厌氧反应器耦合间歇曝气人工湿地强化处理纺织废水的效能与机制研究

纺织废水处理面临染料难降解、芳香胺毒性大等挑战。本研究创新性地将厌氧反应器与间歇曝气人工湿地(CW)串联，以生活污水(23%)为共基质，实现COD去除率90.4%、脱色率86.5%，并彻底降解致癌性芳香胺。该系统通过厌氧-好氧交替作用同步去除染料、COD和氮磷，为工业废水处理提供经济高效的技术方案。

　　

纺织行业每年产生大量含复杂染料的废水，其中偶氮染料占比超过70%。这些染料不仅造成水体色度污染，其厌氧降解产生的芳香胺（如对氯苯胺p-chloroaniline）更具致癌性。传统单一生物处理法难以实现染料完全矿化，而物理化学方法成本高昂。更棘手的是，纺织废水常缺乏微生物代谢所需的碳源，且高盐度抑制处理效能。如何开发经济高效的集成化处理系统，成为全球纺织业可持续发展的关键瓶颈。

针对这一难题，国外研究团队设计了一套创新型中试系统：将厌氧反应器(35±2°C)与间歇曝气水平潜流人工湿地(HSSF CW)串联，同时设置非曝气湿地作为对照。创新性地采用生活污水作为共基质(体积比23%)，利用其易降解有机物促进微生物共代谢。系统核心包括：1）111L不锈钢厌氧反应器，HRT 30.8小时；2）并联的间歇曝气CW（12小时/天，2.6 m³/h）与非曝气CW（HRT 4.8天），种植非洲本土植物风车草(Cyperus alternifolius)。研究通过GC-MS分析染料降解路径，并监测COD、色度(PtCo)、氮磷等指标。

3.1 理化参数
系统显著降低悬浮固体(TSS)，从进水201.4 mg/L降至间歇曝气CW出水76 mg/L。间歇曝气使CW溶解氧(DO)达5.3 mg/L，远高于非曝气CW(2.6 mg/L)，为好氧降解创造有利条件。

3.2 脱色效能
厌氧段对色度去除率达82.4%，经间歇曝气CW后提升至86.5%。研究发现初始色度与去除效率呈负相关，高染料浓度需延长处理时间。

3.3 GC-MS分析
检测到厌氧产物对氯苯胺(127.1 m/z)，浓度0.427 mg/L，而在CW出水中完全消失。间歇曝气CW对酚类(如2,4-二叔丁基苯酚)的降解效果优于非曝气CW，证实好氧条件对芳香胺矿化的必要性。

3.4 COD去除
系统整体COD去除率90.4%，其中厌氧段贡献55.1%，间歇曝气CW进一步去除81.2%。

3.5 氮去除
氨氮在厌氧段因有机氮矿化而升高，但经CW处理后完全去除。间歇曝气通过硝化-反硝化作用使硝酸盐去除率达100%，优于非曝气CW。

3.6 磷去除
磷酸盐在厌氧段因有机磷释放而增加，CW通过微生物摄取和基质吸附实现部分去除，但效率较低。

该研究证实厌氧-间歇好氧耦合系统可协同破解染料降解难题：厌氧阶段断裂偶氮键实现脱色，好氧阶段彻底矿化毒性中间体。生活污水作为廉价共基质的策略，使处理成本降低30%以上。系统对COD、色度、氨氮的去除均满足坦桑尼亚排放标准(TBS)，尤其对致癌物芳香胺的100%去除具有重大环境健康意义。未来需优化磷去除模块，并探索该技术在真实工业场景的长期运行稳定性。论文发表于《Cleaner Water》，为发展中国家纺织废水处理提供了可推广的绿色解决方案。