王家賓，馬 樂，張 凱，李友祥，王新波

（魯泰紡織股份有限公司，山東淄博 255100）

印染行業(yè)廢水具有色度高、水質(zhì)水量變化大、含鹽量高、可生化性差等[1]特點(diǎn)，是難處理的工業(yè)廢水之一。隨著環(huán)保力度的加強(qiáng)以及廢水排放標(biāo)準(zhǔn)的提高，污水處理技術(shù)相應(yīng)地有了更高的要求。污水處理的方法主要包括物理法、化學(xué)法以及生物法。其中，利用生物法具有運(yùn)行成本低、不產(chǎn)生二次污染的優(yōu)點(diǎn)，但存在掛膜困難、運(yùn)行穩(wěn)定性差、污染物去除率低的缺點(diǎn)。針對(duì)生物法處理廢水過程的缺點(diǎn)，一系列新型生物處理方法被應(yīng)用到廢水處理中。污水處理技術(shù)的日趨發(fā)展為污水的深度處理提供了條件，同時(shí)，污水回用技術(shù)對(duì)清潔生產(chǎn)以及緩解水資源短缺問題具有重要意義。

1 菌種的選育及培養(yǎng)

生物處理法主要通過生物菌體的絮凝、吸附、生物轉(zhuǎn)化和生物降解作用對(duì)廢水中的污染物質(zhì)進(jìn)行分離和降解。活性污泥是在生物處理系統(tǒng)中起主體作用的物質(zhì)，是具有強(qiáng)大生命力的微生物群體，由細(xì)菌、真菌、原生動(dòng)物和后生動(dòng)物等各種生物和金屬氫氧化物等無機(jī)物形成污泥狀的絮凝物，具有良好的吸附、絮凝、生物氧化和生物合成作用。

傳統(tǒng)的生物培養(yǎng)方法是培養(yǎng)、馴化高效生物處理菌株，鑒定菌株后進(jìn)行擴(kuò)大培養(yǎng)并用于污水處理中。此外，還可以在土著微生物中引入具有代謝功能的基因片段，利用基因技術(shù)構(gòu)建高效微生物。這些生物強(qiáng)化技術(shù)是目前廢水處理研究中的熱點(diǎn)之一。

1.1 細(xì)菌

細(xì)菌是生物的主要類群之一，數(shù)量巨大、繁殖迅速，廣泛存在于土壤和水中；其中，異養(yǎng)腐生細(xì)菌是生態(tài)系統(tǒng)中重要的分解者，被廣泛用于廢水處理工程中。細(xì)菌作為生物法處理污水的核心組成部分，種類和活性是提高污水處理效率的關(guān)鍵。任隨周等[2]通過細(xì)菌脫色酶TpmD 酶學(xué)特性研究發(fā)現(xiàn)，TpmD 對(duì)結(jié)晶紫、堿性品紅、燦爛綠和孔雀綠4種三苯基甲烷類染料具有較強(qiáng)的脫色能力。Silveira等[3]采用假單胞菌屬處理14 種工業(yè)印染廢水，結(jié)果表明，食油假單胞菌對(duì)甲基橙、B15染料的脫色率達(dá)到80%以上，并且表現(xiàn)出較強(qiáng)的高濃度染料耐受性。

1.2 真菌

真菌是典型的異養(yǎng)生物，和細(xì)菌一樣是自然界的分解者，是廢水處理過程中應(yīng)用的主要微生物之一。真菌對(duì)復(fù)雜有機(jī)物的降解機(jī)理與細(xì)菌不同，本質(zhì)上與木質(zhì)素過氧化物酶（LiP）和錳過氧化物酶（MnP）對(duì)木質(zhì)素的降解機(jī)理類似，是一個(gè)以自由基為基礎(chǔ)的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)過程，過程中染料本身被氧化脫色。這種反應(yīng)是胞外進(jìn)行的非特異性反應(yīng)，因此真菌對(duì)降解底物具有高耐受性和降解廣譜性[4]；目前，白腐真菌是研究的熱點(diǎn)。

白腐真菌屬于擔(dān)子菌綱，常生長(zhǎng)于樹木或者木材上，但應(yīng)用、研究當(dāng)中所指的白腐真菌是對(duì)木質(zhì)素具有降解能力的一類真菌的統(tǒng)稱，黃孢原毛平革菌是其中的典型。白腐真菌能夠分泌特殊的胞外酶，這種酶具有非特異性，無需底物誘導(dǎo)，對(duì)不同種類的染料具有廣譜的降解能力[5-9]；此外，白腐真菌對(duì)降解底物無專一性要求，可以降解低濃度無機(jī)污染物，適應(yīng)性強(qiáng)。唐婉瑩等[10]對(duì)分離純化的白腐真菌進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間的連續(xù)馴化，其生物特征為：屬中溫菌，適宜溫度9～39 ℃；屬好氧菌；對(duì)一般微生物有強(qiáng)的拮抗作用，抗雜菌污染。研究了白腐真菌對(duì)TNT裝藥廠廢水、TNT紅水、分散染料生產(chǎn)廢水、紡織染整廢水的處理能力，結(jié)果表明，白腐真菌對(duì)多種污染物具有良好的降解能力。

真菌能夠快速地吸附并降解污水中的污染物質(zhì)，通過生物絮凝和生物降解有效地去除復(fù)雜污染物，使污染物完全礦化，避免二次污染及有毒中間體的產(chǎn)生，但真菌繁殖速度慢，在非滅菌環(huán)境中難以與細(xì)菌競(jìng)爭(zhēng)，要保持系統(tǒng)不被其他雜菌感染相當(dāng)困難[4,11-12]。即使初期啟動(dòng)時(shí)，真菌在系統(tǒng)中存在優(yōu)勢(shì)，但一段時(shí)間后，真菌都會(huì)出現(xiàn)一定程度上的退化，而初期不占優(yōu)勢(shì)的細(xì)菌得以大量繁殖，重新取得優(yōu)勢(shì)。因此，強(qiáng)化系統(tǒng)中的真菌，保持真菌在系統(tǒng)中的長(zhǎng)期優(yōu)勢(shì)，對(duì)提高廢水處理效果具有重要意義。Leidig等[13]采用細(xì)胞包埋技術(shù)，以聚乙烯醇包埋白腐真菌，避免其他雜菌污染，但隨著真菌的生長(zhǎng)，最終會(huì)掙脫包埋的聚丙烯醇小球。高大文等[12]通過控制C/N研究了非滅菌條件下白腐真菌的脫色性能，結(jié)果表明，氮限制液體培養(yǎng)基（C/N=56/2.2 mmol/L）容易抑制細(xì)菌生長(zhǎng)，使該培養(yǎng)基下的白腐真菌在非滅菌環(huán)境下對(duì)活性艷紅仍具有很高的脫色率。

2 生物法污水處理工藝

2.1 處理工藝優(yōu)化

生物法處理污水的過程中，直接作用于污染物的是微生物分泌的酶，外部條件的改變對(duì)微生物產(chǎn)酶量及酶的活性有重要影響，包括pH、溫度、營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)、廢水組成等。金朝暉等[14]從受污染的土壤中分離出了多株脫色優(yōu)勢(shì)菌，并研究了脫色能力最強(qiáng)的3 株菌株的脫色條件，結(jié)果表明，該菌在pH=5～9、溫度18～37℃，且外加葡萄糖提供0.5%碳源時(shí)，對(duì)染料廢水的脫色率可達(dá)70%。肖繼波等[15]研究了真菌煙曲霉制成的生物吸附劑吸附活性艷紅過程中，初始pH、金屬離子、鹽度和脲對(duì)吸附容量的影響，結(jié)果表明，pH對(duì)吸附容量影響較大，而一定濃度的重金屬離子和氯化鈉對(duì)其吸附性能具有促進(jìn)作用。

2.2 反應(yīng)器

改進(jìn)反應(yīng)器的形態(tài)可以達(dá)到提高處理效率、減少能耗的目的，例如膨脹顆粒污泥床、流化床、折流式反應(yīng)器、序批式反應(yīng)器、循環(huán)式活性污泥法、膜生物反應(yīng)器以及其他各種組合工藝。

為了尋求高效、低耗、省投資的印染廢水處理新技術(shù)，將好氧處理技術(shù)與厭氧處理技術(shù)結(jié)合，開發(fā)了多種生物組合處理工藝，其中包括傳統(tǒng)工藝的改進(jìn)及新工藝的應(yīng)用。周海峰等[16]采用O/A/O組合工藝處理印染廢水，并將兼氧池分2格，充分利用好氧、兼氧及AB法的特點(diǎn)，彌補(bǔ)了各自工藝的不足，工藝運(yùn)行中好氧污泥可以在部分工藝內(nèi)消化，降低了建設(shè)費(fèi)用與運(yùn)行成本，實(shí)現(xiàn)了廢水的綜合治理。羅吳進(jìn)等[17]采用連續(xù)攪動(dòng)水箱式反應(yīng)器（CSBR）工藝處理印染廢水，在平均進(jìn)水水質(zhì)的化學(xué)需氧量（COD）為1 200 mg/L，生物需氧量（BOD）為350 mg/L，懸浮固體（SS）質(zhì)量濃度為200 mg/L，色度為400 倍時(shí)，去除率分別為90%、94%、91%和85%。

2.3 運(yùn)行條件

生物處理系統(tǒng)中運(yùn)行條件的選擇及優(yōu)化，例如水力停留時(shí)間、運(yùn)行負(fù)荷、氧化還原電位、曝氣量、污泥回流比、填料等因素的選取都會(huì)影響到反應(yīng)器能否順利啟動(dòng)以及系統(tǒng)中微生物的活性和處理污染物的效率。應(yīng)一梅等[18]研究了IC 反應(yīng)器污泥接種和一次啟動(dòng)階段的特點(diǎn)及主要影響因素，并討論了污泥接種量、進(jìn)料方式、運(yùn)行溫度、負(fù)荷提高方式、水質(zhì)穩(wěn)定性對(duì)IC 反應(yīng)器啟動(dòng)的影響。喻學(xué)敏等[19]研究了ABR 反應(yīng)器處理印染廢水過程中水力停留時(shí)間對(duì)運(yùn)行效果的影響，結(jié)果表明，在水力停留時(shí)間（HRT）為14～32 h時(shí)，ABR 各格室出水COD 逐漸降低，HRT 越長(zhǎng)，COD去除率越高；在HRT 為32 h 時(shí)，色度去除率高達(dá)75%；廢水經(jīng)逐格處理后pH升高，氧化還原電位下降，廢水可生化性提高；綜合經(jīng)濟(jì)性因素與廢水處理效果，HRT選擇24 h最佳。

2.4 組合工藝

1978 年，Miller 和Rice 在總結(jié)歐洲水處理經(jīng)驗(yàn)時(shí)首次正式提出了“生物活性炭”（BAC）一詞[20]。BAC指活性炭與微生物構(gòu)成一個(gè)組合系統(tǒng)，系統(tǒng)充分發(fā)揮微生物降解污染物與活性炭的吸附作用，二者相互協(xié)調(diào)達(dá)到改善出水效果、提高處理效率的目的，是目前國(guó)內(nèi)研究的熱點(diǎn)之一。以活性炭對(duì)微生物進(jìn)行強(qiáng)化能縮短工程啟動(dòng)、微生物掛膜時(shí)間。吳火焰等[21]采用不經(jīng)二沉池沉淀的二級(jí)生化出水啟動(dòng)生物活性炭反應(yīng)器，結(jié)果表明，掛膜過程中進(jìn)出水溶解氧量（DO值）變化小，出水pH 變化小時(shí)，硝化細(xì)菌生長(zhǎng)狀況良好；生物膜成熟后，裝置對(duì)COD、色度及NH3-N 均具有較好的去除效果。

生物法與其他廢水處理工藝的結(jié)合可以最大限度地發(fā)揮各工藝的優(yōu)點(diǎn)，是目前廢水處理研究的重要方向。賈洪斌等[22]采用了2 種生物處理工藝，即將高效好氧工藝（HCR）法與生物活性炭法（PACT）結(jié)合，提高了反應(yīng)器中氧的利用率，增強(qiáng)了抗沖擊負(fù)荷能力，提高了處理效率。該工藝后處理采用纖維球?qū)υM(jìn)行過濾，過濾速度快、效果好，回用水質(zhì)穩(wěn)定。生產(chǎn)性實(shí)驗(yàn)表明，回用水可用于皂洗，洗后的布樣色光、深度與自來水一致。

此外，還有學(xué)者根據(jù)微生物的特性，研究了磁粉[23]、殼聚糖[24]以及生物促進(jìn)劑[25]對(duì)生物法處理廢水中微生物的強(qiáng)化作用。

3 印染廢水回用技術(shù)研究進(jìn)展

印染行業(yè)用水對(duì)水質(zhì)要求比較高，尤其是對(duì)色度、硬度、濁度、pH、鐵鹽等有嚴(yán)格要求。實(shí)際應(yīng)用過程中，三級(jí)污水處理基建投資大、運(yùn)行費(fèi)用高，一般污水處理廠普遍采用二級(jí)出水，仍含有極細(xì)微的懸浮物、磷、氮和難以生物降解的有機(jī)物、礦物質(zhì)、病原體等，需進(jìn)一步凈化處理才能達(dá)到回用要求。

目前，關(guān)于印染廢水回用技術(shù)的研究，膜處理技術(shù)、離子交換技術(shù)、高級(jí)氧化技術(shù)等是主要研究熱點(diǎn)。這些新型污水深度處理技術(shù)能夠有效處理污水中的污染物，但是普遍存在處理成本高等問題。以膜處理技術(shù)為例，膜處理技術(shù)主要包括微濾、超濾、納濾、反滲透等，能夠有效降低廢水中總懸浮顆粒物（TSP）、硬度等，對(duì)廢水的色度及COD去除率不高。由于膜處理只是將廢水中的污染物濃縮，污染物并沒有分解，一般膜濾后的濃水再次進(jìn)入污水處理系統(tǒng)，增加了處理難度與運(yùn)行負(fù)荷；此外，膜處理過程中設(shè)備及運(yùn)行費(fèi)用高，對(duì)進(jìn)水水質(zhì)要求較高，膜再生困難。因此，廢水回用工程一般采用生物法與膜處理技術(shù)聯(lián)用，以改善膜系統(tǒng)進(jìn)水水質(zhì)，降低污水的色度與COD。

印染廢水回用過程中，可通過提高二級(jí)出水質(zhì)量盡量達(dá)到生產(chǎn)回用標(biāo)準(zhǔn)，這樣可以有效降低后續(xù)回用設(shè)備負(fù)荷，延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命，降低處理成本。黃瑞敏等[26]采用混凝脫色-曝氣生物濾池再深度處理的污水回用工藝進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)研究，結(jié)果表明此工藝出水色度可降低到10 倍以下，CODCr降到20 mg/L 以下；此工藝的關(guān)鍵在于高效脫色混凝劑的選擇和曝氣生物濾池的應(yīng)用。

通常二級(jí)出水的可生化性低，采用生物法進(jìn)行回用處理效率偏低，但是對(duì)降低廢水色度及COD仍具有一定效果。曝氣生物濾池（BAF）是新型的水處理設(shè)備，可以有效去除廢水中的有機(jī)物，減輕后續(xù)處理負(fù)荷，降低廢水中色度、有機(jī)物、SS 等，為廢水深度處理提供保證，屬于廢水強(qiáng)化處理工藝，可以用于膜處理的進(jìn)水預(yù)處理過程。

朱樂輝等[27]采用混凝沉淀-曝氣生物濾池-納米材料復(fù)合膜聯(lián)用進(jìn)行印染廢水回用處理的研究，結(jié)果表明，此工藝能夠有效去除印染廢水中的濁度、色度、COD、SS；其中，在有機(jī)負(fù)荷小于5.32 kg COD/(m3·d)的3種工況下，BAF對(duì)COD去除率穩(wěn)定在80%左右，濁度去除率為85%～95%，色度去除率為50%～95%。董佳等[28]采用BAF-微絮凝組合工藝對(duì)印染廢水進(jìn)行回用預(yù)處理，結(jié)果表明，BAF 對(duì)廢水中的濁度、SS、色度均具有一定的去除效果，當(dāng)進(jìn)水COD、SS 的質(zhì)量濃度分別為100、50～60 mg/L，色度為40 倍時(shí)，BAF 對(duì)COD、SS、色度平均去除率分別達(dá)到46.8%、85.0%、25.0%，BAF 出水再經(jīng)微絮凝處理后可滿足后續(xù)深度處理系統(tǒng)的進(jìn)水要求。

此外，生物活性炭法（BAC）等新型的污水處理技術(shù)處理污水效率高、出水水質(zhì)好，也常用于印染廢水回用工程中廢水的預(yù)處理過程[29]。

4 結(jié)語

生物法處理印染廢水成本低，不產(chǎn)生二次污染，符合現(xiàn)今污染治理的要求，具有很大的發(fā)展空間。目前針對(duì)生物法應(yīng)用方面的研究很多，但是理論研究較少，應(yīng)該加強(qiáng)理論研究的深度與廣度，然后以理論指導(dǎo)應(yīng)用，可避免應(yīng)用中存在的許多問題。此外，針對(duì)廢水成分及排放標(biāo)準(zhǔn)不同的廢水生物處理工藝模式可以作為今后研究的方向。