内电解-SMBR组合工艺处理印染废水试验研究

      
 

　　2·2　试验装置
　　2·2·1　内电解装置
　　内电解反应柱为?180 mm×1 000 mm的有机玻璃柱,柱内的铁屑和活性炭按照1:1的体积比装填,反应柱底部设曝气装置,曝气量可通过空气流量计进行调节。污水下进上出。
　　铁屑取自天津某机械厂车间,使用前先用20%的NaOH溶液浸泡搓洗除油,然后漂洗至中性,再用1·5%的稀盐酸浸泡5 h去除铁屑表面的氧化物。活性炭使用前先用原水浸泡24 h使其吸附饱和,然后用3%的稀盐酸浸泡30 min进行活化。
　　通过控制进水流量来控制该工艺的HRT。利用20%硫酸溶液调节进水pH,在每次改变运行参数后让反应器连续稳定运行10 h,内电解出水加石灰调节pH至8~9将Fe2+沉淀,静置30 min后取上清液进行测定。
　　2·2·2　SMBR装置
　　反应器主体为有机玻璃材质,有效容积为60 L。中空纤维膜组件膜材质为聚丙烯,膜孔径为0·1μm,膜表面积为4 m2,膜组件长度为0·5 m。反应器底部曝气装置,控制气水比25∶1~40∶1,维持装置内溶解氧浓度为2~4 mg/L。
　　取天津市某生活污水处理厂的二沉池回流污泥放入反应器中,取回的污泥配以一定量的营养液并曝气加以培养,使其恢复活性。在已经优化内电解的操作条件且当内电解运行效果稳定后,取沉淀罐出水,逐渐加大其在进水中所占的比例进行驯化,直到其所占比例达100%进入生物反应器为止。判断污泥驯化完成的标准是有机物的去除率达到了80%以上,且连续稳定运行5天。
　　2·2·3　混凝加药装置
　　石灰混凝加药装置主要由配药罐及加药蠕动泵组成。配药罐为304不锈钢材质,?220 mm×300 mm。
　　2·2·4　沉淀罐
　　沉淀罐罐体用有机玻璃制成,?240 mm×450mm,有效容积14 L。
　　2·3　原水水质
　　本试验用水取自某印染企业排放污水,该厂原有处理工艺主要由絮凝沉降和生化单元组成,由于原水中含有一定量的毒害物质,导致微生物受到抑制和毒害,整套工艺运行一直不理想,不能保证产水达标排放。原水水质指标见表1。
 

 

　　2·4　试验方法
　　和氨氮的测定分别采用重铬酸钾氧化法和钠氏试剂比色法;CN-采用异烟酸-巴比妥酸分光光度法;SS采用重量法测定;pH的检测使用便携式pH仪;色度采用稀释倍数法。各指标具体检测过程见参考文献[7]。
　　3.结果与讨论
　　主要选取COD和氨氮来表征该工艺的运行效果。
　　3·1　内电解操作条件优化
　　影响内电解效果的主要因素有进水pH、反应时间和曝气量等。由于在内电解中铁作为阳极不断被腐蚀,而炭作为阴极基本无消耗,所以在内电解反应器中铁和炭的比例处于不断的变化之中,故此在实际应用中,铁和炭的比例不作为一个主要的影响因素。在经过前期试验参数摸索工作之后,主要考察反应时间、进水pH值和曝气量三个因素。
　　3·1·1　反应时间的影响
　　相同实验条件下,考察在不同的反应时间下出水COD去除效果,结果如图2所示。
 

     

 

　　试验结果表明随着反应时间的增加,COD的去除率逐渐上升。当反应时间为1·5 h时,废水COD由进水的1 532 mg/L下降到648 mg/L,随后再延长反应时间效果增加不明显,故确定试验反应时间为1·5 h。
　　3·1·2　进水pH值对COD去除率的影响
　　染料废水pH对内电解处理效果的影响见图3。

 

   
 

　　可以看出,同一废水水样,在反应时间、曝气量相同条件下,染料废水COD去除率随pH值升高而降低。这一现象可做如下解释:在酸性条件下,铸铁电极本身及电极反应生成的新生态H、Fe2+等都具有较高的化学活性,能与废水中许多组分发生反应,具有去除污染物的作用。
　　当pH由7变化到1时,内电解COD去除率由10%提高到57%,pH=4时,COD的去除率已经达到51%以上,尽管继续减小pH值,可增加COD的去除率,但从曲线变化的趋势看到,废水的COD去除率增加的幅度趋缓,且pH值越低,调节酸用量增加,导致之后调pH时石灰的用量也增加。因此,试验选择内电解的反应pH值为4。
　　3·1·3　曝气量对COD去除率的影响
　　有研究表明适量的曝气能够强化内电解的处理效果[8],这是因为O-Fe原电池的电位差大于H-Fe,从而增大了反应动力,提高了反应速度,增强了处理效果。但本试验的研究结果表明在曝气的情况下内电解出水的COD去除效果没有明显的增加趋势,反而有下降的趋势。结果如图4所示。

  
 

　　分析原因可能是由于曝气后水中的Fe2+迅速和氧气反应生成了Fe3+,破坏了Fe2+的活性使得COD去除效果变差,故就本研究而言,不采用曝气方式。内电解反应器操作条件得到优化后的运行方式是进水pH值为4,反应时间为1·5h,无曝气。
　　3·2　内电解处理效果
　　内电解运行参数按照3·1确定之后,每隔3天取样1次,分别测定内电解进水及沉淀池出水COD和氨氮,结果如图5、图6所示,可以看出该工艺中的内电解预处理单元运行效果稳定,对COD的去除率保持在61%左右。出水氨氮不降反升,分析原因是Fe作为电子供体,使得原水中的硝酸盐氮及亚硝态氮被发还原为氨氮。
 

   
 

　　3·3　整套工艺连续运行情况
　　为考察整套工艺的稳定性,按图2的工艺流程运行,控制内电解进水pH值为4,控制内电解反应器、沉淀罐及SMBR水利停留时间分别为1·5,1 h和4·2h。连续运行55天,检测其处理效果,每阶段的具体试验数据如图7、图8所示。
 

     
 

　　在接近两个月的运行时间里该工艺能够保持良好的处理效果。工艺进水COD均值为1468 mg/L,出水COD<100 mg/L,去除率超过93%。进水氨氮均值62 mg/L,出水氨氮< 12·5 mg/L,平均去除率为88%,各段工艺运行稳定。
　　·结论
　　内电解作为预处理工艺,在铁碳比为1∶1,pH为4,停留时间为1·5 h,无曝气的试验条件下,对初始COD平均浓度为1540mg/L的印染废水COD去除率可达60·5%,对氨氮的去除效果不明显。
　　整套工艺连续运行试验结果表明:控制内电解反应器、沉淀罐及SMBR的HRT分别为1·5,1 h和4·2 h,内电解-SMBR组合工艺处理印染废水是可行的,COD去除率超过93%,氨氮平均去除率为88%,出水水质稳定,产水达到GB4287-92一级标准。
　　参考文献:
　　[1]王连军,黄中华.染料废水的内电解脱色处理研究[J].重庆环境科学,1999,21(5):27-30.

       [2]刘增超,刘文辉,郑先俊.电絮凝—气浮法处理印染废水[J].化工环保,2006,26(4):280-282.

       [3]张建生,张铮,马清润.内电解技术在水处理方面的研究及应用[J].环境科学与技术,2009,32(12):207-208.

        [4]马红芳.内电解提高印染废水生物处理的研究[J].工业用水与废水,2003,34(4):29-32.

        [5]Chang I S, Kim S N. Wastewater treatment using membrane filtra-tion-effect

        of biosolids concentration on cake resistance[J]. Process Biochemistry,

        2005, 40(3-4):1307-1314.

        [6]Jiang Tao, Kennedy Mafia D, van der Meer walter G J, et al. Therole

         of blocking and cake filtration in MBR fouling[J]. Desalination,2003,

        157(1-3):335-343.

        [7]国家环保局.水和废水检测分析方法[M].3版·北京:中国环境科学出版社,1989.

       [8]于军,秦霄鹏,高磊,等.内电解技术处理有机废水的应用进展[J].中国给水排水,2009,25(12):12-15·

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