印染废水具有有机物成分复杂、浓度高、难降解物质多以及色度高、毒性大、水质变化大等特点,传统方法的处理效果不理想。印染废水中的染料是以芳烃和杂环化合物为母体,并带有显色基团和极性基团的有机化合物,随着科技的进步,其结构日趋复杂,性能也越来越稳定,这给印染废水的处理带来了更大的困难。

膜生物反应器(MBR)是传统活性污泥法和膜分离技术相结合的一种新型污水处理工艺。由于许多染料在好氧条件下属难生物降解有机物,因此单纯采用好氧膜生物反应器进行处理,虽能获得良好的COD去除率,但不能获得良好的脱色率。笔者采用厌氧)好氧膜生物反应器组合工艺处理难生物降解染料废水，带有蒽醌发色基团的活性艳蓝KN-R染料废水,考察了该组合工艺对污染物的去除效果。

1材料和方法

1.1试验装置

试验装置如图1所示。模拟印染废水从原水槽经泵提升后由厌氧槽底部进入系统,厌氧槽出水溢流到好氧槽,废水经膜过滤后,由蠕动泵抽吸出水。厌氧槽的有效容积为9L,其内装填有5cm的聚丙烯球形填料,出水为溢流出水;好氧槽为一体式膜生物反应器,内置有机平板膜,尺寸为0.303mm，0.212m,有效膜面积为0.1285m2,膜孔径为0.1~0.4Lm,采用微孔曝气,错流过滤;好氧槽与厌氧槽的HRT均为24h,MLSS控制在3.0~4.5g/L,温度为20~32℃。由时间继电器、电磁开关和液位控制器等元件构成自控系统,控制和调节系统的进水、出水、曝气等操作。

1.2模拟废水

试验废水由活性艳蓝KN-R、葡萄糖及其他微量元素配制而成。活性艳蓝KN-R的最大吸收波长为591nm,带有乙烯砜基活性基团及蒽醌发色基团;葡萄糖的投加量为400mg/L,染料的浓度为50~200mg/L,其他微量元素的组成如下:(NH4)2SO4为100mg/L、Na2CO3为100mg/L、CaCl2为25mg/L、KCl为25mg/L、CaHPO4为25mg/L、MgSO4为25mg/L。

1.3试验方法

接种污泥取自某棉纱染整厂污水处理站的好氧接触池,经过筛后,分别装入试验装置的厌氧槽和好氧槽,加入模拟印染废水,并控制反应器中MLSS约为3g/L,连续进、出水运行,并对好氧槽进行曝气,3周后出水水质趋于稳定,开始正式运行试验。

在系统运行过程中,定期取组合工艺的进、出水以及厌氧段出水,测定其中的COD和色度,考察厌氧)好氧膜生物反应器在连续运行条件下对污染物的去除效果。

1.4分析方法

COD采用快速测定法测定,pH值采用PHB-1型便携式酸度计测定,DO采用Orion-model-810溶解氧仪测定,MLSS采用滤纸重量法测定。

色度采用HP8453-Vis紫外可见分光光度计测定:样品经离心机在4000r/min的转速下离心5min后,取上清液在591nm波长处测定吸光度。测定进水吸光度A0及出水吸光度A1后,由下式计算

脱色率:p=(A0-A1)/A0×100%(1)

2结果与讨论

2.1组合工艺的处理效果

在染料浓度为50mg/L时,组合工艺对COD和色度的去除率如图2所示。

由图2可见,厌氧)好氧膜生物反应器组合工艺对蒽醌活性染料废水的平均脱色率为48%,对COD的平均去除率为90%。系统的脱色率较低,这是由于带有乙烯砜基的活性染料KN-R具有稳定的稠环芳香烃结构,其分子结构中含有两个羰基(C=O)的共轭体系,且蒽醌类结构的染料对微生物的毒性要高于偶氮类染料的,因此对蒽醌染料的脱色主要是依靠填料及微生物的吸附作用来完成。

2.2染料浓度对系统脱色率的影响

进水染料浓度对厌氧)好氧膜生物反应器组合工艺处理效果的影响如图3所示。

从图3可以看出,系统对活性艳蓝KN-R的脱色率随进水染料浓度的增大而先升高后下降,当进水染料浓度为100mg/L时,脱色率最高(为62%)。在厌氧过程中,脱色率随进水染料浓度的升高而下降,这可能与染料浓度升高导致其生物毒性作用增大有关。试验中还发现,厌氧段对COD的去除率随染料浓度的升高而下降,这也是受染料毒性的影响;系统对COD的总去除率基本维持在90%左右。

2.3Mn对脱色效果的影响

添加微量元素Mn可以提高锰过氧化氢酶(MnP)的活性,从而提高微生物的脱色率,向进水中添加7.5mg/L的MnSO4作为增加进水中微量元素Mn的手段,考察了对脱色效果的影响,结果见图4。

由图4可以看出,向进水中投加7.5mg/L的MnSO4后,系统对蒽醌染料废水的平均脱色率从50%上升到70%;微量元素Mn的投加对厌氧段脱色率的影响较小而对好氧段脱色率的影响较大。此外试验中还发现,添加微量元素Mn对系统去除COD没有明显影响。

2.4膜出水流量的变化

图5给出了进水染料浓度为50mg/L时,膜出水流量随时间的变化。

由图5可以看出,在240h的测定时间内,膜出水流量没有显著降低,变化幅度<5%。这一方面是由于MBR的设计初始流量小于膜片的临界流量,使膜污染发展缓慢;另一方面是由于膜生物反应器的曝气强度较大,导致活性污泥絮体较小,曝气所产生的气泡的剪切作用对膜片表面的冲刷作用明显,细小的活性污泥絮体很难在膜表面沉积,不易形成凝胶层。

3结论

1.厌氧)好氧膜生物反应器组合工艺对蒽醌活性染料废水中COD的平均去除率为90%左右,脱色率平均为48%。

2.组合工艺在进水染料浓度为100mg/L时的脱色率最高(为62%),对COD的去除率仍维持在90%左右。

3.向进水中投加7.5mg/L的MnSO4可使系统的脱色率从50%提高到70%,但对COD的去除率没有明显影响。

4.在240h的测定时间内,膜出水流量没有明显降低。