1 绪论
1.1 印染废水处理研究进展
1.1.1 印染废水特点
印染行业作为我国传统民生行业之一，一直是国民经济发展的命脉。但是，随着印染行业的发展，所引起的环境问题日益突出。用水量大量增长，排水量更是占到工业废水总排水量的 30%以上[1,2]，印染行业带来巨大效益的同时，也带来了极大的挑战。国家针对印染废水出台了很多政策，要求企业转型和技术升级，不能用牺牲环境为代价换来经济的提升。但是处理印染废水需要长期投入，并不能一蹴而就。相关企业既要保持技术的革新，也需要相关部门和社会各界的帮助[3]。印染废水混合了各种印染工序中产生的废水。在印染中用到的染料成千上万种，导致印染废水成分复杂多变。印染废水中包含大量的芳香烃和各种杂环有机物，过分接触致癌，是一种浓度高、碱度大、水质变化大的废水。随着社会的发展，聚乙烯醇等物质被广泛应用，导致处理印染废水越来越难。如何平衡经济效益和环境问题，是当前绝大多数印染厂面临的最重要、最关键的问题。
1.1.2 印染废水处理现状
目前国内外针对一般印染废水最常用的方法是生化法处理，主要针对其中的有机物。部分工厂在生化处理的基础上加入了一级物化处理，少部分的工厂运用多级物化处理方法。在美国，生化和物化相结合的二级处理最为常见，少部分增加活性炭作为三级处理。日本和美国相比，臭氧方向处理应用较多。英国羊毛产业发达，通常情况下还没走完全部流程就将洗毛水和其他工业废水合并通入城市污水处理厂。国内针对印染废水最常用的是混合活性污泥法。随着生物膜法的普及，接触氧化等技术也越来越常见。重复使用和综合利用措施对印染废水的处理至关重要，工艺改革，回收染料、浆料、节约用水、用碱等也应该综合考虑。国内处理印染废水采用的完全混合系统包括延时曝气法和加速曝气法这两种方式。水量较大适用延时曝气法，水量较小适用加速曝气法。曝气时间是用曝气池处理印染废水最关键的指标。因为印染废水水质多变，确定曝气时间需要参考有机负荷[2]。
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1.2 废水厌氧生物处理概述
1.2.1 厌氧生物处理的机理
厌氧生物处理是指在隔绝氧气的条件下，利用厌氧微生物群体将废水中有机物转化为二氧化碳和甲烷的过程[9]。但是厌氧微生物群体对有机物去除不彻底，出水水质中氮和磷的含量较高，降解效果较差，难以达到国家的排放标准，所以一般将厌氧生物处理技术一般作为污水处理的前处理工艺，提高废水的可生化性。厌氧生物处理的作用主要可以概括为两点，降低废水的 COD 含量和提高污水的可生化性。
厌氧生物处理大体上可以分为两个阶段（如图 1-1）：不产甲烷阶段和产甲烷阶段：在不产甲烷阶段，厌氧微生物细菌将废水中复杂有机物和大分子物质转化成脂肪酸、醇类、CO2和 H2等物质，除此之外还另外生成了大量的 VFA，导致厌氧反应器 pH 下降，所以这一阶段又被称为酸性发酵阶段；产甲烷阶段主要是利用产甲烷菌将迁移阶段的产物转化为 CH4和 CO2的过程，在这一阶段内因为挥发性脂肪酸的消耗导致 pH 升高，故又称为碱性发酵阶段。两阶段理论可以笼统概括厌氧生物处理过程，但不能解释产甲烷菌额外产生甲烷的现象[7]。
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2 试验材料和方法
2.1 实验装置与运行方式
EGSB 反应器处理废水的实验流程如图 2-1 所示：
处理废水的实验流程如图 2-2 所示。厌氧反应器为不锈钢材质。进水口设置在底端，回流液和进水通过底部阀门控制流入厌氧反应器，出水口设置在顶端，出水流入回流桶，回流桶部分溶液回流，部分溶液排出反应，进水量和回流量用蠕动泵准确控制，调节回流比。厌氧反应器产生的气体经过三相分离器分离后排出，依次通过导气管、碳酸氢钠溶液吸收瓶，最后通过量筒计算气体产量。
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2.2 实验材料
2.2.1 实验用水
本试验前期培养阶段使用营养液，用实验室自来水配制，碳源、磷源和氮源分别来自葡萄糖（C6H12O6）乙酸钠（CH3COONa）、磷酸二氢钾（KH2PO4）、氯化铵（NH4Cl），同时用碳酸氢钠（Na HCO3）调节溶液 pH，C:N:P 的比值为200:5:1，初始进水浓度为 2000mg/L；后期印染废水因为用量较大，所以大部分采用实验室模拟有机染料印染废水，在营养液的基础上添加适量微量元素，具体微量元素如表 2-2 所示。当进水浓度提高时，按比例提高微量元素浓度。
2.2.2 接种污泥
本试验制作的物理颗粒污泥接种污泥取自中国矿业大学污水处理站的好氧池。所取污泥需要用孔径为150μm（100目）筛除其中的大颗粒物质，接种污泥为黄褐色。
本试验以好氧污泥脱水造粒以后形成的粒状污泥作为晶核，相对于其他无机 物或者惰性物质来说价格低廉、生物相容性好、对环境的影响较小并且长期使用，稳定性强。以粒状污泥为基础微生物不断附着在其上生长形成颗粒污泥，颗粒进入反应器后部分破碎成小颗粒也可以作为晶核促进污泥颗粒化。
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3 高浓度厌氧污泥实验室研究 .................................... 27
3.1 实验设计与方法..................................... 27
3.2 实验结果与分析..................................... 27
3.3 本章小结....................................... 30
4 厌氧反应器处理印染废水特性研究 ................................. 31
4.1 营养液启动阶段........................................ 31
4.2 印染废水驯化阶段的运行............................. 36
4.3 本章小结..................................... 46
5 厌氧颗粒污泥物化性能研究 ..................................... 47
5.1 外观形态............................... 47
5.2 粒径分布................................... 49
5 厌氧颗粒污泥物化性能研究
5.1 外观形态
本小节主要包括两部分，普通数码照片和扫描电镜照片，在厌氧反应器运行状况稳定后选取有代表性阶段拍摄，并且将部分颗粒污泥处理后冷冻等到厌氧反应器试验全部完成后进行扫描电镜观察。
（1）普通数码照片
如图 5-1 所示，在进水 COD 为 2000mg/L 的印染废水，温度 25℃，水力停留时间 12h 时，颗粒污泥外表面呈黄棕色颗粒，粒径较小，在进水 COD 提升到5000mg/L，温度 25℃，水力停留时间 12h 时，厌氧颗粒污泥的颜色由原来的棕黄色变成深黑色，并且颗粒污泥粒径也明显增大，说明在此阶段颗粒污泥通过吸收印染废水中的营养物质，分解代谢其中的物质以满足自身需要。d 图为调整水力停留时间为 6h 后颗粒污泥的外观形态，可以明显看出颗粒污泥较小解体现象较严重，分析原因可能是水力停留时间较短，上升流速较大，由于水利剪切力的作用导致颗粒污泥解体，另一方面由于停留时间较短，厌氧反应器中的颗粒污泥无法对印染废水进行有效降解，产甲烷菌不能适应环境，导致颗粒污泥解体流出。
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6.结论与展望
6.1 结论
本试验试制一种高效厌氧反应器，对印染废水进行处理，探究颗粒污泥浓度、水力停留时间等因素对厌氧反应器处理效能的影响，进而得出合适的运行参数，为今后的实际应用提供参考和依据，具体结论如下：
（1）试制一种能适应高浓度颗粒污泥的厌氧反应器，采用传统生物滤床的布水方式，除了传统的开孔布水之外还采用喷头布水，不易堵塞。为了保证颗粒污泥不沉降后堵塞喷头，在喷头布水上方铺垫滤网，并且在滤网上搁置一定级配的石子以保证厌氧反应器的均匀布水；为防止物理颗粒污泥浓度增大导致颗粒污泥沉积在反应器底部，在挤压的作用下导致颗粒污泥的破碎分离，在传统的EGSB 反应器基础之上，在厌氧反应器的中间位置安装一层支撑层，在支撑层上铺垫滤网，促进厌氧颗粒污泥的颗粒化。
（2）在高浓度厌氧颗粒污泥实验室研究过程中，水力条件和颗粒污泥浓度对厌氧反应有重要的影响，回转速度为 80r/min 不如 160r/min 培养的厌氧颗粒污泥活性好、COD 降解率高，当厌氧瓶内颗粒污泥量较多时，颗粒间的摩擦碰撞相对较多，容易导致颗粒污泥解体随出水流出，导致颗粒污泥损失量增加。
（3）厌氧反应器的启动用葡萄糖配水培养驯化颗粒污泥，COD 的去除率逐渐上升，温度 25℃，水力停留时间 12h，回流比为 1，容积负荷为 8.0kgCOD/m3·d，出水 COD 稳定保持在 800mg/L 以下，COD 的去除率保证在 80%以上。
（4）污泥浓度增加后厌氧反应器处理印染废水降解率最高条件：温度 25℃，进水 COD=5000mg/L，HRT=9h，回流比=1，pH=6.7~7.7，这这种运行条件下，COD的降解率可保持在 80%以上，出水挥发性脂肪酸 VFA 在 3.0mmol/L 以下，出水碱度 ALK 在 30~40mmol/L，SS=30.56 g/L，VSS=25.71 g/L，VSS/SS=84.12%，厌氧反应器可以承受一定的冲击负荷，所以进水 COD 在一定范围内对反应器影响不大；水力停留时间果断会导致厌氧反应器内颗粒污泥解体，COD 降解率大幅度降低。
参考文献（略）