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活性印花是纺织印染行业中的一种常见工艺,废水排放量和废水污染物浓度较高。棉活性印花废水具有淀粉浆料浓度高、活性染料残留多等特点,并且印花废水中残留大量作为助剂的尿素,使印花废水含氮量非常高,且存在碳氮比失调的问题。一般的生化工艺经过厌氧反应器处理可去除部分COD,提高废水可生化性,同时将有机氮转化为氨氮,但加剧了碳氮比失调,为后续的生物脱氮带来难度。因此,为解决活性印花废水中脱氮难的问题,迫切需要开发一种既高效又经济的脱氮技术。近年来开发出的厌氧氨氧化技术(ANAMMOX)为低碳高氮废水的工业废水提供了可行性。本文采用上流式厌氧污泥床反应器与完全自养脱氮膜生物反应器组合工艺(UASB/MBR-CANON)处理模拟高氮活性印花废水。通过控制温度、水力停留时间、溶解氧等参数,探究在不同的基质浓度下,UASB/MBR-CANON工艺对印花废水中氨氮、COD、染料色度的去除效果,以及工艺运行过程中MBR-CANON反应器的膜污染特性;同时验证了UASB/MBR-CANON工艺处理活性印花废水的技术可行性,得出以下主要结论。(1)反应器启动阶段的运行情况。采用提高进水COD负荷的方式启动UASB反应器,反应器运行温度控制为25℃左右,pH范围为7.0~8.5,HRT为72 h。结果表明,运行40天后UASB反应器出水C OD去除率和染料的脱色率均稳定在80%以上,此时UASB反应器启动成功。本试验中UASB反应器接种污泥为原处理印染废水的污泥,因此启动所需时间较短。采用提高进水氨氮负荷的方式启动MBR-C ANON反应器,控制HRT为24 h,pH范围为7.5~8.5,温度范围为35±1℃,溶解氧范围为0.1~0.5 mg/L,水力循环中出水与回流比为1:100。结果表明,运行69天后MBR-CANON反应器启动成功。为了驯化MBR-CANON反应器内微生物降解COD的能力,启动成功后向反应器中加入100 mg/L淀粉。随着反应器不断运行,最终总氮去除率最高达到90%以上,总氮去除负荷最高达到0.29 kg/m~3?d。(2)UASB/MBR-CANON串联工艺处理活性印花废水效果研究。整体运行140天后,将UASB出水逐渐添加进入MBR-CANON进水中完成串联运行,其他运行工况基本保持不变,此阶段共运行60天。结果表明,UASB反应器中COD去除率平均为89%,染料脱色率平均为83%,此时UASB出水可以为MBR-CANON反应器提供稳定的水质。而MBR-CANON反应器中COD去除率平均为73%,染料脱色率平均为83%,总氮去除率平均为83%。通过对活性黄染料、UASB反应器出水和MBR-CANON反应器出水进行紫外-可见全波段扫描,结果表明,经过UASB/MBR-CANON串联工艺处理后,染料中的发色基团-偶氮双键、三嗪结构和萘环结构均被破坏,出水色度降低。此外,本实验中UASB反应器出水中苯胺浓度平均为9 mg/L,经过MBR-CANON反应器处理之后苯胺浓度降低至5 mg/L左右。证明采用UASB/MBR-CANON串联工艺可有效降解高氮印花废水中的COD、染料色度和氨氮,并去除部分苯胺类物质。(3)MBR-CANON反应器膜污染研究。采用外部水力循环方式冲刷膜组件,同时控制MBR-CANON反应器膜出水通量小于6 L/m~2·h,研究其膜污染特性。结果表明,反应器运行200天后,膜通量由5.79L/m~2·h最终衰减至0.96 L/m~2·h,但经过清洗后可迅速恢复初始通量的80%~90%。而膜表面滤饼层胞外聚合物中多糖和蛋白质含量分别为52.14 mg/L和17.40 mg/L,其分布密度总体较低。因此采用水力循环方式来冲刷膜组件并控制较低的膜通量(<6 L/m~2·h),可减小过滤阻力,有效减缓膜污染问题。(4)反应器微生物多样性研究。研究UASB/MBR-CANON工艺处理印花废水时,UASB反应器和MBR-CANON反应器内微生物的群落组成和分布。结果表明,UASB反应器中古菌主要以产甲烷菌为主,包括甲烷杆菌属(Methanobacterium:41.30%)、甲烷绳菌属(Met hanolinea:6.66%)、甲烷鬃菌属(Methanosaeta:18.07%)、第七目甲烷菌属(Methanoplasma:15.67%)等。而UASB反应器中细菌主要有拟杆菌门(Bacteroidetes:32.22%)、绿弯菌门(Chloroflexi:17.66%)、厚壁菌门(Firmicutes:14.41%)、变形菌门(Proteobacteria:11.38%)等等。其中拟杆菌是优势菌种,和产甲烷菌在UASB反应器中共同降解印花废水中的COD和染料。MBR-CANON反应器经过200天的运行稳定,最终MBR-CANON反应器系统中反硝化菌由17.89%下降为5.95%,而AnAOB总丰度由1.37%增加至5.31%,其中Candidatus_Jett enia的丰度由0.74%增长至1.05%,Candidatus_Brocadia的丰度由0.63%增长至4.26%,结果表明Candidatus_Brocadia更能够适应UASB/MBR-CANON串联工艺处理印花废水的系统,并且此系统是以反硝化菌和AnAOB为优势菌种的脱氮系统。