　Abstract: SBR reactor was used as the biochemical treatment equipment in studying the result of degradation of the organics in the wastewater from printing and dyeing industry that contained reactive dye，direct dye and vat dye and was treated by SBR method and intemal electrolysis-SBR method．The study showed that the intemal electrolysis of iron and carbon　may improve the biochemical treatability of the wastewater and the sedimentation characteristics of the sludge so that the removal rate of organics may increase by 20％ compared to the figure resulted from the use of SBR method only．
　　Keywords: wastewater from prindng and dyeing industry; wastewater treatment；intemal electrolysis；sequencing and batch reactor activated sludge method

　　近年来，纺织产品的日益丰富，印染废水中难生化降解的物质日益增多，导致单纯的生化工艺对印染废水的处理效果越来越差^[1]。SBR工艺能灵活方便地实现缺氧、厌氧、好氧条件的组合，使得SBR在难降解有机物处理中得以广泛应用，但单靠SBR生化工艺处理高浓度难降解印染废水还不能达标排放。本研究以SBR法为主体处理方法分别对SBR法、内电解-SBR法处理印染废水的降解效果、两种生化进水的可生化性、反应器内活性污泥的性能等方面进行了比较研究。

1 实验方法

1.1 废水水质
　　试验废水采用人工配制，包括活性染料（X-3B）红，X-GN橙）、直接染料 (枣红GB、耐晒B₂-RL)还原染料(RSN兰、FFB绿)以及多种附料、助剂和表面活性剂等，废水的可生化性不高，水质见表1。

表1 　配制的印染废水水质

PH值	ρ（COD）/（mg·L-1）	色度/倍	m(CODB)：m(COD)
8-9	1000左右	350左右	0.45-0.50

1.2 实验装置与方法
　　试验装置采用SBR反应装置，有效容积24L，反应器底部设置微孔曝气器，用空压机供气，上部设置多个排水口，可根据需要排出不同量的经处理并澄清后的上清液，下部设置排泥口。进水、曝气、沉淀、排水、闲置等运行程序为自动控制。内电解装置为一塑料容器，内装一定比例的铁屑和焦炭，充填率为30％。通过试验确定，SBR反应器操作程序为进水0.5h，曝气5h，沉淀l h，排水0.5h，闲置l h，8h一个周期，曝气采用限制曝气方式，污泥负荷为05kg[COD]／(kg[MLSS]·d)左右。　　　 废水进入生化反应器时滴加稀盐酸调整pH值为7左右。内电解反应参数为铁炭质量比4：6，pH值为4，反应时间30min，预处理出水在进入生化反应器时，通过加药装置调pH为7左右，其它反应条件与SBR工艺相同。
1.3 试验分析方法
　　①可生化性m(COD_B)／_m(COD)代替m(BOD₅)／_m(COD)^[2]。本试验采用在500mL三角瓶中注入一定比例的废水和活性污泥约200mL，废水与活性污泥的体积比为3：2.5，曝气充氧24h后，将混合液过滤，测定滤液的COD值，计算COD的去除量△COD即为COD_B；
　　②总铁含量：EDTA滴定数法；
　　③色度：稀释倍数法。

2 试验结果

　　分别采用SBR法和内电解-SBR法对试验废水进行处理，结果如表2所示。
　　从表2可知，内电解-SBR工艺处理印染废水在COD和色度去除率上都明显高于SBR法。COD总去除率在85%左右，色度去除率接近90%。为了明确了解铁炭内电解对SBR生化工艺的强化影响，试验中进行了两种工艺情况下SBR进水的可生化性试验和SBR反应器内污泥的性能研究。

表2　 两种工艺处理废水的运行结果

周期	SBR法处理废水的运行结果						内电解-SBR法处理废水的运行结果
	进水		出水		去除率		进水		出水		去除率
	ρ（COD）/ (mg·L-1)	色度/ 倍	ρ（COD）/ (mg·L-1)	色度/ 倍	COD/ %	色度/ %	ρ（COD）/ (mg·L-1)	色度/ 倍	ρ（COD）/ (mg·L-1)	色度/ 倍	COD/ %	色度/ %
1	1080	356	410	278	62.0	21.9	1120	370	163	46	85.4	87.6
2	1080	356	416	286	61.5	19.4	1120	370	172	24	84.6	91.0
3	988	352	398	274	59.7	22.1	1120	370	158	40	85.0	89.2
4	988	352	393	282	60.2	20.0	984	362	157	42	84.0	88.3
5	988	352	370	266	62.6	24.4	984	362	166	44	83.1	87.9
6	1020	360	414	283	59.4	21.5	984	362	154	34	84.3	90.5
7	1020	360	389	277	61.9	23.1	1089	366	147	38	86.5	89.6
8	1020	360	385	275	62.3	23.6	1089	366	178	46	82.8	87.4

3 内电解对生化工艺的强化作用

3.1 对废水可生化性的影响
　　为了正确反映废水在内电解前后可生化的变化，本试验采用单位污泥的COD等负荷条件下的m(COD_B)／m(COD)比值作指标。按照前述的COD_B测定方法，分别测得几组反应前后m(COD_B)／m(COD)值。试验结果如表3所示。
　　试验表明，废水经过内电解反应后，可生化性由原来的0.45～0.50提高到0.70～0.75。这是因为印染废水中的染料、大分子等物质经过内电解处理后，由于新生态物质Fe²⁺，H的氧化还原作用，一些不饱和键打开使发色基团破坏，硝基物
转化成胺基物，大分子物质分解成小分子的中间体^[3]，在发挥脱色作用的同时，使COD_B值往往高于原水，改变了废水的可生化程度，为后续生化处理创造了有利条件。

表3　 内电解前后废水的可生化性比较

组数	原废水的可生化性			内电解处理后废水的可生化性
	ρ（COD）/ （mg·L-1）	ρ（CODB）/ （mg·L-1）	m（CODB）: m（COD）	ρ（COD）/ （mg·L-1）	ρ（CODB）/ （mg·L-1）	m（CODB）: m（COD）
1	1040	468	0.45	996	717	0.72
2	984	472	0.48	909	682	0.75
3	998	469	0.47	918	679	0.74
4	1008	454	0.45	945	671	0.71

3.2 对污泥性能的影响
3.2.1 污泥浓度与污泥负荷的比较
　　SBR工艺和内电解-SBR组合工艺各自稳定运行一段时间后，在相同的进水条件，即相似的容积负荷下，每隔一定的时间测定它们的污泥浓度，并诗算相应的污泥负荷，结果见图1、图2。

　　由图1、图2可知，在相同的进水条件下，内电解-SBR工艺生化反应器内污泥浓度超过SBR法的两倍，它承受的污泥负荷低于SBR法的1／2。污泥浓度的提高来源于铁絮体的生成及由于污泥结构、压实性能的变化而引起的单位体积内微生物数量的增多。在内电解预处理反应中，铁不断腐蚀形成Fe³⁺，在生化反应器内由于pH值的升高和微生物的吸附作用，促进了Pe(OH)₃絮体的形成，同时，微生物絮体和Fe(OH)3絮体协同吸附，形成了絮体粗大，结构紧密呈团粒状的生物铁污泥，镜检分析得出，生物铁富集了微生物及有机物，使较多的微生物与较多的有机物(由于废水的可生化性提高，废水中的有机物更容易被微生物利用)得到充分的接触，具有较高的代谢活性，加速了微生物对有机物的降解作用，进而提高了处理效率。
3.2.2 污泥沉降性能比较
　　取等量的两种方法的污泥，装入1 000mL的量筒中，进行污泥沉淀试验。开始时轻轻地搅拌悬浮液，使混合均匀，然后开始静沉。在整个试验期间连续地观测固—液界面的位置，连续100min，试验结果见图3。

　　从图3可以看出，A点是曲线①即SBR工艺活性污泥沉降曲线的压实点，发生在开始沉降后第22min，B点是曲线②即内电解-SBR　 艺活性污泥沉降曲线的压实点，发生在开始沉降后第17min，要比SBR工艺压实点提前5min，也就是说，相同量的活性污泥，内电解-SBR工艺要比SBR工艺沉降得快，这一点有利于提高对反应器的利用率。内电解-SBR法的沉降曲线始终在SBR法曲线的下方，又说明．了内电解-SBR法污泥的压实性能也优于SBR法，从而使SBR反应器内的污泥浓度大大提高。另外由30 min时的固—液面位置可分别求得两种工艺的污泥沉降比SV，SBR法的SV为28.5％，内电解-SBR法的SV为23％，明显低于SBR法，进一步说明了内电解-SBR工艺中活性污泥比重大，易于沉降，有利于在反应器内保持浓度较高和沉降性能较好的活性污泥，这对比重较小的印染废水污泥来说是很有利的。
3.2.3 对氧的利用率比较
　　在微生物的代谢过程中，需要将污水中的一部分有机物氧化分解，并自身氧化一部分细胞物质，为其新细胞的合成以及维持其生命活动提供能源，这两部分氧化所需要的氧量一般用下列公式表示^[4]：
　　O₂=a’Q(L_a-L_e)+b’VXv　　　 (1)
　　式中：O₂—曝气池混合液需氧量，mg[O₂]/d;
　　　　　a’—代谢每公斤COD所需氧量；
　　　　　b’—污泥自身氧化需氧率，即每公斤污泥每天所需要的公斤数，d^-1;
　　　　 V—曝气池容积，m³；
　　　　 X_V—单位曝气池容积内的挥发性悬浮固体(MLVSS)量，kg/m³;
　　　　 L_a—进水有机物浓度，mg／L；
　　 　　L_e—出水有机物浓度，mg／L。
　　公式可改写成：O₂／[Q(L_a- L_e)]=a’+b’X_vV／[Q(L_a- L_e)]= a’+b’／N’。
　　式中：O₂／Q(L_a- L_e)——去除每公斤COD所需氧量；
　　　　 N_s’—污泥负荷率，kg[BOD₅]／(kg[MLSS]·d)。
　　从公式中可以看出，如果污泥对氧的摄取能力一定即a’、b’一定时，当污泥负荷率低时，去除每公斤COD的需氧量就多，这是由于合成后的污泥量自身氧化比较多，较多的污泥本身呼吸需要较多的氧量。为此，本试验进行了两种工艺的活性污泥对氧的利用率比较。以Q_air／Q(L_a- L_e)表示去除每毫克COD所供的空气量，式中Q_air表示每批提供的空气量(L／批)，Q表示每批处理的废水量(L／批)，(L_a- L_e)表示每升水中去除的COD量(mg／L)，以去除每毫克COD所供的空气量为纵坐标，以SBR反应器内的溶解氧浓度为横坐标，绘出如图4所示的曲线。
　　由图4可见，SBR法相关直线的截距高于内电解-SBR法，这表明，当保持反应器内相同的溶解氧时，去除每毫克COD，组合工艺所需的供气量小于SBR法的供气量，也就是就，由于两种污泥的结构和性能不同，而导致a’，b’值不同，组合工艺中的生物铁污泥对氧的摄取能力或利用率要优于SBR法的污泥，尽管其中的污泥浓度是SBR的2倍多，COD去除率要比单独SBR法高出20％多，但对供氧的需求并不比单独SBR法多，这一点对好氧生物处理来说是非常重要的。

4 结论

　　①对比试验表明，内电解-SBR工艺处理印染废水效果优于单独的SBR法，COD和色度去除率分别达到85％和90％左右，内电解明显强化了SBR生化工艺的效果。　　　
　　②废水经内电解处理后，提高了可生化性，而且内电解出水中的铁离子在生化反应池内，由于pH值的升高及曝气后生成的Fe(OH)₃絮体与菌胶团有机结合后生成了比重较大、结构呈团粒状、沉降性能优良的生物铁絮体，使得反应器内能保持较高的污泥浓度，由于生物铁污泥吸附能力强，它富集了较多的微生物及有机物，有利于各种难降解有机物的分解。　　　
　　③尽管组合工艺中的污泥浓度是SBR法的2倍，COD去除率比SBR法高出20％，但对氧气的需求并不比单独SBR法多，这证明组合工艺中强化的活性污泥对氧的利用率优于单独的SBR法。

参考文献：
[1]汪凯民，蕲志军．印染废水治理技术进展[J]．环境科学，1994，12(4)：62—62。
[2]刘永淞．BOD₅的应用与污水可生化性的判别[J]．化工环保，1994，14(6)：372—375．　　　
[3]韩洪军，刘彦忠，杜冰．铁屑—炭粒法处理纺织印染废水 [J]．工业水处理，1997，17(6)：15—17．
[4]哈尔滨建筑工程学院．《排水工程》[M]．北京：中国建筑工业出版社，1999．

作者简介：马红芳(1969—)，女，山西运城人，合肥工业大学资源与环境工程学院硕士研究生。