钟宝民
佛山市荣之新水处理科技有限公司
摘要：厌氧生物处理技术是依赖兼性厌氧和专性厌氧微生物将污染物降解转化为沼气的生物反应过程，具有低能耗、运行稳定、高负荷、排泥少和产沼气能源等特点。对于印染废水中好氧处理不可降解的有机物(偶氮染料等)，厌氧生物处理可以通过还原裂解作用，破坏染料分子结构的化学键以及发色基团，从而有效提升污染物去除率，达到良好的处理效果。基于这些优势，近年来厌氧生物技术处理有机物浓度高、可生化性差的印染废水得到了广泛的应用和发展。
关键词：印染废水；厌氧；生物处理
引言
近年来，由于各种新型染料和助剂的大量使用，印染废水呈现出有机物含量高、色度大、水质变化大、pH变化大、成分复杂等特点，进一步加大了印染废水的处理难度。目前处理印染废水的技术手段主要有物理法、化学法和生物法。利用生物技术处理印染废水成本低廉、对环境的二次污染孝污泥产量少、不需要复杂的设备，具有良好的环境效应和经济效应，成为最常用的印染废水处理技术。
1生物技术处理印染废水原理
生物技术处理印染废水主要是通过微生物的大量繁殖，利用微生物酶氧化或还原染料分子，破坏染料分子的不饱和键和显色基团，将印染废水中的大分子有机污染物降解成小分子物质或转化为各种原生物质及营养物质，从而达到净化水质的目的。
2厌氧反应器处理工艺
厌氧反应器的独特构造形成了各自的工艺特点，对处理效果也有重要影响，广泛应用于印染废水处理的厌氧反应器主要有：升流式厌氧污泥床反应器(UASB)、内循环厌氧反应器(IC)、厌氧折流板(ABR)、厌氧生物滤池(AF)。
1.1UASB
UASB反应器在运行过程中不需要动力搅拌，也无需设立沉淀池，其高效运行的技术关键是布水系统、三相分离器和污泥颗粒化。研究了UASB处理印染废水的效果，印染废水的CODCr浓度为6000mg/L、色度为0.35AU(在580nm下的吸光率)，研究结果发现不需加入营养物或缓冲液调节反应过程，脱色率和CODCr去除率都达到90%以上，反应器运行稳定，可以有效处理印染废水。考察UASB反应器处理印染废水的水解酸化性能。研究显示，反应体系对各种印染废水的水解酸化效率良好，COD、色度和SS的去除率比较稳定，分别达到47%、75%和70%以上，而且经过处理之后印染废水的可生化性得到提高，BOD5/CODCr达到0.48以上。
1.2IC
IC反应器是在UASB反应器的基础上研发而来，由两个UASB反应器叠加而成，IC反应器的高径比一般大于4，通过内部循环系统加强污泥和底物间的接触，并且设置两个三相分离器和一个气液分离器，第一反应室的生物量较高，泥水混合更加均匀，第二反应室的上升流速较低，减少污泥流失。采用IC反应器处理实际印染废水，结果表明COD去除率可以达到40%左右，相比传统厌氧水解池明显提高，处理过程无需添加混凝剂，减少了污泥产生。为了提高处理效率，有研究者对IC反应器进行改进，在第一反应室增加外循环系统，研究其处理印染废水的效果，发现容积负荷为8.4kgCOD/(m3·d)时，COD去除率达到85%，每日沼气产量为2.89L/d，外循环系统的增加可以缓解反应器内VFA积累，使得反应器在高容积负荷下运行稳定，出水的VFA浓度保持在200mg/L以下。
1.3ABR
ABR反应器中包含有一系列垂直的折流板，将反应器分隔成串联的反应室，每个反应室可以看作相对独立的升流式污泥床系统。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆ABR反应器中水力流态接近推流式，相对隔离的反应室内形成独特的微生物群落，实现不同厌氧反应阶段的分离，避免了完全混合流态下印染废水中毒性物质对较敏感的甲烷菌群的抑制。在中试规模ABR反应器处理印染废水中，研究发现ABR反应器第一室的COD和色度去除率最高，反应器处理之后出水COD浓度在470~600mg/L范围内，色度的平均去除率达到67.3%，而且废水中的偶氮染料被降解转化为氨氮。
1.4AF
AF反应器内部填充了多孔固体填料，供部分厌氧菌附着生长，形成厌氧生物膜，另一部分厌氧菌悬浮于填料空隙间处。AF反应器的生物固体浓度高，抗冲击负荷能力强，污泥停留时间长，不需设置污泥回流系统，运行管理方便。研究AF反应器处理印染废水的性能，考察不同容积负荷下偶氮类有机染料的降解效果。研究结果显示，系统的处理能力随着运行时间增加得到提高，偶氮类污染物的降解率随着容积负荷的提升而增加，反应器的容积负荷最高达到11.9kgCOD/(m3·d)，偶氮类污染物的降解率达到61%，处理过程中微生物能将印染废水中的偶氮类有机染料小分子化并进一步被转化利用。
3印染废水厌氧降解机理
印染废水中有机染料在好氧条件下无法被降解，而在厌氧条件下，有机染料先被微生物吸附，进一步其分子结构被破坏，大分子的有机染料被小分子化，降低了生物毒性，从而提高可生化性，随着有机染料被降解，印染废水的色度也得到脱除。通常来说染料的降解主要发生在厌氧处理的水解阶段，在水解酶作用下水解成为小分子物质，然后染料分子中发色基团在产酸微生物的作用下被破坏。分析染料在厌氧生物处理过程的转化规律、代谢途径，有助于优化处理过程，提升处理效率。偶氮染料、蒽醌染料和三苯基甲烷染料是印染废水中具有代表性的污染物。偶氮键是偶氮染料的发色基团，其断裂是偶氮染料降解的关键步骤，反应过程需要在非特异性还原酶的催化下完成。在降解过程中，偶氮染料先脱掉磺酸基，然后再打开偶氮双键，生成苯胺类物质，此时偶氮染料已经实现脱色，但是产生的苯胺物质对其他微生物有抑制作用，限制系统的处理能力。国内外学者深入研究了纯培养菌种的染料降解途径，为印染废水的厌氧降解提供理论指导。在黄孢原毛平革菌降解蒽醌染料的研究中，考察各种培养参数对染料生物降解动态过程的影响，结果显示蒽醌染料的稠环发生不同程度的裂解，其降解产物中可能保留部分共轭结构物质或在200~700nm范围内无最大吸收峰的非共轭结构物质。三苯基甲烷类染料的主要结构是中心碳原子连接3个苯环，不同染料的苯环上侧链基团不同，结晶紫和孔雀石绿是常见的三苯基甲烷类染料。研究不同条件下PseudomonasputidaMTCC4910菌株对结晶紫和酸性蓝93的降解情况，结果表明处理过程的吸附平衡复合二级动力学模型，菌株对染料的脱色效果受pH值、盐度的影响不大。关于三苯基甲烷染料的中间降解产物的分析已开展多年，米氏酮和二甲氨基苯酚是典型的中间产物，而且在不同的微生物作用下，中间降解产物的种类相近，这说明三苯基甲烷类染料在不同微生物中的降解机理可能是相似的。
结束语
利用生物技术处理印染废水成本低廉、对环境的二次污染孝污泥产量少、不需要复杂的设备，具有良好的环境效应和经济效应，成为当前最常用的印染废水处理手段。但是随着各种新型染料和助剂的加入及印染废水排放标准的不断提高，需要结合其他预处理工艺或深度处理技术，以满足当前及未来印染废水的处理需求。
参考文献
[1]张挺,骆金.IC厌氧反应器处理印染废水的试验研究[J].染整技术,2013,35(8):31-33.
[2]宋梦琪,周春江,马鲁铭.水解酸化工艺处理印染废水的机理[J].环境工程学报,2015,9(1):102-106.
论文作者:钟宝民
论文发表刊物:《中国西部科技》2019年第21期
论文发表时间:2019/11/26
标签：反应器论文; 废水论文; 染料论文; 污泥论文; 偶氮染料论文; 微生物论文; 偶氮论文; 《中国西部科技》2019年第21期论文;