水解酸化-生物接觸氧化-光催化氧化工藝處理印染廢水的試驗(yàn)

于 佳 許吉現(xiàn) 孫廣垠 王 燕

（1、河北工程大學(xué)城市建設(shè)學(xué)院，河北 邯鄲 056038 2、水利部海委引灤工程管理局，河北 唐山 064309）

印染廢水具有濃度高、色度高、pH 高、可生化性差和多變化等五大特征[1]。采用單項(xiàng)的處理方法很難使處理后的出水達(dá)到規(guī)定的排放標(biāo)準(zhǔn)。國內(nèi)外對印染廢水的處理進(jìn)行了大量的研究工作[2-4]，運(yùn)用多種不同組合方式處理印染廢水。開發(fā)經(jīng)濟(jì)、有效的印染廢水處理技術(shù)已經(jīng)成為當(dāng)今環(huán)保行業(yè)關(guān)注的熱門課題，。根據(jù)印染廢水的水質(zhì)特點(diǎn)，筆者采用水解酸化-生物接觸氧化-光催化氧化組合工藝對自配的印染廢水進(jìn)行了試驗(yàn)研究，目的是對實(shí)際的生產(chǎn)實(shí)踐做指導(dǎo)。

1 廢水水質(zhì)

該試驗(yàn)的廢水采用自配的印染廢水，將葡萄糖、淀粉、活性艷藍(lán)染料、醋酸、均染劑、元明粉按照一定的比例配制。所配廢水水質(zhì)為：COD 690～750 mg/L；BOD5210～250 mg/L；色度160～220倍，pH 為7～8。

2 實(shí)驗(yàn)裝置圖

3 工藝淺析

3.1 水解酸化

廢水由源水箱進(jìn)入水解酸化池后，在厭氧菌的作用下，將難降解的大分子有機(jī)物經(jīng)厭氧水解酸化成小分子有機(jī)物。正是由于水解酸化池將不溶性有機(jī)物轉(zhuǎn)變?yōu)榭扇苄杂袡C(jī)物，大分子物質(zhì)分解成小分子有機(jī)物，所以它為后續(xù)的好氧生物處理創(chuàng)造了有利的條件，同時也降低了處理能耗。

3.2 生物接觸氧化

生物接觸氧化法兼有活性污泥法的特點(diǎn)，它利用固著在填料上的生物膜吸附水中的有機(jī)物，并加以氧化分解，使污水得以凈化。經(jīng)過水解酸化后的廢水，進(jìn)入生物接觸氧化池，在此階段進(jìn)一步去除了污染物。

3.3 光催化氧化

在印染廢水處理中的光催化氧化技術(shù)是利用了染料化合物對光的吸收，并且光輻射有助于對催化劑的激發(fā)和加速光催化反應(yīng)的進(jìn)程。

雖然經(jīng)過前兩步的處理去除了部分有機(jī)物，但是出水的CODCr和色度仍然沒有達(dá)到預(yù)期的目標(biāo)，為使廢水徹底達(dá)標(biāo)排放,生物接觸氧化池的廢水再經(jīng)過光催化處理，這樣就保證了處理后廢水的嚴(yán)格達(dá)標(biāo)。

4 主要試驗(yàn)裝置的設(shè)計(jì)

4.1 水解酸化池

水解酸化池為尺寸為6950 mm×3250mm×3050mm的矩形槽，采用底部進(jìn)水頂部出水的方式，池內(nèi)設(shè)置間歇攪拌機(jī)進(jìn)行,間歇慢速攪拌,目的是使廢水與污泥充分混合反應(yīng),以保證水解酸化池的去除效果。

4.2 生物接觸氧化池

生物接觸氧化池上部尺寸為5280 mm×4280mm×3050mm的矩形，下部為高1500mm的錐形斗。內(nèi)部裝填塑料立柱型填料填充比為60%，底部設(shè)塑料穿孔管，外接空壓機(jī)進(jìn)行鼓風(fēng)曝氣，DO 基本控制在2～2.5ml/g。池內(nèi)剩余污泥排入底部的錐形斗內(nèi)由閥門控制，定期人工排出。

4.3 光催化反應(yīng)器

試驗(yàn)設(shè)備由塑料板制成，尺寸為1 000 mm×300 mm×200 mm的矩形槽，在反應(yīng)器上方固定一只長度約900 mm，直徑19 mm，主波長為253.7 nm的ZSZ-30W 型紫外燈，為了增加紫外燈的光照效果，上方加設(shè)反光板。在反應(yīng)器底部固定有穿孔的塑料管，外接空壓機(jī)。TiO2采用工業(yè)級粉末狀（銳鈦型廣州市創(chuàng)盛化工）。

5 試驗(yàn)過程分析

5.1 試驗(yàn)概述

系統(tǒng)于2008年11月開始進(jìn)行準(zhǔn)備工作，2009年3月開始進(jìn)行設(shè)備制作和組裝工作，前期各項(xiàng)工作準(zhǔn)備完畢后開始進(jìn)行污泥馴化等調(diào)試工作，污泥馴化歷時47天。2009年6月中旬開始生物相鏡檢比較正常，各項(xiàng)指標(biāo)都已經(jīng)達(dá)標(biāo)，可以認(rèn)為生物膜生長成熟，掛膜啟動成功。其CODCr采用催化快速法所提供的測定方法進(jìn)行的測定；色度采用稀釋倍數(shù)法進(jìn)行測定。2009年7月至8月經(jīng)過兩個多月的測量數(shù)據(jù)，各項(xiàng)指標(biāo)均符合要求，這說明系統(tǒng)的運(yùn)行是比較穩(wěn)定的。

5.2 評價方法

5.2.1 水解酸化+生物接觸氧化段

圖1 和圖2 分別為水解酸化+生物接觸氧化階段運(yùn)行期間COD 和色度的去除率。水解酸化+生物接觸氧化采用正交試驗(yàn)以COD的去除率和色度的去除率作為考核指標(biāo)，并采用了綜合評分法中的指標(biāo)疊加法，將多個指標(biāo)轉(zhuǎn)化為單指標(biāo)，而后分析各個因素的主次和各個因素的最佳值。對可能影響模型進(jìn)水效果的因素水力停留時間，氣水比進(jìn)行影響性分析，由于本試驗(yàn)中對于CODCr和色度的去除率具有同等重要的要求，采用的是的計(jì)算方法。正交試驗(yàn)結(jié)果分析見表一，根據(jù)表中極差大小可以看出，影響印染廢水處理效果的因素的主次為：水力停留時間、氣水比。最佳運(yùn)行結(jié)果為：水利停留時間12h,氣水比為25：1。

5.2.2 光催化氧化段

當(dāng)TiO2催化劑的投加質(zhì)量濃度為0.5g/L時，CODCr和色度去除率達(dá)到最大，當(dāng)投加量過多時，則會引起光的散射，影響溶液的透光率，從而使反應(yīng)速度減慢。

CODCr去除率和脫色率隨光催化氧化的光照時間增加而增大，但當(dāng)光照至一定時間后去除率增長趨于緩慢。可以認(rèn)為，當(dāng)光照時間足夠長時，印染廢水中的有機(jī)污染物絕大部分降解為CO2、H2O 和其他無機(jī)小分子物質(zhì)。

隨著廢水中H2O2投加量的增大，印染廢水的CODCr去除率和色度去除率增大。在本試驗(yàn)條件下，當(dāng)H2O2投加量為4.0 mmol/L時，對CODCr出除率最高，其后去除率下降。

6 結(jié)果與討論

水解酸化+生物接觸氧化階段的最佳運(yùn)行條件：水力停留時間：12h，氣水比 25：1。

TiO2催化劑投加質(zhì)量濃度為0.5g/L時、光照時間為120min、H2O2的投加量為4.0 mmol/L的條件下，CODCr和色度的去除率最高。本試驗(yàn)中處理的印染廢水僅僅是含有活性艷藍(lán)染料，實(shí)際生產(chǎn)中較為常見的是多個工序排出印染廢水的廢水的混合，所以筆者建議后續(xù)的實(shí)驗(yàn)中提高模擬廢水的真實(shí)性。在廢水中投加少量的H2O2，會增強(qiáng)處理效果，增大光照時間雖然會使CODCr去除率和脫色率增大，但過長的光照時間會導(dǎo)致處理成本增加。在水解酸化＋生物接觸氧化組合工藝后，采用TiO2光催化氧化處理能有效地對印染廢水進(jìn)行深度處理。取得了良好的效果,出水達(dá)到了《紡織染整工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB 4287-92)中的一級標(biāo)準(zhǔn)，使CODCr和色度顯著降低。由于其操作簡單、所需工作場地小、處理效果徹底、無二次污染、處理之后的水可以回用等特點(diǎn)，因此具有很高的推廣價值。

[1]景曉輝,尤克非,丁欣宇,等.印染廢水處理技術(shù)的研究與進(jìn)展 [J].南通大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版,2005,4(3):18-22.

[2]王星敏,陳勝福.印染廢水的光催化氧化處理新進(jìn)展 [J].重慶工商大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版,2004,21(3):229-232.

[3]魏復(fù)盛.水和廢水監(jiān)測分析方法指南(中冊)[M].北京:中國環(huán)境科學(xué)出版社,1994.446-448

[4]國家環(huán)保局.水和廢水監(jiān)測分析方法(第三版)[M].北京:中國環(huán)境科學(xué)出版社,1997.91-93