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1．引言

印染工業是我國的傳統支柱產業，而長三角地區也已成為我國印染工業的“核心”地帶。由于紡織印染過程所產生的高濃度難降解有機廢水中多數具有很高的色度，印染工業已作為重要的含有高色度難降解廢水排放源而被列入國家環保總局重點監控的六大重點污染行業之一，而近年來所頒布的各項政策亦對工業污水的資源化技術提出了更高、更新的要求[1]。由于印染工業所排廢（污）水具有水量大、水質復雜、色度高、難降解有機物濃度高等特性，如何降低污水處理與再生過程中的運行成本已成為影響現有印染工業污水處理與再生技術能否持續實施的關鍵因素[2]。

無錫市環境保護有限責任公司與南京大學合作，經過多年系統研究，摸索出了厭氧過程中影響印染廢水脫色效果的關鍵因素；并通過與實際工程的有效結合，開發出了模塊式高效生物脫色反應器，發明了多重循環協同生物強化（MRCT）印染污水高效處理一級達標新工藝，在此基礎上，開發了與印染工序過程用水需求相藕合的分質再生新工藝。此工藝技術高效可行、經濟適宜、大大降低水回用成本，從根本上提高印染工業水資源的利用效率。

2．處理工藝基本原理

針對紡織印染廢水含鹽量高、成份復雜、難降解、偶氮染料應用超過50%以上等特點，目前國內外處理工藝多以生物法為主，但此工藝受厭氧脫色處理的穩定高效運行技術影響頗大。

通過對影響印染廢水生物脫色效果的關鍵因素、高效生物脫色反應器的優化、以生物脫色為核心的組合工藝整體處理效果、整體組合工藝運行的最優化啟動和控制方法等的研究后，我們開發了印染工業園區污水集中處理高效組合工藝及穩定控制技術。此技術在傳統厭氧-好氧工藝基礎上，以多重循環協同強化技術為核心、生物處理組合技術為主、化學處理為輔，組成了一個模塊式綜合處理組合流程，既保留了生物處理法去除有機污染物、脫色能力強、運行穩定的優點，又強化了物理化學法去除殘余有機污染物達到深度處理的特質，

3．技術核心介紹

3.1完全厭氧工藝的應用

隨著紡織與印染行業新技術的開發與應用，諸如PVA漿料、表面活性劑、新型助劑等極難生物降解的有機污染物大量融入印染廢水，導致了印染廢水中有機廢物濃度升高，水質復雜多變，可生化性顯著降低。對于印染廢水處理前段而言，傳統多采用厭氧水解處理工藝，主要以厭氧工藝的水解及酸化這兩個階段為核心[3]。

通過研究，我們變革了傳統印染廢水處理工藝路線，在工藝流程中采用了完全厭氧技術。充分利用了水解、酸化、酸性衰退、甲烷化四個階段的作用。在厭氧條件下，多種微生物共同作用，使大分子有機污染物分解生成小分子物質，難生物降解的有機污染物分解為易生物降解的有機廢物，并有部分直接降解為CH4和CO2，大大提高廢水的可生化，改善了后續好氧處理的效果，確保污水達標排放。

3.2內置模塊式高效生物脫色反應器

通過對溶解氧、染料結構、染料濃度、pH值、鹽度、微量元素以及環境的氧化還原電位對于高效生物脫色反應影響的深入研究，從而穩定控制住了廢水的生物脫色反應。經過近四年的攻關試驗,現已將此研究成果設備化為“模塊式高效生物脫色反應器”。通過大量的驗證性工程應用，證實了內置模塊式高效生物脫色反應器能使印染廢水的脫色率達到75%以上，從而大幅度提高生物脫色效果，徹底解決困擾印染廢水有關色度處理的難題。

3.3MRCT技術

MRCT技術即“多重循環協同強化”（Multi Recycle Coeffective Technology，簡稱MRCT）工藝技術，該技術的主要特征在于集提高厭氧預處理效果的內循環UASB反應器、好氧二沉池的多級回流、關鍵營養因子物質的內部多重循環利用于一體。MRCT技術利用高效生物脫色反應器出水的循環回流加強反應器內

4．技術應用實例

4.1試驗工程項目概況

由無錫市環境保護有限責任公司投資建設的無錫市江陰祝塘工業園區（B區）污水處理廠主要負責祝塘工業園區（B區）及鎮區范圍內的印染、化工等企業的工業廢水集中處理。污水廠設計水處理能力為3.0×104m3/d，分兩期建設，各為1.5×104m3/d。

祝塘污水處理廠一期工程（1.5×104m3/d）自2004年10月驗收后，運行一直正常，目前已擴建了二期工程。自2005年1月起，我們對祝塘污水處理廠一期工程進行了生產性試驗，以進一步驗證高效組合工藝的技術可行性，并且研究獲取穩定控制的相關技術參數。

4.2試驗用水水質情況

綜合污水的水質情況見表4-1。

表4-1祝塘工業園區（B區）污水處理廠設計進水水質

該試驗廢水水質具有以下特點：

（1）水質波動較大，COD濃度、色度均較高，有機物中溶解性有機物含量較高；

（2）廢水中殘留生物毒性抑制性物質較多，再加上總含鹽量偏高，導致其生物降解性能較差，其BOD5/COD值僅在0.2~0.3左右，嚴重影響了廢水生物處理的有效性。

（3）由于印染工藝方面的原因，廢水pH值較高，且變化較大。

4.3污水處理系統設計及作用

污水處理主要構筑物包括格柵、調節池、高效（厭氧）生物脫色反應器、缺氧池、好氧池、二沉池、折板絮凝池、物化沉淀池等。

4.3.1調節池

調節池對于系統穩定運行十分重要，調節池起到調節水質、水量作用。

4.3.2高效生物脫色反應器

調節池內的廢水由提升泵送入高效生物脫色反應器，廢水與下部污泥床層的厭氧污泥混合，依靠厭氧微生物的作用使染料物質脫色，改善了污水可生化性，并去除了部分難生物降解有機物。高效生物脫色反應器上部設三相分離器，廢水、沼氣及污泥上升流到三相分離器完成固、液、氣分離，將沼氣送出；污泥回流到下部污泥床層。 4.3.3缺氧反應池

由于厭氧生物處理和好氧生物處理過程是兩種不同的微生物代謝過程，設置缺氧反應區可以控制不同的動力學條件，選擇培養出不同種類的微生物，使其分別發揮出最佳功能；最大限度地消除厭氧代謝產物對后續好氧微生物活性的影響，通過對缺氧系統的動力學控制達到優勢集成的效果；全系統均采用高濃度污泥運行，池內生物保有量高，凈化效果得到強化，將生化反應過程的各單元有機地集約組合。

4.3.4好氧處理

印染廢水經過厭氧、缺氧預處理后，進入好氧生物反應池，廢水中的有機物被好氧微生物分解為CO2和

4.3.5后續物化處理

為了滿足回用要求或者防止污染負荷沖擊時二級出水滿足一級排放標準需要，二級出水進入混凝沉淀系統中去掉懸浮物和部分有機物。

4.3.6污泥處理

系統產生的污泥送入污泥濃縮池，污泥經濃縮后進行機械脫水處理，處理后的污泥可焚燒或外運填埋。

4.4分析項目及方法

試驗常規分析項目與方法[4]如表4-2所示。

表4-2常規分析項目與方法

4.5高效生物脫色反應器處理性能的研究

4.5.1高效生物脫色反應器對于有機物和色度的去除效果

表4-3 2005年1~12月反應器處理效果表

表4-4 祝塘水務有限公司高效生物脫色反應器運行數據(2005-8)

表4-3表明印染廢水的月平均COD在1400~1600mg/L，原水的BOD5/COD約為0.26~0.29，可生化性一般；表4-4記錄了高效生物脫色反應器在2005年8月的每日運行情況，色度去除率為70.2%，COD去除率平均為28.1%。

高效生物脫色反應器對于COD的去除率為40%左右，BOD5的去除率在20%左右。厭氧工藝的重點在于污染物質化學結構和性質上的改變，將難生物降解大分子物質轉變為小分子的VFA，改善廢水的可生物降解性能，以利于后續好氧生物處理，而不在于其量的去除，且COD的去除是主要依靠污泥層的截留作用和大顆粒有機物質的沉淀作用而完成的，去除的主要是懸浮性和污泥吸附的膠體性COD。據報道，厭氧反應系統的負荷較高時，要使反應器中的VFA不致積累到抑制濃度的程度，需

4.5.2高效生物脫色反應器處理性能的影響因素

1、溫度

溫度是厭氧生物處理工藝的重要因素，溫度主要通過對厭氧微生物細胞內某些酶的活性影響微生物的生長速率和微生物對基質的代謝速率，這樣就會影響到廢水厭氧生物處理工藝中污泥的產量、有機物的去除速率、反應器所能達到的處理負荷；溫度還會影響剩余污泥的成分以及性狀。

考察溫度對高效生物脫色反應器COD去除率的影響。溫度從22.5℃上升至33.5℃，COD去除率升高，從39.5%增加至49.1%。超過33.5℃后，COD去除率急劇下降。溫度為38.4℃時，COD去除率為36.2%，而溫度為43.4℃時，COD去除率為23.4%。2、pH

微生物對于pH的波動較為敏感，即使在其生長的pH范圍內，pH值突然變化也會引起細胞活性的降低。大多數研究表明水解菌和酸化菌在pH5.0~8.5間生長良好，一些產酸菌在pH小于5.0時仍可生長，但在高pH條件下的研究較少，本試驗對厭氧池在高pH時的運行效果以及pH的沖擊影響角度進行了分析。水解的效果是通過水解池的COD去除率和脫色率直接反映的，將它們同進水pH進行比較。 原水pH平均在10~11左右，此時的COD去除率在30~40%附近波動，色度去除率在70%左右，說明水解在高pH時可以正常運行。另外pH的變化對水解池COD和色度去除率都有明顯影響，在pH<11時，厭氧池對COD和色度去除率均在30~40%和70%附近波動，而在9月4日發生pH沖擊，進水pH值達到12，造成厭氧池對COD去除率急劇下降，從原來的30%陡然降到<5%；色度去除率也由于p

由于厭氧對有機物的降解是不完全的，尤其對于印染廢水，其有機物大部分為含有偶氮基團的芳香類化合物，這些物質在厭氧條件下生物降解的第一步是偶氮雙鍵的還原斷裂，從而破壞發色基團。水解對于水中pH的影響是非常有限的，而在酸化階段則不同，酸化細菌利用水解菌產生的小分子有機物和水中本來存在的溶解性小分子，將其降解產生有機酸從而使水中pH減少。當pH產生沖擊時，說明酸化菌在此時收到強烈抑制，而此時的脫色率變化較小，微生物對發色基團雙鍵的降解仍在進行，即水解菌仍然活躍。

通過以上分析可以得出結論，對于印染廢水，在pH較高情況下水解仍可以順利進行，但強烈的pH沖擊會對水解產生較大影響，同時還可以推測，對于印染廢水中的發色基團主要是通過水解菌進行降解的，并且水解菌要比酸化菌更能忍受pH沖擊。

3、COD有機負荷

厭氧生物處理另外一個重要影響因素是有機負荷。通過對厭氧池在不同負荷運行時COD去除率進行分析，如圖4-7。由圖中看出，容積負荷<2.0kgCOD/(m3·d)時，COD的去除率隨負荷的增加略微下降，超過2.0kgCOD/(m3·d)時，COD去除率快速下降。

印染廢水中含有的有機物大部分為人工合成，如大部分染料是帶有氨基或硝基的芳香族化合物，以及表面活性劑等，其中的有些有機物本身或者生物降解中間產物在低濃度時對微生物活性沒有影響，但當濃度升高到一定值時，就會對微生物產生抑制。當有機負荷提高到廢水中有機物濃度達到抑制濃度后，再增加負荷，水中的有機物就會對微生物產生抑制，有機物去除率下降。

4.5.3內回流高效生物脫色反應器的特征研究

1、污泥隨反應器高度分布

試驗對比分析了有回流及無回流系統內污泥濃度隨反應器高度的分布情況，兩系統對應HRT分別為12h。

系統有無回流，反應器中污泥均表現為隨反應器高度而逐漸降低的趨勢。反應器底部4m以下區域內的污泥量濃度較高，是實現廢水水解酸化和有機物去除的主要場所，同時細胞合成作用也會消耗掉一部分廢水水解酸化生成的VFA。反應器內的流態對于實現反應器內生物反應和泥水分離都是十分有利的，底部污泥濃度較高而實現了完全混合，避免了死區和短流現象的發生，有利于水解酸化反應的進行，而上部的推流則有利于污泥的沉降作用。同時，從污泥濃度分布圖上可以看出，反應器有回流時，系統內的污泥濃度要遠遠高于沒有回流系統內的污泥濃度，在反應器底部3m處的污泥濃度為35g/L，明顯高于沒有回流時該處污泥的濃度15g/L，表明系統內的污泥分布均勻度明顯好于沒有回流系統，在沒有回流系統的污泥床底部明顯產生了一個污泥高濃度區域，沒有實現污泥床內水解酸化污泥的較好分布，這主要是由于在升流速度較高的情況下水力攪拌的結果，由此表明廢水進入多種回流高效生物脫色反應器系統后，能夠立刻實現泥水的良好均勻混合，降低其生物毒性抑制性作用。

2、污泥MLVSS/MLSS變化情況

污泥中水解酸化菌量的多少是決定污泥活性的重要因素，可以用MLVSS/MLSS來表示。由圖4-9可見，當HRT從24h縮短到18h期間，兩系統內污泥MLVSS/MLSS和MLSS值都有一較大增長，且回流系統增長速率要大于無回流系統，從41%分別增加到50%和47%，而此階段回流系統所經歷的時間長度要短于無回流系統，在此時間段內水解酸化形成的VFA被用于生物體合成。而直到HRT從18h縮短到16h期間，無回流系統污泥MLVSS/MLSS提升的速度才略高于回流系統提升的速度，表明回流系統對水質水力條件的適應能力要遠遠快于無回流系統。 HRT分別為12h和15h時，兩系統內污泥ML

分別比較兩系統內下部污泥床和上部污泥懸浮層處的污泥MLVSS/MLSS可見，回流系統兩者之差明顯要大于無回流系統兩者之差，回流系統底部取樣口1和6處的MLVSS/MLSS分別為61%和65%，而無回流水解酸化系統此兩取樣口處的值分別為61%和60%，表明水力攪拌較好地改善了水力條件，導致該系統內污泥顆粒的水力分級作用要明顯高于無回流系統，且其污泥活性更強。

4.6缺氧/好氧反應器的處理性能研究

4.6.1缺氧/好氧反應器處理有機物性能的研究

厭氧工藝僅是一種預處理工藝，只是實現了廢水中有機污染物質化學結構和性質上的改變，而有機物去除能力較差，其出水中有機物濃度仍然較高。本試驗中厭氧系統出水COD濃度在700~800mg/L之間波動，必須進一步進行后續好氧生物處理。表4-5表示2005年1~12月份缺氧/好氧反應器處理有機物的月平均情況和缺氧/好氧反應器在進水COD變化的情況下降解有機物的能力。

表4-5 2005年1~12月好氧反應器處理效果表

高濃度印染廢水厭氧出水氧后處理取得了良好的處理效果。系統出水水質穩定，COD和SS濃度分別在120~150mg/L和40~60mg/L之間波動，COD的去除率高達80%~90%以上。

4.6.2好氧生物處理過程控制及污泥性能

好氧生物處理的影響因素較多，如基質性質、水溫、PH、毒物、沖擊負荷等，從操作控制分析主要有溶解氧DO，污泥濃度及沉降性能、污泥齡、營養物質的控制。

1、溶解氧

溶解氧是好氧生物處理中的一個重要控制參數，它直接影響到好氧生物的活性，優勢菌種和污泥的沉降性能。多數研究認為，曝氣池DO在1mg/L的標準比較妥當。

本試驗對污泥的兩個重要指標，污泥活性和污泥沉降性能，進行了考察。污泥活性以COD去除率作為參考，污泥的沉降性能以SV%作為量化指標。

DO在1~4mg/L時，COD去除率沒有明顯變化，基本在60~70%間波動，超過4mg/L后，COD去除率略有下降。從結果看COD去除率受DO影響較小，即污泥活性一直較高。DO對污泥沉降性能影響較大，在1~4mg/L時，30min沉降比在40%左右，污泥沉淀后較為密實；DO>4mg/L后，沉降性能迅速下降，30min沉降比升高到60~70%，污泥沉淀后污泥層松散。從鏡檢看，污泥絮體大小同DO

從結果分析，DO控制在1~3mg/L內，可以獲得較為穩定的COD去除率和SV%，即污泥有較好的活性和沉降性能。 2、泥濃度及沉降性能

在好氧設施內保持高的生物量對提高有機物去除率有很大作用。

在MLSS<4000mg/L時，隨著污泥濃度的增加，好氧處理的COD和色度去除率都呈上升，但超過4000mg/L后，污泥濃度的增加對COD和色度影響變化不大。而過高的污泥濃度又會引起耗氧速率過大，致使曝氣量不足，DO下降，絲狀菌過渡增長導致污泥膨脹。

在本試驗中將曝氣池的污泥濃度控制在4000mg/L左右，取得了很好的處理效果。

5．結語

（1）以多重循環協同強化技術為核心的高效組合工藝，以生物處理組合技術為主，輔以化學處理，組成一個完整的綜合處理流程，更適合我國印染廢水處理現狀。其保留了生物處理方法可去除較大量有機污染物和一定顏色的能力以及運行穩定的特點，又發揮了物理化學方法去除顏色和剩余有機污染物能力的特點。

（2）對印染廢水厭氧過程關鍵參數的系統研究后結果表明，改進后的高效生物脫色反應器對于廢水中色度有著很高的去除效率，脫色率達到75%，同時可大幅度提高廢水的可生化性，能夠適應印染廢水pH變化的沖擊。脫色最佳的pH為中性或偏弱堿性，強酸性或強堿性使脫色速率下降。

（3）綜合具體工程實例可以看出，高效組合工藝及穩定控制技術所用工藝主要通過生物處理方法，達到脫色、去除COD、BOD等主要污染物的目的，所以整體處理成本較低；且工藝本身穩定性強，具有較強的抗沖擊負荷能力，能夠自動適應水質、水量的變化，操作管理簡捷；通過多重循環，利用生物處理過程降低剩余污泥量，大幅度降低了污泥處理成本。此技術在無錫祝塘污水處理廠