孫華，洪英，高廷耀，夏四清
(同濟(jì)大學(xué)環(huán)境工程學(xué)院，上海200092)

　　摘　要：利用鐵炭在水中形成的微電解過程處理染料生產(chǎn)廢水，可以有效地去除色度，提高污水的可生化性，同時對COD也有一定的去除效果。試驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)進(jìn)水COD為1200mg/L時，經(jīng)鐵炭床—復(fù)合反應(yīng)器處理后，出水COD＜200mg/L，可達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)。該工藝對COD的去除率要比單純的石灰乳中和混凝沉淀—好氧工藝高10%以上。
　　關(guān)鍵詞：鐵炭床過濾；染料廢水；復(fù)合生物反應(yīng)器
　　中圖分類號：X703 
　　文獻(xiàn)標(biāo)識碼：C 
　　文章編號：1000-4602(2001)05-0065-03

　　上海某染料化工廠排放的高濃度酸性染料母液廢水約250m³/d，另有來自于各車間的工藝沖洗水，混合廢水量為7000m³/d?；旌蠌U水中含有多種染料中間體和大量的無機(jī)原料及各種水溶性染料，污染物濃度大，色度高，可生化性差，用傳統(tǒng)的生物方法處理不甚理想。在研究過程中，曾用混凝法、氧化法、吸附法等進(jìn)行了試驗(yàn)，均未收到理想的處理效果。為此，決定采用具有還原能力的廢鐵屑和焦炭對廢水進(jìn)行鐵炭微電解處理，以降低色度和提高廢水的可生化性。
　　生物處理是根據(jù)懸浮、附著兩種狀態(tài)微生物對有機(jī)污染物共同作用的機(jī)理，提出的一種生物膜法和活性污泥法相結(jié)合的處理方法——復(fù)合生物反應(yīng)器，把微電解作為其預(yù)處理工藝，實(shí)質(zhì)上是綜合了鐵炭過濾和生物鐵法兩種廢水處理方法的優(yōu)點(diǎn)，即脫色效果好，生化反應(yīng)速度快，對有機(jī)物的去除率高。

1　試驗(yàn)流程及材料

1.1試驗(yàn)水質(zhì)
　　試驗(yàn)廢水取自各車間出水的混合廢水，水質(zhì)見表1。

1.2試驗(yàn)流程
　　試驗(yàn)裝置及流程如圖1所示。

　　鐵炭床用長為350mm、直徑為50mm的玻璃管制成，內(nèi)置鐵屑和焦炭，其體積比為1∶1。生物反應(yīng)器的直徑為120mm，高為400mm，有效容積為3.65L；填料采用同濟(jì)大學(xué)開發(fā)的懸浮填料，呈圓柱形，直徑為50mm，高為50mm，內(nèi)有多重葉瓣。體積質(zhì)量約為0.97～0.98，可直接投加于水中；采用穿孔管曝氣，上部進(jìn)水，側(cè)端出水入二沉池，同時進(jìn)行污泥回流。原水連續(xù)由上至下流經(jīng)鐵炭過濾柱，出水加入10%的石灰乳調(diào)節(jié)pH值為8～9，沉淀0.5h后取上清液作為好氧池的進(jìn)水。
1.3試驗(yàn)材料
　　試驗(yàn)用鐵屑來自上海梅園鐵粉廠，為提高其活性加入同量的焦炭。鐵屑濾料共有4種類型：1＃為18目，2＃為40目，3＃為80目，4＃為100目。焦炭取自焦化廠，粒徑約為2～4mm。

2　試驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1 鐵炭床過濾結(jié)果
　　鐵炭床過濾的主要影響因素是進(jìn)水pH值、停留時間等。因此，試驗(yàn)主要從這兩方面進(jìn)行了研究。
2.1.1 鐵粉目數(shù)的影響
　　鐵炭床內(nèi)分別放入18、40、80和100目等4種鐵粉和相同體積的焦炭，經(jīng)30min反應(yīng)后，測pH值，然后加入石灰乳中和，結(jié)果見表2。

　　從表2中看出，隨著鐵粉目數(shù)的增加，COD的去除率稍微增加，考慮到實(shí)際運(yùn)行時鐵炭床的結(jié)塊問題，選用顆粒較大的鐵粉(18目)。
2.1.2 pH值的影響
　　染料廢水pH值對鐵炭床處理效果的影響見圖2。對于同一廢水水樣，在反應(yīng)溫度、時間等條件相同的情況下，染料廢水微電解脫色效果、COD去除率均隨pH值的升高而降低。因此，對該染料廢水，酸性條件有利于脫色及去除有機(jī)物，故直接采用原廢水進(jìn)行后續(xù)試驗(yàn)。

2.1.3　HRT的影響
　　①HRT與pH值的關(guān)系
　　控制廢水與鐵炭的接觸反應(yīng)時間為2～120min，測定出水的pH值，然后進(jìn)行混凝沉淀，并取上清液測定色度、COD和Cu的含量，結(jié)果見表3、圖3。

　　由表3結(jié)果可見，隨廢水與鐵炭濾料接觸時間的延長，出水pH值先急劇上升后接近平穩(wěn),基本在6左右。微電解時，隨陰極不斷析出H2，污水中的H+逐漸減少，OH-逐漸加大，當(dāng)pH升至6.0左右時，就很難再提高。
　　②HRT與處理效果的關(guān)系
　　圖3繪出了HRT與色度、COD及Cu去除率的關(guān)系。

　　由圖3可見，廢水在反應(yīng)柱中停留時間的長短，直接關(guān)系到對色度、COD及Cu的處理效果，是廢水處理過程中必須控制的重要參數(shù)。脫色率隨著停留時間的延長而提高，當(dāng)停留時間延長到一定值時，脫色率基本保持穩(wěn)定。當(dāng)原水為酸性時，增加廢水在反應(yīng)器內(nèi)的停留時間有利于提高處理效率，但如此會增大投資和提高運(yùn)行費(fèi)用。因此，從綜合效果看，該廢水在反應(yīng)器內(nèi)的停留時間以20～40min為好。
2.2微電解法與直接混凝法的處理效果對比
　　表4是鐵炭床過濾再進(jìn)行中和的效果與直接用石灰乳中和并加PAM進(jìn)行混凝沉淀效果的比較。

　　從表4可以看出，經(jīng)鐵炭床—石灰乳中和處理后的出水，COD去除率在45%左右，脫色率可達(dá)90%，而同一廢水用單純的石灰乳—混凝沉淀處理時，可以去除一部分COD、Cu和色度，但遠(yuǎn)不如鐵炭床過濾，這可能是在微電解過程中電極反應(yīng)生成的新生態(tài)的H能與溶液中的許多組分發(fā)生氧化還原反應(yīng)，破壞了染料分子中的發(fā)色或助色基團(tuán)，達(dá)到脫色的目的。另外，新生的Fe²⁺也具有較高的絮凝—吸附活性，能吸附廢水中分散的微小顆粒及有機(jī)分子而絮凝沉降下來，使廢水又得到進(jìn)一步凈化。單純的石灰乳中和混凝沉淀法不具備上述功能，但可以除去懸浮于水中的不溶性染料，所以也有一定的色度去除率。
　　表4還說明，在去除COD和Cu的方面，鐵炭床法也占有優(yōu)勢。通過鐵炭床—中和處理后出水的BOD₅/CODCr值從0.33提高到0.54，廢水的可生化性提高，這可能是經(jīng)鐵炭床處理后，染料分子斷鏈變成了較小的分子，而且斷鏈后的產(chǎn)物和一些中間體被處理成較易生化的物質(zhì)，從而大大地提高了廢水的可生化性，為該廢水進(jìn)行后續(xù)生化處理創(chuàng)造了有利條件。
2.3鐵炭床—復(fù)合反應(yīng)器工藝穩(wěn)定運(yùn)行試驗(yàn)
　　根據(jù)確定的運(yùn)行參數(shù)連續(xù)運(yùn)行1個月，對染料廢水進(jìn)行處理試驗(yàn)的結(jié)果見表5。

　　表5表明，染料廢水經(jīng)鐵炭床過濾預(yù)處理后再進(jìn)行生物處理，COD去除率達(dá)85%左右，BOD去除率達(dá)90%以上，色度去除率達(dá)84%以上，出水COD接近200mg/L，各項(xiàng)指標(biāo)均符合排放標(biāo)準(zhǔn)。

3　分析及討論

3.1　鐵炭床過濾機(jī)理

　　鐵碳床過濾是基于電化學(xué)反應(yīng)的氧化還原原理，通過增強(qiáng)原電池腐蝕，產(chǎn)生大量新生態(tài)的物質(zhì)還原有機(jī)物中的氧化基團(tuán)，生成物及原先污染物被吸附，形成絮凝物。同時，鐵炭電位差使膠體污染物迅速沉積。溶解的物質(zhì)進(jìn)行一系列極為復(fù)雜的物理化學(xué)反應(yīng)，生成多種鐵氧體。有些鐵氧體在形成過程中會包絡(luò)污染物分子，有些新生態(tài)的鐵氧體對膠體的污染物有很好的絮凝作用，鐵氧體本身又是極好的吸附劑，對水中污染物分子起吸附脫除作用。
　　微電解過程中，電極反應(yīng)產(chǎn)物具有高化學(xué)活性，其中新生態(tài)的Fe²⁺能與廢水中許多組分發(fā)生氧化還原作用，破壞染料的發(fā)色或助色基團(tuán)，甚至斷鏈，失去發(fā)色能力；大分子物質(zhì)分解為小分子的中間體，使某些難生物降解的化學(xué)物質(zhì)轉(zhuǎn)變成容易生化處理的物質(zhì)，提高廢水的可生化性。試驗(yàn)結(jié)果表明，廢水經(jīng)鐵炭床過濾后，BOD5/CODCr由0.33提高至0.54。
　　另外，陽極氧化生成的新生態(tài)的Fe²⁺，經(jīng)石灰乳中和及曝氣后，生成的Fe(OH)3是膠體凝聚劑，它的吸附能力高于一般藥劑水解法得到的吸附凝聚能力。這樣，原有的懸浮物以及通過微電解產(chǎn)生的不溶物和構(gòu)成色度的不溶性染料均可被其吸附凝聚。
　　由此可見，微電解法處理染料是電化學(xué)凝聚—氧化還原反應(yīng)綜合效應(yīng)的結(jié)果。
3.2生物鐵作用
　　在曝氣池中，F(xiàn)e(OH)3絮體與微生物絮體協(xié)同吸附形成了生物鐵活性污泥。生物鐵污泥不僅因吸附作用富集了有機(jī)物具有較高的代謝活性，而且比普通活性污泥易于沉降、分離。根據(jù)溶液中顆粒沉降的斯托克斯定理：V=g(ρ1-ρ2)d²/18μ，要使沉降效果好，只有增大沉降微粒的粒度和增大顆粒密度，而Fe(OH)₃正具有這種作用。因此，曝氣池可以維持很高的污泥濃度，比普通活性污泥法高數(shù)倍，因其活性污泥濃度高而具有很好的抗沖擊能力，對水質(zhì)多變的染料廢水適應(yīng)性較強(qiáng)，去除效果穩(wěn)定。

4　結(jié)論

　?、倮描F粉和焦炭在水溶液中形成的微電解過程對染料生產(chǎn)廢水進(jìn)行處理，對有機(jī)物、色度及Cu的去除效果良好，并可以較大幅度地提高廢水的可生化性，為后續(xù)生物處理創(chuàng)造了有利條件。
　?、诓捎描F炭床過濾—好氧處理工藝，經(jīng)過連續(xù)穩(wěn)定的試驗(yàn)后，其出水可達(dá)到：COD＜200mg/L，色度＜100倍，Cu＜1mg/L的排放標(biāo)準(zhǔn)。
　?、坭F炭床—好氧處理工藝COD去除率比單純的混凝沉淀—好氧處理工藝高10%以上。

參考文獻(xiàn)：

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收稿日期：2001-01-02