1．引言

印染工业是我国的传统支柱产业，而长三角地区也已成为我国印染工业的“核心”地带。由于纺织印染过程所产生的高浓度难降解有机废水中多数具有很高的色度，印染工业已作为重要的含有高色度难降解废水排放源而被列入国家环保总局重点监控的六大重点污染行业之一，而近年来所颁布的各项政策亦对工业污水的资源化技术提出了更高、更新的要求[1]。由于印染工业所排废（污）水具有水量大、水质复杂、色度高、难降解有机物浓度高等特性，如何降低污水处理与再生过程中的运行成本已成为影响现有印染工业污水处理与再生技术能否持续实施的关键因素[2]。

无锡市环境保护有限责任公司与南京大学合作，经过多年系统研究，摸索出了厌氧过程中影响印染废水脱色效果的关键因素；并通过与实际工程的有效结合，开发出了模块式高效生物脱色反应器，发明了多重循环协同生物强化（MRCT）印染污水高效处理一级达标新工艺，在此基础上，开发了与印染工序过程用水需求相藕合的分质再生新工艺。此工艺技术高效可行、经济适宜、大大降低水回用成本，从根本上提高印染工业水资源的利用效率。

2．处理工艺基本原理

针对纺织印染废水含盐量高、成份复杂、难降解、偶氮染料应用超过50%以上等特点，目前国内外处理工艺多以生物法为主，但此工艺受厌氧脱色处理的稳定高效运行技术影响颇大。

通过对影响印染废水生物脱色效果的关键因素、高效生物脱色反应器的优化、以生物脱色为核心的组合工艺整体处理效果、整体组合工艺运行的最优化启动和控制方法等的研究后，我们开发了印染工业园区污水集中处理高效组合工艺及稳定控制技术。此技术在传统厌氧-好氧工艺基础上，以多重循环协同强化技术为核心、生物处理组合技术为主、化学处理为辅，组成了一个模块式综合处理组合流程，既保留了生物处理法去除有机污染物、脱色能力强、运行稳定的优点，又强化了物理化学法去除残余有机污染物达到深度处理的特质，

3．技术核心介绍

3.1完全厌氧工艺的应用

随着纺织与印染行业新技术的开发与应用，诸如PVA浆料、表面活性剂、新型助剂等极难生物降解的有机污染物大量融入印染废水，导致了印染废水中有机废物浓度升高，水质复杂多变，可生化性显著降低。对于印染废水处理前段而言，传统多采用厌氧水解处理工艺，主要以厌氧工艺的水解及酸化这两个阶段为核心[3]。

通过研究，我们变革了传统印染废水处理工艺路线，在工艺流程中采用了完全厌氧技术。充分利用了水解、酸化、酸性衰退、甲烷化四个阶段的作用。在厌氧条件下，多种微生物共同作用，使大分子有机污染物分解生成小分子物质，难生物降解的有机污染物分解为易生物降解的有机废物，并有部分直接降解为CH4和CO2，大大提高废水的可生化，改善了后续好氧处理的效果，确保污水达标排放。

3.2内置模块式高效生物脱色反应器

通过对溶解氧、染料结构、染料浓度、pH值、盐度、微量元素以及环境的氧化还原电位对于高效生物脱色反应影响的深入研究，从而稳定控制住了废水的生物脱色反应。经过近四年的攻关试验,现已将此研究成果设备化为“模块式高效生物脱色反应器”。通过大量的验证性工程应用，证实了内置模块式高效生物脱色反应器能使印染废水的脱色率达到75%以上，从而大幅度提高生物脱色效果，彻底解决困扰印染废水有关色度处理的难题。

3.3MRCT技术

MRCT技术即“多重循环协同强化”（Multi Recycle Coeffective Technology，简称MRCT）工艺技术，该技术的主要特征在于集提高厌氧预处理效果的内循环UASB反应器、好氧二沉池的多级回流、关键营养因子物质的内部多重循环利用于一体。MRCT技术利用高效生物脱色反应器出水的循环回流加强反应器内

4．技术应用实例

4.1试验工程项目概况

由无锡市环境保护有限责任公司投资建设的无锡市江阴祝塘工业园区（B区）污水处理厂主要负责祝塘工业园区（B区）及镇区范围内的印染、化工等企业的工业废水集中处理。污水厂设计水处理能力为3.0×104m3/d，分两期建设，各为1.5×104m3/d。

祝塘污水处理厂一期工程（1.5×104m3/d）自2004年10月验收后，运行一直正常，目前已扩建了二期工程。自2005年1月起，我们对祝塘污水处理厂一期工程进行了生产性试验，以进一步验证高效组合工艺的技术可行性，并且研究获取稳定控制的相关技术参数。

4.2试验用水水质情况

综合污水的水质情况见表4-1。

表4-1祝塘工业园区（B区）污水处理厂设计进水水质

该试验废水水质具有以下特点：

（1）水质波动较大，COD浓度、色度均较高，有机物中溶解性有机物含量较高；

（2）废水中残留生物毒性抑制性物质较多，再加上总含盐量偏高，导致其生物降解性能较差，其BOD5/COD值仅在0.2~0.3左右，严重影响了废水生物处理的有效性。

（3）由于印染工艺方面的原因，废水pH值较高，且变化较大。

4.3污水处理系统设计及作用

污水处理主要构筑物包括格栅、调节池、高效（厌氧）生物脱色反应器、缺氧池、好氧池、二沉池、折板絮凝池、物化沉淀池等。

4.3.1调节池

调节池对于系统稳定运行十分重要，调节池起到调节水质、水量作用。

4.3.2高效生物脱色反应器

调节池内的废水由提升泵送入高效生物脱色反应器，废水与下部污泥床层的厌氧污泥混合，依靠厌氧微生物的作用使染料物质脱色，改善了污水可生化性，并去除了部分难生物降解有机物。高效生物脱色反应器上部设三相分离器，废水、沼气及污泥上升流到三相分离器完成固、液、气分离，将沼气送出；污泥回流到下部污泥床层。 4.3.3缺氧反应池

由于厌氧生物处理和好氧生物处理过程是两种不同的微生物代谢过程，设置缺氧反应区可以控制不同的动力学条件，选择培养出不同种类的微生物，使其分别发挥出最佳功能；最大限度地消除厌氧代谢产物对后续好氧微生物活性的影响，通过对缺氧系统的动力学控制达到优势集成的效果；全系统均采用高浓度污泥运行，池内生物保有量高，净化效果得到强化，将生化反应过程的各单元有机地集约组合。

4.3.4好氧处理

印染废水经过厌氧、缺氧预处理后，进入好氧生物反应池，废水中的有机物被好氧微生物分解为CO2和

4.3.5后续物化处理

为了满足回用要求或者防止污染负荷冲击时二级出水满足一级排放标准需要，二级出水进入混凝沉淀系统中去掉悬浮物和部分有机物。

4.3.6污泥处理

系统产生的污泥送入污泥浓缩池，污泥经浓缩后进行机械脱水处理，处理后的污泥可焚烧或外运填埋。

4.4分析项目及方法

试验常规分析项目与方法[4]如表4-2所示。

表4-2常规分析项目与方法

4.5高效生物脱色反应器处理性能的研究

4.5.1高效生物脱色反应器对于有机物和色度的去除效果

表4-3 2005年1~12月反应器处理效果表

表4-4 祝塘水务有限公司高效生物脱色反应器运行数据(2005-8)

表4-3表明印染废水的月平均COD在1400~1600mg/L，原水的BOD5/COD约为0.26~0.29，可生化性一般；表4-4记录了高效生物脱色反应器在2005年8月的每日运行情况，色度去除率为70.2%，COD去除率平均为28.1%。

高效生物脱色反应器对于COD的去除率为40%左右，BOD5的去除率在20%左右。厌氧工艺的重点在于污染物质化学结构和性质上的改变，将难生物降解大分子物质转变为小分子的VFA，改善废水的可生物降解性能，以利于后续好氧生物处理，而不在于其量的去除，且COD的去除是主要依靠污泥层的截留作用和大颗粒有机物质的沉淀作用而完成的，去除的主要是悬浮性和污泥吸附的胶体性COD。据报道，厌氧反应系统的负荷较高时，要使反应器中的VFA不致积累到抑制浓度的程度，需

4.5.2高效生物脱色反应器处理性能的影响因素

1、温度

温度是厌氧生物处理工艺的重要因素，温度主要通过对厌氧微生物细胞内某些酶的活性影响微生物的生长速率和微生物对基质的代谢速率，这样就会影响到废水厌氧生物处理工艺中污泥的产量、有机物的去除速率、反应器所能达到的处理负荷；温度还会影响剩余污泥的成分以及性状。

考察温度对高效生物脱色反应器COD去除率的影响。温度从22.5℃上升至33.5℃，COD去除率升高，从39.5%增加至49.1%。超过33.5℃后，COD去除率急剧下降。温度为38.4℃时，COD去除率为36.2%，而温度为43.4℃时，COD去除率为23.4%。2、pH

微生物对于pH的波动较为敏感，即使在其生长的pH范围内，pH值突然变化也会引起细胞活性的降低。大多数研究表明水解菌和酸化菌在pH5.0~8.5间生长良好，一些产酸菌在pH小于5.0时仍可生长，但在高pH条件下的研究较少，本试验对厌氧池在高pH时的运行效果以及pH的冲击影响角度进行了分析。水解的效果是通过水解池的COD去除率和脱色率直接反映的，将它们同进水pH进行比较。 原水pH平均在10~11左右，此时的COD去除率在30~40%附近波动，色度去除率在70%左右，说明水解在高pH时可以正常运行。另外pH的变化对水解池COD和色度去除率都有明显影响，在pH<11时，厌氧池对COD和色度去除率均在30~40%和70%附近波动，而在9月4日发生pH冲击，进水pH值达到12，造成厌氧池对COD去除率急剧下降，从原来的30%陡然降到<5%；色度去除率也由于p

由于厌氧对有机物的降解是不完全的，尤其对于印染废水，其有机物大部分为含有偶氮基团的芳香类化合物，这些物质在厌氧条件下生物降解的第一步是偶氮双键的还原断裂，从而破坏发色基团。水解对于水中pH的影响是非常有限的，而在酸化阶段则不同，酸化细菌利用水解菌产生的小分子有机物和水中本来存在的溶解性小分子，将其降解产生有机酸从而使水中pH减少。当pH产生冲击时，说明酸化菌在此时收到强烈抑制，而此时的脱色率变化较小，微生物对发色基团双键的降解仍在进行，即水解菌仍然活跃。

通过以上分析可以得出结论，对于印染废水，在pH较高情况下水解仍可以顺利进行，但强烈的pH冲击会对水解产生较大影响，同时还可以推测，对于印染废水中的发色基团主要是通过水解菌进行降解的，并且水解菌要比酸化菌更能忍受pH冲击。

3、COD有机负荷

厌氧生物处理另外一个重要影响因素是有机负荷。通过对厌氧池在不同负荷运行时COD去除率进行分析，如图4-7。由图中看出，容积负荷<2.0kgCOD/(m3·d)时，COD的去除率随负荷的增加略微下降，超过2.0kgCOD/(m3·d)时，COD去除率快速下降。

印染废水中含有的有机物大部分为人工合成，如大部分染料是带有氨基或硝基的芳香族化合物，以及表面活性剂等，其中的有些有机物本身或者生物降解中间产物在低浓度时对微生物活性没有影响，但当浓度升高到一定值时，就会对微生物产生抑制。当有机负荷提高到废水中有机物浓度达到抑制浓度后，再增加负荷，水中的有机物就会对微生物产生抑制，有机物去除率下降。

4.5.3内回流高效生物脱色反应器的特征研究

1、污泥随反应器高度分布

试验对比分析了有回流及无回流系统内污泥浓度随反应器高度的分布情况，两系统对应HRT分别为12h。

系统有无回流，反应器中污泥均表现为随反应器高度而逐渐降低的趋势。反应器底部4m以下区域内的污泥量浓度较高，是实现废水水解酸化和有机物去除的主要场所，同时细胞合成作用也会消耗掉一部分废水水解酸化生成的VFA。反应器内的流态对于实现反应器内生物反应和泥水分离都是十分有利的，底部污泥浓度较高而实现了完全混合，避免了死区和短流现象的发生，有利于水解酸化反应的进行，而上部的推流则有利于污泥的沉降作用。同时，从污泥浓度分布图上可以看出，反应器有回流时，系统内的污泥浓度要远远高于没有回流系统内的污泥浓度，在反应器底部3m处的污泥浓度为35g/L，明显高于没有回流时该处污泥的浓度15g/L，表明系统内的污泥分布均匀度明显好于没有回流系统，在没有回流系统的污泥床底部明显产生了一个污泥高浓度区域，没有实现污泥床内水解酸化污泥的较好分布，这主要是由于在升流速度较高的情况下水力搅拌的结果，由此表明废水进入多种回流高效生物脱色反应器系统后，能够立刻实现泥水的良好均匀混合，降低其生物毒性抑制性作用。

2、污泥MLVSS/MLSS变化情况

污泥中水解酸化菌量的多少是决定污泥活性的重要因素，可以用MLVSS/MLSS来表示。由图4-9可见，当HRT从24h缩短到18h期间，两系统内污泥MLVSS/MLSS和MLSS值都有一较大增长，且回流系统增长速率要大于无回流系统，从41%分别增加到50%和47%，而此阶段回流系统所经历的时间长度要短于无回流系统，在此时间段内水解酸化形成的VFA被用于生物体合成。而直到HRT从18h缩短到16h期间，无回流系统污泥MLVSS/MLSS提升的速度才略高于回流系统提升的速度，表明回流系统对水质水力条件的适应能力要远远快于无回流系统。 HRT分别为12h和15h时，两系统内污泥ML

分别比较两系统内下部污泥床和上部污泥悬浮层处的污泥MLVSS/MLSS可见，回流系统两者之差明显要大于无回流系统两者之差，回流系统底部取样口1和6处的MLVSS/MLSS分别为61%和65%，而无回流水解酸化系统此两取样口处的值分别为61%和60%，表明水力搅拌较好地改善了水力条件，导致该系统内污泥颗粒的水力分级作用要明显高于无回流系统，且其污泥活性更强。

4.6缺氧/好氧反应器的处理性能研究

4.6.1缺氧/好氧反应器处理有机物性能的研究

厌氧工艺仅是一种预处理工艺，只是实现了废水中有机污染物质化学结构和性质上的改变，而有机物去除能力较差，其出水中有机物浓度仍然较高。本试验中厌氧系统出水COD浓度在700~800mg/L之间波动，必须进一步进行后续好氧生物处理。表4-5表示2005年1~12月份缺氧/好氧反应器处理有机物的月平均情况和缺氧/好氧反应器在进水COD变化的情况下降解有机物的能力。

表4-5 2005年1~12月好氧反应器处理效果表

高浓度印染废水厌氧出水氧后处理取得了良好的处理效果。系统出水水质稳定，COD和SS浓度分别在120~150mg/L和40~60mg/L之间波动，COD的去除率高达80%~90%以上。

4.6.2好氧生物处理过程控制及污泥性能

好氧生物处理的影响因素较多，如基质性质、水温、PH、毒物、冲击负荷等，从操作控制分析主要有溶解氧DO，污泥浓度及沉降性能、污泥龄、营养物质的控制。

1、溶解氧

溶解氧是好氧生物处理中的一个重要控制参数，它直接影响到好氧生物的活性，优势菌种和污泥的沉降性能。多数研究认为，曝气池DO在1mg/L的标准比较妥当。

本试验对污泥的两个重要指标，污泥活性和污泥沉降性能，进行了考察。污泥活性以COD去除率作为参考，污泥的沉降性能以SV%作为量化指标。

DO在1~4mg/L时，COD去除率没有明显变化，基本在60~70%间波动，超过4mg/L后，COD去除率略有下降。从结果看COD去除率受DO影响较小，即污泥活性一直较高。DO对污泥沉降性能影响较大，在1~4mg/L时，30min沉降比在40%左右，污泥沉淀后较为密实；DO>4mg/L后，沉降性能迅速下降，30min沉降比升高到60~70%，污泥沉淀后污泥层松散。从镜检看，污泥絮体大小同DO

从结果分析，DO控制在1~3mg/L内，可以获得较为稳定的COD去除率和SV%，即污泥有较好的活性和沉降性能。 2、泥浓度及沉降性能

在好氧设施内保持高的生物量对提高有机物去除率有很大作用。

在MLSS<4000mg/L时，随着污泥浓度的增加，好氧处理的COD和色度去除率都呈上升，但超过4000mg/L后，污泥浓度的增加对COD和色度影响变化不大。而过高的污泥浓度又会引起耗氧速率过大，致使曝气量不足，DO下降，丝状菌过渡增长导致污泥膨胀。

在本试验中将曝气池的污泥浓度控制在4000mg/L左右，取得了很好的处理效果。

5．结语

（1）以多重循环协同强化技术为核心的高效组合工艺，以生物处理组合技术为主，辅以化学处理，组成一个完整的综合处理流程，更适合我国印染废水处理现状。其保留了生物处理方法可去除较大量有机污染物和一定颜色的能力以及运行稳定的特点，又发挥了物理化学方法去除颜色和剩余有机污染物能力的特点。

（2）对印染废水厌氧过程关键参数的系统研究后结果表明，改进后的高效生物脱色反应器对于废水中色度有着很高的去除效率，脱色率达到75%，同时可大幅度提高废水的可生化性，能够适应印染废水pH变化的冲击。脱色最佳的pH为中性或偏弱碱性，强酸性或强碱性使脱色速率下降。

（3）综合具体工程实例可以看出，高效组合工艺及稳定控制技术所用工艺主要通过生物处理方法，达到脱色、去除COD、BOD等主要污染物的目的，所以整体处理成本较低；且工艺本身稳定性强，具有较强的抗冲击负荷能力，能够自动适应水质、水量的变化，操作管理简捷；通过多重循环，利用生物处理过程降低剩余污泥量，大幅度降低了污泥处理成本。此技术在无锡祝塘污水处理厂