鐵碳微電解與生物接觸氧化法聯(lián)用處理涂料廢水

楊　欣,武福平,馬國綱,譚周權

(1.甘肅建筑職業(yè)技術學院,甘肅蘭州 730050;2.蘭州交通大學環(huán)境與市政工程學院,甘肅蘭州 730070; 3. 蘭州市城市建設設計院,甘肅蘭州 730050)

鐵碳微電解與生物接觸氧化法聯(lián)用處理涂料廢水

楊欣1,武福平2,馬國綱3,譚周權3

(1.甘肅建筑職業(yè)技術學院,甘肅蘭州 730050;2.蘭州交通大學環(huán)境與市政工程學院,甘肅蘭州 730070; 3. 蘭州市城市建設設計院,甘肅蘭州 730050)

采用鐵碳微電解與生物接觸氧化法聯(lián)用處理涂料廢水。確定了微電解實驗的最佳鐵碳比和pH,并在最佳參數(shù)確定的情況下研究了一個運行周期(2 h)內COD、氨氮去除率及pH變化情況,微電解實驗COD和氨氮去除率分別達到43.71%、33.5%。生物接觸氧化法COD去除率達到70.50%,出水pH、COD達到《污水綜合排放標準》(GB8978-1996)中一級標準。

涂料廢水;鐵碳微電解;生物接觸氧化

0　前言

涂料廢水處理難度大,主要是因為其排放不連續(xù)、水質波動大,污染物組分較為復雜且濃度大,廢水含固量大,含大量有毒、難生物降解的高分子有機物,常采用物化-生化法聯(lián)用處理工藝「1-2]、絮凝工藝「3-4]和生物法「5-6]進行處理。蘭州市某制漆廠主要生產乳膠漆,廢水主要是來自設備清洗水和濾布洗滌水,作為典型的建筑涂料企業(yè)產生的涂料廢水,通過實驗,選擇經(jīng)濟、實用的處理工藝,對同類企業(yè)產生的廢水處理有一定的指導和參考意義。

采用鐵碳微電解-生物接觸氧化聯(lián)用的方法,通過鐵碳微電解法提高廢水的可生化性,并去除部分COD和氨氮,為后續(xù)的生化處理提供條件;生物接觸氧化法在處理小流量廢水時具備節(jié)能、處理效率高等優(yōu)勢,通過生化處理,去除COD及氨氮,使處理水符合排放標準。通過鐵碳微電解-生物接觸氧化法聯(lián)用處理涂料廢水實驗,確定微電解實驗中合理的鐵碳比、pH和了解一個運行周期內水質變化情況,并研究了生物接觸氧化實驗中pH變化、COD去除情況,進而了解該工藝對涂料廢水處理情況。

1　實驗內容

1.1實驗材料

實驗廢水主要是來自設備清洗水和濾布洗滌水,廢水水質見表1。

表1　涂料廢水各項指標及含量

鐵碳混合物采用海綿鐵和無煙煤。海綿鐵粒徑為2～4 mm,預處理方法:先用清水淘洗,接著用10%氫氧化鈉溶液浸泡10 min,再用清水沖洗干凈,用2%鹽酸浸泡20 min,最后用清水沖洗干凈備用。無煙煤粒徑為0.8～1.2 mm,直接用清水淘洗干凈后晾干備用。

1.2實驗裝置及實驗方法

1.2.1微電解實驗方法

準備若干個具塞250 mL錐形瓶,加入一定量的涂料廢水,并將海綿鐵/無煙煤10 g加入其中,置于搖床上反應一個周期,時間為2 h,倒出反應液,使廢水與混合物分離,取15 mL廢水離心分離20 min,測定水樣COD、pH、氨氮。

1.2.2生物接觸氧化實驗裝置、材料

接種污泥為蘭州市某污水處理廠普通活性污泥,原水為微電解實驗出水,水質為:COD 94.00～274.66(mg/L),pH 8.58～9.63。

實驗裝置采用容積為10 L的反應器,內填充尺寸為30 mm×30 mm×30 mm海綿填料,由空氣壓縮機經(jīng)氣體流量計從反應器底部供氣。

第1天至第8天為微生物的馴化過程,第1天至第4天添加活性污泥混合液與鐵碳微電解出水,比例分別為5:1、4:1、3:1、3:1。第5天停止加活性污泥混合液,第5天至第8天添加生活污水與微電解出水,比例分別為3:1、3:1、2:1、1:1,第9天及之后實驗廢水均為微電解實驗出水。

1.2.3分析方法

COD、氨氮均采用國家標準分析方法「7]測定; pH利用雷磁PHB-4pH計測定。

2　結果與分析

2.1鐵碳微電解實驗

2.1.1鐵碳比的確定

本實驗初期對海綿鐵與無煙煤混合物的比例進行確定,分別取海綿鐵與無煙煤混合物四份,鐵和碳的體積比分別為1:1、2:1、3:1、4:1進行實驗,反應2 h,測定反應液COD。結果顯示反應后COD去除率分別為 39.52%、43.71%、31.06%、34.05%,在鐵碳比為2:1時COD去除率最高,故本實驗選定鐵碳比為2:1。

2.1.2pH對COD去除率的影響

pH能夠影響鐵碳微電解處理效果,有研究者發(fā)現(xiàn)不同pH條件下鐵碳微電解處理相同廢水效果不盡相同「8-9]。有研究者利用鐵碳微電解處理染料生產廢水,在pH 為1 左右、接觸時間為0.5 h時,COD去除率最高「10]。本實驗了解了pH為3、5、7、9時COD的去除率,分別為47.62%、46.26%、38.09%、34.69%,pH較低時,COD去除率較高,但差距并不明顯,為避免過低pH影響后續(xù)生化反應,本實驗不調整原水pH(7～8)。

2.1.3一個運行周期內水質變化情況

通過一個運行周期內水質變化,可以了解鐵碳微電解去除污染物及廢水水質變化情況 (見圖1),從圖1可以看出,隨著反應時間的增加,COD去除率越來越高,而陰極得到電子導致反應器內pH升高,COD去除率和pH變化曲線較為相似,可能是因為鐵碳微電解反應去除COD的同時,伴隨著陰極消耗H+生成了OH-。

圖1　一個運行周期內水質變化情況

原水中氨氮濃度低,在前60 min氨氮去除較慢,60～120 min逐漸變快,可能是由于原水中的含有一定量的有機氮,鐵碳微電解反應能夠使其轉化成為氨態(tài)氮,導致反應器內氨氮濃度升高,出現(xiàn)氨氮去除率升高的現(xiàn)象,120 min時去除率為33.5%,而有研究者利用鐵碳微電解法處理垃圾填埋場滲濾液,氨氮去除率只有約19%「11]。

2.2生物接觸氧化實驗

2.2.1COD去除情況

實驗結果見圖2,為了便于分析,從全部進鐵碳微電解出水開始,將整個實驗過程可分為三個運行階段:1.適應波動期(第9天至第14天)、2.穩(wěn)定期(第15天至第19天)、3.增長期(第20天及以后)。

圖2　第9天至第22天原水COD、出水COD和COD去除率

在適應期內,微生物雖然逐漸適應生活污水和鐵碳微電解出水混合,但還未完全適應微電解出水,故在該階段COD去除率并不高(30.4%～40.2%),出水COD為81.6～100.2 mg/L。在穩(wěn)定期內,雖然進水COD濃度略有增長,但出水COD (59.3～70 mg/L)較為穩(wěn)定,且去除率穩(wěn)步提升(27.7%～42.3%),表明微生物對鐵碳微電解出水已適應,且能夠適應進水濃度(94～112 mg/L)一定的波動。在增長期內,微生物對鐵碳微電解出水表現(xiàn)出較強的適應性能,進水濃度(164.0～274.7 mg/L)在較大范圍內波動,出水水質仍然穩(wěn)定,第22天進水COD濃度高達274.7 mg/L,出水COD僅為81.0 mg/L,去除率達到70.5%。出水COD滿足《污水綜合排放標準》(GB8978-1996)一級標準。

2.2.2pH變化情況

在生化反應中,反應器中氮濃度的變化能夠引起pH的變化。在硝化反應中,一般情況下1 g氨氮(以N計)完全硝化,需要消耗堿度(以CaCO3計)7.14 g,但有時反硝化又能提供一定甚至過量的堿度,而且pH對硝化、反硝化反應影響顯著,姜體勝、楊琦「12]采用連續(xù)攪拌槽式反應器(Continuous Stirred Tank Reactor,CSTR) ,pH值對硝化、反硝化速率均有顯著影響,在pH為7.85時,反硝化速率達到最大值,在偏酸性和偏堿性條件下,反硝化速率顯著下降。

由于本實驗采用生物接觸氧化工藝,難以制造足夠的厭氧(或缺氧)條件,而且進水pH較高(8.58～9.63),故反硝化效率較低,而在硝化反應中,在好氧條件下,足夠的堿度使亞硝化菌對氨態(tài)氮進一步分解氧化,釋放出H+,在反應初期,由于反硝化難以進行,反硝化所釋放的堿度遠小于硝化反應所消耗的堿度,故混合液迅速pH降低(見圖3)。整個生物接觸氧化實驗階段,出水pH范圍為6.12～8.40。

圖3　一個周期內COD去除率與pH變化(第22天)

3　結論

3.1鐵碳微電解實驗結論

(1)鐵碳比為2:1時COD去除率最高,為43.71%。

(2)pH越低,COD去除率越高,pH=3時,去除率最高,達到47.62%。為了避免過低的pH影響后續(xù)生化工藝,微電解實驗不對原水pH(7～8)進行調整。

(3)在一個運行周期內,前60 min內氨氮去除較低,60～120 min氨氮去除率逐漸升高,120 min時達到33.5%。

3.2生物接觸氧化實驗結論

(1)隨著生物接觸氧化實驗時間的增長,處理效果顯著好轉,第11天至19天COD去除率僅為27.66%～42.31%,第20天至第22天COD去除率升高至53.01%～70.50%。

(2)在一個運行周期(8 h)內,COD去除率隨著反應時間的增長逐漸升高。

(3)出水pH、COD達到《污水綜合排放標準》(GB8978-1996)中一級標準。

「1] 張振宇，顧禮煒，馬三劍，等.水解酸化-氧化溝工藝處理涂料廢水「J].中國給水排水，2014，30(16):95-98.

「2] 陳詠波.混凝-厭氧-好氧工藝處理涂料廢水「J].工業(yè)用水與廢水，2012，43(5):77-79.

「3] 曾德芳，袁繼祖.改性累托石復合絮凝劑在涂料廢水處理中的應用「J].涂料工業(yè)，2005，35(5):59-61.

「4] 賀迅，曾光明.微生物絮凝劑與聚合氯化鋁復配處理涂料廢水的響應面優(yōu)化「J].環(huán)境工程學報，2014，8(7):2760-2764.

「5] 瞿素蓮，金海明.膜生物反應器處理涂料工廠廢水「J].凈水技術，2004，23(04):20-22.

「6] 趙雪，陳志根，劉鋒，等.曝氣生物濾池在處理涂料廢水中的應用「J].涂料工業(yè)，2007，37(12):42-45.

「7] 國家環(huán)境保護總局.水和廢水監(jiān)測分析方法(第四版) 「M].北京:中國環(huán)境科學出版社，2002.

「8] 吳傲立，鮑建國，龔珞軍.鐵碳微電解預處理汽車電泳涂裝廢水「J].環(huán)境工程學報，2014，8(9):3843-3847.

「9] 賴波，秦紅科，周岳溪，等.鐵碳微電解預處理ABS凝聚干燥工段廢水「J].環(huán)境科學，2011，32(4):1055-1059.

「10] 羅旌生，曾抗美，左晶瑩，等.鐵碳微電解法處理染料生產廢水「J].水處理技術，2005，31(11):67-70.

「11] 趙振振，蔣建國，黃云峰.零價鐵法處理垃圾填埋場滲濾液「J].清華大學學報(自然科學版)，2006，46(12):1987-1990.

「12] 姜體勝，楊琦，尚海濤，等.溫度和pH值對活性污泥法脫氮除磷的影響「J].環(huán)境工程學報，2007，1(9):10-14.

X788

A

1009-7716(2015)12-0074-03

2015-08-26

國家自然基金資助項目 (51068014)。

楊欣(1984-),女,甘肅蘭州人,講師,從事水處理理論與技術研究工作。