鐵碳微電解-芬頓氧化-UBF復合工藝處理印染廢水運行效果研究

陸 凱

(蘇交科集團股份有限公司， 南京 210000)

鐵碳微電解-芬頓氧化-UBF復合工藝處理印染廢水運行效果研究

陸 凱

(蘇交科集團股份有限公司， 南京 210000)

針對印染廢水色度大、COD高和可生化性差的特點，采用鐵碳微電解-芬頓氧化-UBF復合工藝處理某印染廠生產(chǎn)廢水(COD 4 000～5 500 mg/L，色度1 000～2 000倍)展開了研究。一個月連續(xù)運行結(jié)果表明：鐵碳微電解(停留時間4 h，pH 2～3)能夠?qū)OD、色度分別降低到3 000 mg/L和800倍以下；芬頓氧化將COD、色度降低到800 mg/L和400倍以下；UBF運行穩(wěn)定，其產(chǎn)氣量均勻，出水COD、色度分別下降到300 mg/L和100倍以下。鐵碳-芬頓預處理能夠?qū)⒂∪緩U水可生化性BOD/COD從0.1提高到0.35，從而提高UBF生化池去除COD效果。

印染廢水；鐵碳微電解；芬頓氧化；復合式厭氧流化床反應器

印染廢水具有色度大、COD高和可生化性差的特點，是化工園區(qū)廢水的重要組成部分，也是化工園區(qū)廢水治理的難點[1]。目前采用傳統(tǒng)的物理、化學和生物處理技術(shù)不僅經(jīng)濟性差，而且處理效果差。近年來采用物理-化學預處理大大降低COD濃度，同時提高印染廢水可生化性，物化預處理的廢水進入?yún)捬醴磻?，池中厭氧微生物具有抗水質(zhì)沖擊的特點[2]，同時能夠穩(wěn)定出水水質(zhì)，使得厭氧出水能夠達到園區(qū)污水處理廠接管標準。

復合式厭氧流化床反應器(Up-flow Blanket Filter，簡稱UBF)是在上流式厭氧污泥床(Up-flow Anaerobic Sludge Blanket，簡稱UASB)和厭氧過濾器(Anaerobic Filter，簡稱AF)基礎上開發(fā)的新型復合式厭氧反應器[3]。廢水進入UBF，通過底部的布水管均勻地分布在這個UBF底部，廢水上升過程中先在污泥床進行厭氧反應產(chǎn)生甲烷，氣體能夠膨化污泥，使得廢水能夠和厭氧污泥充分接觸，然后通過填料層，填料層將厭氧污泥截留下來，同時填料表面形成的生物膜能夠降解COD，達到廢水的高效去除。楊琦[4]研究了填料層對提高UBF處理廢水效果的研究，結(jié)果表明有填料層的UBF的有機物去除率、甲烷產(chǎn)氣率都優(yōu)于沒有填料層的UBF。張望[5]、李亞新[6]研究UBF處理廢水發(fā)現(xiàn)，前置物化預處理有助于提高UBF處理效果，極大地提高COD、NH3-N的去除效果。改進UASB反應器，將填料設置在污泥床上，能夠大大提高厭氧反應器對廢水有機負荷的抗沖擊能力，這主要是因為填料能夠增強微生物濃度，崔宗均等[7]研究表明填料型厭氧反應器能夠大大增強產(chǎn)甲烷微菌濃度，并且提高反應器性能。

基于目前印染廢水處理技術(shù)現(xiàn)狀，本研究采用鐵碳微電解-芬頓氧化-UBF復合工藝處理印染廢水，相較于傳統(tǒng)厭氧-好氧生化處理工藝，本工藝前置鐵碳微電解和芬頓氧化-中和沉淀池工藝不僅能夠降低染料廢水色度、COD濃度，同時能夠?qū)⑷玖蠌U水中環(huán)狀、鏈狀的大分子有機物降解為小分子有機物，提高廢水可生化性。同時相較于傳統(tǒng)UASB生化工藝，UBF在污泥層上部設置了填料層，填料層能夠截留顆粒污泥，同時吸附廢水中污染物質(zhì)，從而提高廢水處理效果。本工藝運行效果穩(wěn)定，以期為此類廢水處理提供一條高效、穩(wěn)定的處理工藝。

1 廢水基本性質(zhì)和處理工藝設計

1.1 廢水特性與工藝流程

本工程進水包括生產(chǎn)車間的廢水、雨水和生活污水。其中生產(chǎn)車間的高鹽廢水通過蒸發(fā)析鹽設備將鹽分蒸出后和生活污水、雨水混合。該廠區(qū)污水處理能力為1 600 t/d，廢水中主要包括陽離子紅X-GRL，陽離子藍X-GRL和陽離子金黃X-8GL?；旌蠌U水具體生化指標如表1所示。

表1 混合廢水生化指標

本工程廢水處理流程如圖1。主要采用物化預處理和生化處理單元，物化預處理構(gòu)筑物包括：pH調(diào)節(jié)池，鐵碳微電解池，芬頓氧化池和中和沉淀池；生化處理單元即UBF反應器。具體構(gòu)筑物參數(shù)如表2所示。

圖1 鐵碳微電解-芬頓氧化-UBF工藝流程圖

表2 污水處理站各構(gòu)筑物參數(shù)

1.2 廢水處理工藝設計

針對廢水水質(zhì)COD含量很高、色度大、可生化性差的特點，采用鐵碳-芬頓氧化預處理，同時采用抗水質(zhì)波動的厭氧生化反應進一步降低COD，整個污水站構(gòu)筑物結(jié)構(gòu)緊湊，處理效果穩(wěn)定，對于染料廢水有較好的去除效果。

考慮到鐵碳微電解池中更換鐵碳填料人工勞動強度大的現(xiàn)狀，鐵碳池中采用的鐵碳球填料是1000℃高溫燒結(jié)的填料，孔隙率達到65%，比表面積1.6m2/g，鐵、碳和催化劑的質(zhì)量比為8.5：2：1，該鐵碳填料3個月補充一次。鐵碳微電解池出水含有大量的Fe2+離子，因此芬頓氧化池只要泵入30%雙氧水，不需要額外投加Fe2+。為了提高污泥負荷比，保持UBF較高廢水上升流速，UBF回流比為200%～300%。Fe2+在芬頓池中氧化為Fe3+，F(xiàn)e3+和液堿形成Fe(OH)3起到較好的絮凝作用。中和沉淀池采用豎流式沉淀池，三角堰出水泵入UBF，底部泥斗排泥脫水后作為固廢處理。

2 運行結(jié)果與討論

2.1 復合工藝對廢水COD去除效果

該印染廠廢水處理站運行穩(wěn)定，選取2015年8月份的檢測數(shù)據(jù)進行分析研究，其他月份運行效果具有類似性。

如圖2所示，鐵碳微電解-芬頓氧化-UBF復合工藝連續(xù)運行過程中，進水水質(zhì)COD有較大的波動，這主要是因為進水是由生活污水、雨水和生產(chǎn)車間廢水混合而成的，同時生產(chǎn)車間生產(chǎn)的染料不同導致進水水質(zhì)波動性較大，COD濃度波動范圍在4 000～5 500 mg/L，鐵碳微電解池對于COD有一定的去除效果，這主要是因為鐵碳池內(nèi)Fe和C形成無數(shù)個原電池[8]，原電池產(chǎn)生的1.2V電位差對有機物進行降解，同時產(chǎn)生的Fe2+在曝氣的情況下形成Fe3+,對于難降解有機物有一定的絮凝作用，導致COD含量下降，經(jīng)過鐵碳微電解處理后COD含量下降到3 000 mg/L以下。從圖2中可見，芬頓氧化池對于COD有很強的去除效果，主要是因為鐵碳微電解池產(chǎn)生的原生態(tài)Fe2+和Fe3+進入芬頓池后和H2O2反應產(chǎn)生的高級氧化OH·，OH·對于有機物有很強的降解作用，同時能夠?qū)⒋蠓肿佑袡C物降解成小分子有機物，從而降低COD含量，而通過添加液堿和PAM使得形成的Fe(OH)3絮體能夠吸附有機物混凝沉淀，大大降低有機物含量，從圖中可見芬頓氧化后COD下降到800 mg/L。而UBF對于物化預處理的印染廢水處理效果十分穩(wěn)定，去除率達到了62.5%，可見UBF反應器作為生化池對于印染廢水有更強的適應性和水質(zhì)抗沖擊能力，UBF出水穩(wěn)定在300 mg/L，達到了化工園區(qū)污水處理廠的接管標準。可見，復合工藝對于COD有較強的去除效果。

圖2 鐵碳-芬頓氧化-UBF復合工藝對印染廢水COD去除效果

2.2 復合工藝對廢水色度去除效果

印染廢水色度大，這主要是因為印染廢水中含有大量的大分子發(fā)色基團，這些發(fā)色基團屬于難降解有機物，可生化性很差，微生物無法代謝分解。復合工藝運行過程中，分析了復合工藝各構(gòu)筑物對于色度的去除效果，如圖3所示。

圖3 鐵碳-芬頓氧化-UBF復合工藝對印染廢水色度去除效果

印染廢水色度主要是由于生產(chǎn)車間廢水引起的，同時由于生產(chǎn)車間生產(chǎn)的產(chǎn)品不同導致廢水中色度波動性很大，由圖3可見，廢水色度1 000～2 000倍。經(jīng)過鐵碳微電解后，色度有明顯的降低，色度下降到800倍以下，去除率達到60%左右，可見鐵碳微電解對于印染廢水的發(fā)色基團有較強的破壞作用；芬頓氧化反應產(chǎn)生的Fe(OH)3對于大分子的發(fā)色基團有較好混凝作用[8-10]，導致色度下降到400倍以下，去除率達到50%，UBF反應器中的厭氧污泥能夠降解大分子有機物，同時吸附發(fā)色基團等大分子有機物，從而使得色度下降到100倍以下，廢水顏色明顯變淡。可見復合工藝對于色度有較好的去除效果。

2.3 鐵碳微電解-芬頓氧化預處理工藝對于印染廢水生化性的影響

印染廢水生化性差，這主要是由于印染廢水COD主要是大分子有機物，微生物無法代謝分解，目前普遍采用氧化作用將大分子有機物降解成小分子有機物，提高可生化性BOD/COD。

如圖4所示，印染廢水的可生化性在0.1，可生化性差，經(jīng)過鐵碳微電解后其可生化性提高到0.15，這主要是因為鐵碳原電池形成1.2V電位差能夠破壞大分子有機物，鐵碳微電解將大分子的環(huán)狀、鏈狀有機物打開，大分子有機物降解為小分子有機物，提高可生化性[11-12]；經(jīng)過芬頓氧化后印染廢水的可生化性進一步提高到0.35，這主要是因為芬頓高級氧化工藝形成的氧化性極強的OH·，OH·能夠?qū)⒔^大數(shù)大分子有機物降解為小分子有機物，從而提高印染廢水的可生化性。

圖4 鐵碳微電解-芬頓氧化預處理對印染廢水生化性影響

可見，復合工藝中鐵碳微電解-芬頓氧化預處理不僅能夠降低COD含量，同時鐵碳微電解-芬頓氧化預處理能夠提高印染廢水可生化性，從而提高UBF對印染廢水COD降解效果，同時能夠降低UBF生化池外投C源量。

3 結(jié)論

(1)印染廢水COD含量大、可生化性差、水質(zhì)波動性大，鐵碳微電解的原電池產(chǎn)生的1.2V電位差降解有機物，芬頓氧化產(chǎn)生的OH·降解有機物，UBF反應器底部的厭氧污泥和填料上的生物膜能夠降解微生物，從而使得復合工藝能夠?qū)⒂∪緩U水COD從4 000～5 500 mg/L穩(wěn)定降低到300 mg/L，色度從1 000～2 000倍降低到100倍以下。

(2)鐵碳微電解-芬頓氧化預處理不僅能夠起到降低COD含量，同時產(chǎn)生的氧化作用能夠?qū)⒂∪緩U水可生化性從0.1提高到0.35，有助于增強UBF生化池的處理效果。

[1] 李家珍.染料、染色工業(yè)廢水處理[M].北京：化學工業(yè)出版社，1997:74.

[2] 劉豪.印染廢水處理技術(shù)研究綜述[J].環(huán)保科技，2014，20(2):44-48.

[3] 鄭曉英，錢強，操家順，等.處理高濃度印染廢水的UBF反應器運行參數(shù)研究[J].環(huán)境污染與防治，2004，26(6)：441-444.

[4] 楊琦，楊殿海，周群英.填充盾式纖維和無填料的UBF厭氧反應器處理味精廢水的對比試驗研究[J].中國沼氣，1996，14(4):8-10.

[5] 張望，楊波，肖勇，等. UBF兩相生物反應器對滲濾液水質(zhì)的穩(wěn)定化作用[J].環(huán)境科學與技術(shù)，2008，31(6)：111-113.

[6] 李亞新，吳創(chuàng)之，韓志英. UBF復合式厭氧反應器處理焦油廢水實驗研究[J].太原理工大學學報，2004，35(1):76-79.

[7] 趙洪顏，于海茹，崔宗均，等.有機負荷沖擊對固定床厭氧反應器啟動及古菌群落動態(tài)影響[J].環(huán)境工程學報，2015，9(10)：4655-4663.

[8] 王慧超，袁林江，玉亞，等.實驗室有機廢水的鐵碳微電解預處理[J].環(huán)境工程學報，2016，10(7):3591-3596.

[9] 單寧，湯梅潔. 芬頓法深度處理印染廢水[J].浙江化工，2015，46(2):47-49.

[10] Duesterberg C K，Mylon S E，Watie T D. pH effect on iron catalyzed oxidation using Fenton’s reagent [J].Environ Sci Technol，2008，42(22)：8522-8527.

[11] 李海俠. 淺談鐵碳微電解處理含鹽廢水的可生化性[J].中國新技術(shù)新產(chǎn)品，2015(8)：152.

[12] 黃曉東，徐壽昌. 用芬頓試劑預氧化提高硝基苯廢水的可生化性[J].江漢石油學院學報，1994,16(3)：74-78.

A research on printing and dyeing wastewater treatment applying iron carbon micro electrolysis-Fenton oxidation-UBF coupling technology

Lu Kai

(JSTI Group,Nanjing 210000)

Based on the characteristics of high chromaticity, high COD content and poor biodegradability for printing and dyeing wastewater, Iron carbon micro electrolysis-Fenton oxidation-UBF coupling technology was applied to the treatment of wastewater from a given printing and dyeing mill (COD 4000-5000mg/L, chromaticity 1000-2000). Results after one month of continuous operating show that: iron carbon micro electrolysis unit (retention time 4h, pH 2-3), can remove and reduce COD and chromaticity to 3000mg/L and below 800 respectively; while Fenton oxidation unit can remove and reduce COD and chromaticity to 800mg/L and below 400 respectively;UBF unit also operates stably with constant gas production reducing and removing COD and chromaticity to 300mg/L and below 100 respectively.The pretreatment of Iron carbon micro electrolysis-Fenton oxidation can increases the ration of BOD/COD from 0.1 to 0.35, so as to improve the COD removing effect in UBF biochemical pool.

printing and dyeing wastewater; iron carbon micro electrolysis; Fenton oxidation; up-flow blanket filter

2016-08-03;2016-09-06修回

陸凱，男，1987年出生，本科，研究方向：水資源利用與保護。E-mail：1348152687@qq.com

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