譚玉龍，張學(xué)富，郭麗娜

(1. 浙江東發(fā)環(huán)保工程有限公司，浙江杭州，311203;2. 安徽工業(yè)大學(xué)建筑工程學(xué)院，安徽馬鞍山，243002)

在蘇北某工業(yè)園區(qū)粘膠纖維的生產(chǎn)中，有一小部分水是二硫化碳回收漿液廢水，具有高色度且可生化性極低的特點(diǎn)。目前園區(qū)內(nèi)污水處理廠對(duì)該廢水采用與生活污水混合后，再進(jìn)行絮凝沉淀和生化法處理，因廢水可生化性低且成分復(fù)雜，并含有對(duì)微生物有毒、不易降解的有機(jī)污染物，出水水質(zhì)不穩(wěn)定，達(dá)標(biāo)排放較難。在絮凝沉淀工藝段需投加大量石灰，不僅人工勞動(dòng)強(qiáng)度大，且存在石灰揚(yáng)塵嚴(yán)重影響周邊環(huán)境的問(wèn)題，廠區(qū)運(yùn)行及管理上存在風(fēng)險(xiǎn)，急需通過(guò)廢水治理工藝方式的改進(jìn)來(lái)解決上述問(wèn)題。

鐵碳微電解又稱內(nèi)電解法，它是利用金屬的腐蝕原理形成原電池對(duì)廢水進(jìn)行處理的工藝，現(xiàn)已有人用鐵碳裝置對(duì)造紙廢水(中段)、漂染廢水等進(jìn)行了預(yù)處理研究，取得了一定效果［1-5］。在使用鐵碳微電解的裝置時(shí)，為防止鐵屑填料表面的結(jié)塊、溝流及鐵屑鈍化現(xiàn)象，有學(xué)者設(shè)計(jì)了動(dòng)態(tài)鐵屑微處理裝置(轉(zhuǎn)動(dòng)或曝氣)，利用鐵屑之間的摩擦以減小填料的結(jié)塊及溝流現(xiàn)象，并能有效防止鐵屑表面的電極鈍化［6，7］。本研究擬采用底部曝氣鐵碳微電解裝置對(duì)粘膠纖維廢水進(jìn)行預(yù)處理，以提高其可生化性，預(yù)處理出水再經(jīng)SBR 工藝，以求出水穩(wěn)定達(dá)標(biāo)排放。試驗(yàn)分析了不同條件對(duì)處理效果的影響，并給出了最佳值。

1 試驗(yàn)部分

1.1 原水水質(zhì)

取江蘇某工業(yè)園區(qū)內(nèi)粘膠纖維生產(chǎn)廢水，主要是磺化、皂化等工藝段的酸性廢水。其水質(zhì)如下:CODCr為625 mg/L，BOD5為69 mg/L，B/C 為0.11，pH為2.1，外觀呈深褐色(偏黑)，色度300 ～400 倍。

1.2 試驗(yàn)裝置及工藝說(shuō)明

設(shè)計(jì)一個(gè)鐵碳微電解/SBR 組合工藝裝置對(duì)粘膠纖維廢水進(jìn)行處理試驗(yàn)，如圖1 所示。

圖1 鐵碳微電解/SBR 工藝組合試驗(yàn)裝置示意圖Fig.1 Experimental Device of Iron-Carbon Micro-Electrolysis/SBR Process

鐵碳微電解裝置主體為200(直徑)mm ×900(高)mm 的有機(jī)玻璃筒，筒內(nèi)裝有不同比例的鐵碳填料，筒內(nèi)底部有微孔曝氣管，曝氣管與填料之間用材質(zhì)316L 的穿孔不銹鋼薄板支撐與隔離。其中，有機(jī)玻璃筒填料部分的有效可利用最大高度為500 mm(具體填料高度和總重量隨鐵碳比的不同而變化)。鐵屑來(lái)自某鑄鐵廠廢鐵屑，經(jīng)篩分取粒徑為6 ～8 mm 的個(gè)體，先經(jīng)堿液浸泡除油，再經(jīng)稀酸浸泡除去表面氧化層，蒸餾水洗凈后待用?；钚蕴繛槭惺垲w?；钚蕴?，粒徑為4 ～6 mm。經(jīng)鐵碳微電解裝置預(yù)處理后的出水自流進(jìn)入SBR 工藝池，經(jīng)曝氣鼓風(fēng)機(jī)和管路實(shí)現(xiàn)對(duì)SBR 池內(nèi)的微生物增氧攪拌(試驗(yàn)中控制池內(nèi)溶解氧為2 ～3 mg/L)。SBR 池靠近產(chǎn)水段底部裝有污泥回流管路和污泥泵，以按需實(shí)現(xiàn)活性污泥的篩選和控制。在原水池上設(shè)有加堿調(diào)節(jié)口，以控制水中pH 滿足試驗(yàn)要求。

1.3 分析儀器和藥劑

5B-3C 型(V8)COD 測(cè)定儀;FTC90 型BOD 測(cè)定儀;PHS-3B 型pH 計(jì)測(cè)定儀;AR2140 型分析天平;燒杯、試管、移液管、漏斗、錐形瓶等玻璃儀器。

30%鹽酸(AR)、NaOH(AR)、98%硫酸(AR)等，上海化學(xué)試劑公司生產(chǎn)。

2 結(jié)果與討論

2.1 不同pH 對(duì)出水可生化性的影響

設(shè)計(jì)反應(yīng)時(shí)間為45 min，鐵碳比為4 ∶1(鐵碳投加量分別為20、5 g/L)，在原水pH 為2.1 下通過(guò)加鹽酸或氫氧化鈉調(diào)節(jié)進(jìn)水pH，研究其對(duì)出水可生化性的影響，結(jié)果如圖2 所示。

圖2 不同進(jìn)水pH 對(duì)出水可生化性的影響Fig.2 Effect of pH on Biodegradability of Effluent

由圖2 可知在進(jìn)水pH 為3.5 時(shí)，出水的可生化性(以B/C 表示)為最大0.33。當(dāng)進(jìn)水pH 為1 ～3時(shí)，出水的可生化性快速升高;當(dāng)進(jìn)水pH 為3.5 ～7時(shí)，出水B/C 在0.29 ～0. 31 出現(xiàn)波動(dòng)，但變化不大。以上說(shuō)明pH 對(duì)出水的可生化性改善較敏感，可能是因?yàn)殍F碳顆粒組對(duì)形成的微電解反應(yīng)，一方面對(duì)廢水中的部分難生化降解有機(jī)物進(jìn)行了氧化，使其變?yōu)榭缮到獾男》肿佑袡C(jī)物;另一方面，鐵碳顆粒形成的微電解組對(duì)能在反應(yīng)中產(chǎn)生堿性物質(zhì)［8］，與廢水中的酸性物質(zhì)起到中和降解作用，進(jìn)一步促進(jìn)微電解反應(yīng)的進(jìn)行。試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)較低的pH 有利于COD 的去除，但在表觀上并不能提高廢水的B/C。從考察pH 對(duì)廢水可生化性的影響目的上來(lái)看，pH 為3.5 是單因素試驗(yàn)的最佳條件。

2.2 不同鐵碳比對(duì)出水可生化性的影響

取鐵屑(5、5、10、15、20、25、30 g/L)和活性炭(10、5、5、5、5、5、5 g/L)，設(shè)計(jì)不同的鐵碳比(質(zhì)量比)，加氫氧化鈉調(diào)節(jié)原水pH 為3.5，反應(yīng)時(shí)間為45 min，研究鐵碳比對(duì)出水可生化性的影響，結(jié)果如圖3 所示。

圖3 不同鐵碳比對(duì)出水可生化性的影響Fig.3 Effect of Fe/C on Biodegradability of Effluent

由圖3 可知隨著鐵碳比1 ∶2至4 ∶1的逐漸升高，預(yù)處理出水的可生化性(B/C)也在增大，鐵碳比為4 ∶1時(shí)的B/C 最大為0.315。在粘膠纖維廢水中含有大量的難降解大分子有機(jī)物，經(jīng)鐵碳微電解裝置后，可能是鐵碳微電池所電離出的高活性原子對(duì)廢水中的長(zhǎng)鏈分子進(jìn)行了有效“切斷”作用，使長(zhǎng)鏈高分子有機(jī)物轉(zhuǎn)化成了短鏈有機(jī)物，這對(duì)提高廢水的可生化性起到了根本作用。由圖3 中還可知隨著鐵碳比的增大(4 ∶1以后)，廢水可生化性的提高趨勢(shì)并不明顯，在鐵碳比為4 ∶1及以上時(shí)，可生化性最高也只有0.31。這可能是因?yàn)樵阼F屑過(guò)量時(shí)，多余的鐵屑不僅沒(méi)與碳形成原電池，還覆蓋了部分鐵碳微電池組，造成了整體效率的下降。

2.3 反應(yīng)時(shí)間對(duì)出水可生化性的影響

在鐵碳比為4 ∶1(質(zhì)量比)，加氫氧化鈉調(diào)節(jié)進(jìn)水pH 為3.5 時(shí)，考察不同反應(yīng)時(shí)間對(duì)出水可生化性的影響，結(jié)果如圖4 所示。

圖4 不同反應(yīng)時(shí)間對(duì)出水可生化性的影響Fig.4 Effect of Reaction Time on Biodegradability of Effluent

由圖4 可知當(dāng)反應(yīng)時(shí)間為10 min 時(shí)，廢水的可生化性已提高到0.191;當(dāng)反應(yīng)時(shí)間為30 min 時(shí)，已接近最大值0.32。出水CODCr降低或出水BOD5升高，都可以表觀實(shí)現(xiàn)廢水可生化性(B/C)的提高。由圖4 知反應(yīng)時(shí)間大于30 min 后，出水的可生化性有波動(dòng)但變化不大，這可能是因?yàn)閺U水中的部分易于氧化降解的物質(zhì)(以BOD5表示)在鐵碳微電解裝置內(nèi)得到了去除，同時(shí)水中的CODCr也在不斷變化。綜合上述分析得到30 min 為最佳反應(yīng)時(shí)間。

2.4 鐵碳微電解/SBR 法組合試驗(yàn)

鐵碳微電解裝置中取鐵碳比為4 ∶1(質(zhì)量比)，反應(yīng)時(shí)間為30 min，進(jìn)水CODCr為625 mg/L，BOD5為69 mg/L，色度為350 倍，加氫氧化鈉調(diào)節(jié)進(jìn)水pH為3.5，反應(yīng)期間SBR 工藝池保持水中溶解氧為2 ～3 mg/L，控制池內(nèi)污泥濃度約4 500 mg/L。按如下程序進(jìn)行控制，進(jìn)水2 h、曝氣7 h、沉淀0.5 h、潷水2 h、閑置0.5 h，全周期共12 h。鐵碳裝置的出水，加氫氧化鈉調(diào)節(jié)pH 為8 ～9 后，再進(jìn)入SBR 工藝池。

2.5 試驗(yàn)結(jié)果與分析

分別按上述設(shè)定條件，用鐵碳微電解和SBR 組合工藝對(duì)粘膠纖維廢水進(jìn)行了綜合處理，共進(jìn)行了6 組試驗(yàn)，數(shù)據(jù)記錄如表1 所示。

表1 鐵碳微電解/SBR 法處理粘膠纖維廢水出水Tab.1 Viscose fiber Wastewater by Iron-Carbon Micro-Electrolysis/SBR Process

由表1 可知全部6 組試驗(yàn)中各對(duì)應(yīng)出水指標(biāo)都達(dá)到了一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)(GB 8978—1996)，且趨于穩(wěn)定。綜合來(lái)看，COD 的平均去除率為88%、色度平均去除率為84.9%。其中出水COD 去除率最高的是第4 組(88.6%)，但各組相差不大，都達(dá)到了86%以上;出水色度去除率最高的是第5 組，達(dá)88. 6%。第5 組以后試驗(yàn)出水的各項(xiàng)去除率高且穩(wěn)定，這可能是因?yàn)镾BR 池內(nèi)活性污泥經(jīng)一段時(shí)間的連續(xù)運(yùn)行后，污泥性狀較好且菌膠團(tuán)穩(wěn)定，對(duì)粘膠纖維廢水的耐受降解能力增強(qiáng)。在試驗(yàn)期間，鐵碳裝置因底部曝氣的存在，對(duì)鐵碳填料起到了很好的微動(dòng)混合作用，有效減緩了常見的填料鈍化或溝流現(xiàn)象。

此外，經(jīng)SBR 池生化后出水pH 在6.8 ～7.3，不需再進(jìn)行調(diào)節(jié)。在鐵碳微電解和SBR 工藝反應(yīng)中通過(guò)增加氫氧化鈉來(lái)調(diào)節(jié)廢水的pH，一定程度上增加了廢水中的鹽度，這也可能影響到了生化處理的效果。

3 結(jié)論

(1)鐵碳微電解處理粘膠纖維廢水的最佳條件:pH 為3.5、鐵碳比為4 ∶1、反應(yīng)時(shí)間為30 min，經(jīng)處理后的粘膠纖維廢水可生化性提高到0. 3以上。

(2)用鐵碳微電解/SBR 法處理粘膠纖維廢水，出水COD 和色度平均去除率分別可達(dá)88%、84.9%，且連續(xù)運(yùn)行比較穩(wěn)定。

(3)采用鐵碳微電解串接SBR 工藝處理粘膠纖維廢水，不僅可行并避免了傳統(tǒng)工藝上大量消石灰的使用，改善了勞動(dòng)環(huán)境，且填料中的鐵屑使用的是工廠廢料，可以節(jié)省工程投資費(fèi)用。

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