粘膠纖維廢水的鐵碳微電解/SBR 處理工藝

譚玉龍，張學富，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)大學建筑工程學院，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。目前園區(qū)內(nèi)污水處理廠對該廢水采用與生活污水混合后，再進行絮凝沉淀和生化法處理，因廢水可生化性低且成分復雜，并含有對微生物有毒、不易降解的有機污染物，出水水質不穩(wěn)定，達標排放較難。在絮凝沉淀工藝段需投加大量石灰，不僅人工勞動強度大，且存在石灰揚塵嚴重影響周邊環(huán)境的問題，廠區(qū)運行及管理上存在風險，急需通過廢水治理工藝方式的改進來解決上述問題。

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廢水進行處理的工藝，現(xiàn)已有人用鐵碳裝置對造紙廢水(中段)、漂染廢水等進行了預處理研究，取得了一定效果［1-5］。在使用鐵碳微電解的裝置時，為防止鐵屑填料表面的結塊、溝流及鐵屑鈍化現(xiàn)象，有學者設計了動態(tài)鐵屑微處理裝置(轉動或曝氣)，利用鐵屑之間的摩擦以減小填料的結塊及溝流現(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粘膠纖維廢水進行預處理，以提高其可生化性，預處理出水再經(jīng)SBR 工藝，以求出水穩(wěn)定達標排放。試驗分析了不同條件對處理效果的影響，并給出了最佳值。

1 試驗部分

1.1 原水水質

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 試驗裝置及工藝說明

設計一個鐵碳微電解/SBR 組合工藝裝置對粘膠纖維廢水進行處理試驗，如圖1 所示。

圖1 鐵碳微電解/SBR 工藝組合試驗裝置示意圖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316L 的穿孔不銹鋼薄板支撐與隔離。其中，有機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)。鐵屑來自某鑄鐵廠廢鐵屑，經(jīng)篩分取粒徑為6 ～8 mm 的個體，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粒活性炭，粒徑為4 ～6 mm。經(jīng)鐵碳微電解裝置預處理后的出水自流進入SBR 工藝池，經(jīng)曝氣鼓風機和管路實現(xiàn)對SBR 池內(nèi)的微生物增氧攪拌(試驗中控制池內(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，以按需實現(xiàn)活性污泥的篩選和控制。在原水池上設有加堿調節(jié)口，以控制水中pH 滿足試驗要求。

1.3 分析儀器和藥劑

5B-3C 型(V8)COD 測定儀;FTC90 型BOD 測定儀;PHS-3B 型pH 計測定儀;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?；瘜W試劑公司生產(chǎn)。

2 結果與討論

2.1 不同pH 對出水可生化性的影響

設計反應時間為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 下通過加鹽酸或氫氧化鈉調節(jié)進水pH，研究其對出水可生化性的影響，結果如圖2 所示。

圖2 不同進水pH 對出水可生化性的影響Fig.2 Effect of pH on Biodegradability of Effluent

由圖2 可知在進水pH 為3.5 時，出水的可生化性(以B/C 表示)為最大0.33。當進水pH 為1 ～3時，出水的可生化性快速升高;當進水pH 為3.5 ～7時，出水B/C 在0.29 ～0. 31 出現(xiàn)波動，但變化不大。以上說明pH 對出水的可生化性改善較敏感，可能是因為鐵碳顆粒組對形成的微電解反應，一方面對廢水中的部分難生化降解有機物進行了氧化，使其變?yōu)榭缮到獾男》肿佑袡C物;另一方面，鐵碳顆粒形成的微電解組對能在反應中產(chǎn)生堿性物質［8］，與廢水中的酸性物質起到中和降解作用，進一步促進微電解反應的進行。試驗中發(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 對廢水可生化性的影響目的上來看，pH 為3.5 是單因素試驗的最佳條件。

2.2 不同鐵碳比對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)，設計不同的鐵碳比(質量比)，加氫氧化鈉調節(jié)原水pH 為3.5，反應時間為45 min，研究鐵碳比對出水可生化性的影響，結果如圖3 所示。

圖3 不同鐵碳比對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，預處理出水的可生化性(B/C)也在增大，鐵碳比為4 ∶1時的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廢水中的長鏈分子進行了有效“切斷”作用，使長鏈高分子有機物轉化成了短鏈有機物，這對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并不明顯，在鐵碳比為4 ∶1及以上時，可生化性最高也只有0.31。這可能是因為在鐵屑過量時，多余的鐵屑不僅沒與碳形成原電池，還覆蓋了部分鐵碳微電池組，造成了整體效率的下降。

2.3 反應時間對出水可生化性的影響

在鐵碳比為4 ∶1(質量比)，加氫氧化鈉調節(jié)進水pH 為3.5 時，考察不同反應時間對出水可生化性的影響，結果如圖4 所示。

圖4 不同反應時間對出水可生化性的影響Fig.4 Effect of Reaction Time on Biodegradability of Effluent

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

2.4 鐵碳微電解/SBR 法組合試驗

鐵碳微電解裝置中取鐵碳比為4 ∶1(質量比)，反應時間為30 min，進水CODCr為625 mg/L，BOD5為69 mg/L，色度為350 倍，加氫氧化鈉調節(jié)進水pH為3.5，反應期間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。按如下程序進行控制，進水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，加氫氧化鈉調節(jié)pH 為8 ～9 后，再進入SBR 工藝池。

2.5 試驗結果與分析

分別按上述設定條件，用鐵碳微電解和SBR 組合工藝對粘膠纖維廢水進行了綜合處理，共進行了6 組試驗，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 組試驗中各對應出水指標都達到了一級標準(GB 8978—1996)，且趨于穩(wěn)定。綜合來看，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，都達到了86%以上;出水色度去除率最高的是第5 組，達88. 6%。第5 組以后試驗出水的各項去除率高且穩(wěn)定，這可能是因為SBR 池內(nèi)活性污泥經(jīng)一段時間的連續(xù)運行后，污泥性狀較好且菌膠團穩(wěn)定，對粘膠纖維廢水的耐受降解能力增強。在試驗期間，鐵碳裝置因底部曝氣的存在，對鐵碳填料起到了很好的微動混合作用，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，不需再進行調節(jié)。在鐵碳微電解和SBR 工藝反應中通過增加氫氧化鈉來調節(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、反應時間為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88%、84.9%，且連續(xù)運行比較穩(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)省工程投資費用。

［1］潘志彥，陳朝霞，王泉源，等. 制藥業(yè)水污染防治技術研究進展［J］.水處理技術，2004，30(2):67-70.

［2］李雯，王三反，孫震，等.鐵碳微電解預處理化工有機廢水研究［J］.凈水技術，2008，27(5):53-55.

［3］吳小寧，姚秉華，龔浩珍.鐵碳內(nèi)電解前置處理染料廢水的試驗［J］. 西安文理學院學報(自然科學版)，2006，13(1):38-40.

［4］彭書傳，張雁，劉國棟，等.鐵炭微電解-MAP 沉淀法聯(lián)合預處理垃圾滲濾液［J］.環(huán)境工程學報，2010，4(5):979-982.

［5］David W.B.. In situ remediation of Cr (Ⅵ)contaminated ground water using permeable reactive walls:Laboratory studies［J］.Environ. Sci. ＆ Technol.，1997，31(23):3348-3357.

［6］姚培正，岳貝貝，常曉昕，等.鐵屑-活性炭內(nèi)電解法處理廢水研究［J］.環(huán)境科學研究，1994，7(3):60-63.

［7］陳茂榮，孫家壽，李文榮，等.鐵炭微電解-光催化氧化處理醫(yī)藥廢水［J］.非金屬礦，2010，33(3):77-80.

［8］Cheng I. F.，Muftikian R.，F(xiàn)ernando Q.，et al. Reduction of nitrate to ammonia by zero-valent iron［J］. Chemosphere，1997，35(11):2689-2695.