印染廢水生物微電解-高效接觸氧化處理工藝
0 引言
深圳市公明鎮某印染廠在生產過程中產生一定量的印染廢水。為避免廢水對周圍環境造成污染，必須處理達標后才能排放。
印染廢水具有水量大、有機污染物含量高、色度高、堿性大、水質變化大等特點。近年來，由于化學纖維織物的發展、仿真絲的興起和印染后整理技術的進步，使PVA漿料、人造絲堿解物(主要是鄰苯二甲酸酯類)、新型助劑等難生化降解的有機物大量進入印染廢水。目前，印染廢水通常采用生物-物化復合法來進行處理［1～2］，物化方法一般為混凝沉淀或混凝氣浮法，生化方法一般為水解酸化法、活性污泥法或生物膜法。
但是，由于該廠廢水中含有多種染料中間體、大量的無機原料以及各種水溶性染料，污染物濃度大、色度高、可生化性差，采用傳統處理方法進行處理時，效果很不理想。據報道，孫華等［３］采用鐵炭床、復合生物反應器對印染廢水進行處理，獲得了較滿意的結果。肖羽堂等［4］則對印染廢水用鐵屑進行預處理，提高了印染廢水的可生化性，降低了COD和色度，取得了顯著的經濟效益和環境效益。雍文彬等［5］采用部分微電解法處理堿性印染廢水，獲得了較滿意的結果。在此基礎上，本文提出了一種生物微電解*.接觸氧化工藝，對印染廢水進行處理。該工藝完全采用生物法，徹底擯棄了通常的物化處理方法，不需要投加混凝劑等化學藥品，污泥產量少，處理成本低。印染廢水經該工藝處理后，可完全符合排放的要求。目前，該工藝已經在深圳地區數家印染廠的廢水處理工程中應用，均獲得了較滿意的效果。
1 廢水水質
為掌握該廠廢水水質的變化情況，特委托深圳市環境保護監測站對該廠一個月內產生的廢水逐日進行水質測定，測定結果見表1。
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該廠目前的廢水排放量為2 000 m3/d。考慮到廢水排放量、水質的波動及該廠的發展前景，本方案設計的廢水處理量為3 600 m3/d(150 m3/h)，處理系統每日連續運行24 h。該系統經過調試，于2001年8月底正式投入使用，運行穩定，處理效果較好。
2 工藝流程
廢水處理的工藝流程如下：原廢水→格柵→調節池→厭氧池→鐵曝氣池→接觸氧化池1→沉淀池1→接觸氧化池2→沉淀池2→人工濕地→排放。鐵曝氣池、接觸氧化池及沉淀池中產生的污泥回流進入厭氧池，進行內部消化。
3 主要處理構筑物
(1)格柵。廢水在進入處理系統前，應先采用格柵隔除廢水中的粗大雜質，以保護處理設施不被損壞，并避免管路阻塞。
(2)調節池。由于生產廢水的排放濃度較高，組分復雜以及間歇排放的特征，廢水的水質、水量波動較大，考慮到后續生物處理運行的穩定性，需對水質、水量進行調節，設立廢水調節池1座，其尺寸為 12 m×16 m×5.5 m，有效容積為750 m3，水力停留時間為5 h，鋼筋混凝土結構，設置在地面以下，池頂覆土并進行綠化。
(3)厭氧池(生物微電解池)。厭氧池3座，其尺寸為60 m×32 m×4 m，有效容積為6000 m3，水力停留時間為40 h，鋼筋混凝土結構，設置在地下，內裝生物微電解填料。生物微電解填料為鐵屑。池內設置填料支架，離池底1.5 m處為支架平臺，在平臺上均勻放置裝滿鐵屑的填料筐(尺寸1 m×1 m×0.5 m，用Ф3 mm×40 mm 鐵絲網制作)，填料總量為600 m3。在廢水處理系統運行過程中，填料會發生一定量的耗減。運行一段時間后，可通過檢修口向各填料筐內補加鐵屑，以實現填料的補充或更換。預留的多個活動檢修口的尺寸均為1.5 m×1.5 m，上有可打開的蓋子，檢修時，可打開蓋子進入，補充或更換鐵屑填料，一般情況下，每5～6年需更換一次填料。經調節池均質后的廢水由提升泵泵入厭氧池后，在厭氧池內生物微電解填料和經充分馴化的高活性厭氧微生物的作用下，廢水中的大分子、難降解的有機物降解為小分子、易于降解的有機物。
(4)鐵曝氣池。1座，尺寸為65 m×15 m×4 m，有效容積為3 300 m3，水力停留時間為22 h，鋼筋混凝土結構，設置在地面下，內設鐵屑填料。填料分為3 層，每層厚400 mm，層距300 mm，最底層距池底1 m，鐵屑總量1000 m3。
(5) 接觸氧化池。2座，尺寸分別為20 m×13 m×5 m 和18 m×5 m×5 m，有效容積分別為1050 m3和360 m3， 水力停留時間分別為7 h和2.4 h，鋼筋混凝土結構，均內設生物親和性填料。該填料以中心繩、聚烯烴塑料支撐架和彈性絲條組成，絲條以支撐架為中心在水中呈均勻輻射狀生長，有一定的柔韌性、剛性，網片 250 mm×200 mm，間距50 mm，填料量分別為780 m3和 270 m3。采用鼓風機和水下不銹鋼穿孔管鼓風曝氣，氣水比為15∶1。厭氧池出水經鐵曝氣池和接觸氧化池處理后，可將廢水中的有機物絕大部分予以降解。
(6)沉淀池。2座，尺寸均為18 m×8 m×5 m，有效容積均為600 m3，水力停留時間均為4 h，鋼筋混凝土結構，其表面負荷為1.15 m3/(m2•h)。在沉淀池中實現泥水分離，上清液排入人工濕地，沉淀污泥回流至厭氧池。人工濕地處理系統是使水在生長稠密的水生(沼生)植物叢中流動，進一步去除水中殘留的污染物。
轉貼于 中國論文下載中心 http://www.studa.net4 結果與討論
4.1 生物微電解池的作用機理
厭氧池內裝填有高效的生物微電解填料，生物微電解填料對厭氧反應的四個階段(即水解階段、酸化階段、產乙酸階段、產甲烷階段)均有很好的強化作用。其次，生物微電解填料可參與到反應中，其自身可發生微電解反應，生成的新生態的活性物質如H+和Fe2+ 均具有很高的化學活性，能與廢水中許多組分發生氧化還原作用，破壞染料的發色或助色基團，甚至斷鏈，使其失去發色能力，也可使大分子物質分解為小分子的中間體，使某些難生物降解的有機物和對厭氧微生物有毒害作用的化學物質轉變成容易生化處理的物質，提高廢水的可生化性［3，6］。經檢測，厭氧池出水的 BOD/COD可達到0.4～0.58，而原水的BOD/COD 為0.15～0.3。再次，生物微電解填料發生微電解反應，可緩沖廢水中pH的變化，為厭氧反應創造良好的反應條件，因而該工藝抗沖擊負荷的能力很強。最后，生物微電解填料的表面積較大，厭氧微生物附著于填料上，不易流失，可使厭氧池內保持較高的微生物量，保證厭氧處理效率。
4.2 鐵曝氣池的作用機理
鐵曝氣池內的鐵屑填料同樣具備上述降解有機物的功能。由于曝氣環境的存在，該填料同時還具備協助凝聚的功能。因為曝氣后生成的Fe(OH)3是膠體凝聚體，其吸附能力遠高于一般藥劑水解法得到的 Fe(OH)3的吸附能力，廢水中的懸浮物以及通過微電解產生的不溶物和構成色度的不溶性染料均能被其吸附而凝聚。在鐵曝氣池內，微生物絮體與Fe(OH)3 絮體協同凝聚，形成絮體粗大、結構緊密的生物鐵活性污泥。生物鐵活性污泥不僅因吸附作用而富集了微生物和有機物，加速了微生物對有機物的降解作用，具有較高的代謝活性，而且其密度遠大于普通活性污泥，具有良好的沉降性能，遠比普通活性污泥易于沉降、分離，在機械壓濾、脫水性能上明顯優于普通活性污泥。因此，鐵曝氣池可以維持很高的活性污泥濃度，因其活性污泥濃度高且具有很好的抗沖擊負荷能力，對水質多變的印染廢水的適應性較強，去除效果好且穩定。
4.3 生物親和性填料的作用機理
接觸氧化池內裝填彈性生物親和性填料。這種填料的結構既重視填料的比表面積(決定生物量的大小)對去除效率的影響，又考慮水流在填料中的流態。微生物附著空間大，對水中大、中型氣泡有較好的切割性能，具有一定的重新布水、布氣能力，生物池內孔隙率高，膜接受氧氣的能力強，膜的厚度適中。另外，該填料對降低懸浮物含量有顯著作用。這一方面是由于微生物的新陳代謝作用產生一定的粘性分泌物，使水中一些懸浮物和膠體黏結在一起，起吸附架橋作用，形成細小絮體，被生物膜截留；另一方面是由于水中膠體表面吸附的帶負電荷的有機物被消耗，膠體所帶電荷減少，ξ電位降低，膠體失穩，易于發生凝聚。
4.4 處理效果
在印染廢水水質不超過pH 10，COD 1300 mg/L， BOD 350 mg/L，SS 400 mg/L，色度600 倍的條件下，經本工藝處理后，出水水質為pH 6～9，COD 50～80 mg/L，SS＜70 mg/L，BOD ＜20 mg/L，色度＜50倍，完全符合 《污水綜合排放標準》(GB8978-96)的要求。
4.5 運行成本分析
該工程總造價為256萬元。本處理工藝的成本主要由電費、人工費、維修費及其他費用構成。
本廢水處理系統設備的總裝機容量為299 kW，其中常用設備177 kW，備用設備122 kW。常用設備均為連續運行，運行時間為24 h，實際耗電量為裝機容量的80%，電費為0.85元/(kW•h)，每日電費總計2888元。
該工藝需操作人員6人，人工費按40元/(人•d)計，則人工費為240元/d。
維修費及其他費用按10 200元/月計，則日費用為340元。
因此，該工藝的日總處理成本為3468元，平均污水處理成本為0.96元/m3。
4.6 本工藝的特點
本工藝采用完全生化工藝處理印染廢水，具有以下幾個優點：
(1)由于完全采用生化工藝，一次性投資大大降低。由于不需投藥，可節省藥品費用。經生物微電解工藝處理后，廢水中的有機物大部分已降解，未降解的有機物的可生化性大大提高，接觸氧化池內置高效、生物親和性強的填料，所需曝氣量小(氣水比 15∶1)，曝氣費用低。廢水高程布置合理，該工藝只進行一次提升，即將廢水從調節池提升至生物微電解段，其余工段全部靠廢水的重力自流，提升費用低。
(2)該方法采用生物微電解和高效接觸氧化工藝，可有效地降低廢水中的有機物和色度，可保證處理后的廢水達到國家排放標準。
(3)由于完全采用生化工藝，沒有進行物化處理，因此無物化污泥產生。生物接觸氧化池和沉淀池所產生的剩余污泥回流至厭氧池進行內部消化，使厭氧*. 好氧的有機污泥平衡，因此，該工藝的剩余污泥產生量小，不需要另外設置污泥濃縮脫水的構筑物或設備。
(4)本廢水處理系統結構緊湊，機械設備少，需操作、控制的工作點少，操作要求低，運行管理方便。
參考文獻
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2 全國紅，林紅衛，魯玉龍. 印染廢水的處理和綜合利用技術. 給水排水，2000，26(2 ): 40～42
3 孫華，洪英，高廷耀，等. 鐵炭床、復合生物反應器處理染料廢水. 中國給水排水， 2001，17(5): 65～67
4 肖羽堂，許建華，陳靜.鐵屑強化傳統工藝處理難降解印染廢水實踐. 給水排水，1998 ，24(4):37～39
5 雍文彬，孫彥富，陳震華，等. 部分微電解法處理堿性印染廢水.中國給水排水，2001 ，17(12):66～68
6 趙永才.微電解法脫除水溶性染料廢水色度的研究.環境污染與防治，1994，16(1): 18～20
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