鐵炭微電解—厭氧—好氧工藝處理制漿造紙廢水
造紙行業是用水大戶，噸紙的用水量高達100~150 t，其排放的大量制漿造紙廢水，往往導致接納水體的嚴重污染。外排水CODCr一般在2 500 mg/L 左右，廢水主要來自蒸煮、打漿、紙機沖洗毛布等生產過程，主要污染物有木質素、纖維素等〔1〕。近年來，國內對制漿造紙廢水處理方法采用較多的有生化法、混凝沉淀-生化法及混凝法等。
微電解又稱內電解、零價鐵法等〔2-3〕，是近30 年來發展起來的廢水處理方法。鐵炭微電解是以鐵為陽極， 含碳物質作為陰極， 廢水中的離子作為電解質，從而形成了電池反應。它不但可以去除部分難降解物質，大幅度降低色度，還可以改變部分有機物的形態和結構，提高廢水的可生化性〔4〕。
厭氧—好氧生物處理工藝根據厭氧及好氧微生物對有機污染物的氧化代謝機理，將厭氧微生物控制在厭氧的環境條件下，改善和提高廢水可生化性，使之與不同形式的好氧處理工藝組合應用，從而達到對難降解有機廢水有效處理的目的〔5-6〕。筆者通過動態模擬試驗對制漿造紙廢水進行處理，確定了合理的工藝路線和設備運行參數， 以期為實際工程設計和運行提供參考。
1 實驗部分
1.1 廢水水質
廢水取自海南某造紙廠，表觀顏色為深黃，B/C為0.23，可生化性較差。廢水的各項指標如表1 所示。
表1 廢水水質
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1.2 檢測指標及分析方法
COD：重鉻酸鉀法測定；色度：稀釋倍數法（GB11903—1989）測定；pH：pHS-25 型酸度計測定。
1.3 實驗裝置
動態試驗工藝流程如圖1 所示。微電解反應器：有機玻璃柱（D120 mm×300 mm），內裝自制鮑爾環填料，有效容積為6 L，采用穿孔曝氣；厭氧反應器：有機玻璃柱（D 216 mm×500 mm），配套攪拌機和水浴鍋；好氧反應器：有機玻璃柱（D150mm×1 000mm），內置組合填料，采用穿孔曝氣；混凝沉淀池：有機玻璃柱（D 150 mm×200 mm）。接種污泥取自攀鋼焦化污水廠高效耐鹽菌。
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1.4 反應器的啟動
采用間歇進水方式啟動反應器。啟動初期生化進水由葡萄糖溶液和微電解出水按比例配制。經過1 個月的馴化，厭氧、好氧反應器CODCr去除率分別達到70%和55%，各反應器中污泥沉降性能良好，好氧反應器填料掛膜成功，肉眼可觀測到原生、后生動物，可認為第一階段的啟動基本成功，下一步采用連續進水。經過14 d 的運行，厭氧、好氧反應器的CODCr去除率仍穩定在70％和55%以上，可認為啟動成功。
2 結果與討論
2．1 微電解與混凝實驗
催化微電解反應器出水進入混凝沉淀池，通過投加質量分數10%的Ca（OH）2溶液調節廢水的pH至9，使催化微電解出水中的亞鐵及鐵離子生成Fe （OH）2及Fe（OH）3沉淀。
2.1.1廢水pH 對CODCr去除率的影響
由于微電解反應陰極需要消耗大量的H+，所以H＋的濃度決定了反應的速度和程度。試驗中采用的反應時間為90 min，進水pH 對CODCr去除率的影響如圖2 所示。
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由圖2 可知，CODCr去除率隨著進水pH 的升高而降低。當pH<3 時，CODCr去除率>40%，而pH>3時，CODCr去除率逐漸下降。但pH 并不是越低越好，隨著pH 的降低，需要消耗大量的酸，出水加堿量也增大。同時溶液中的H+大量增加加速了對Fe 的腐蝕，造成出水中Fe3+濃度變大，出水色度增加。綜合考慮，進水在pH＝3 左右的效果較為理想。
2.1.2反應時間對CODCr、色度去除率的影響
控制鐵炭微電解反應進水pH=3，考察反應時間對微電解出水CODCr及色度去除率的影響， 結果如圖3。
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由圖3 可知，CODCr的去除率隨反應時間的增加而升高。當反應時間>90 min 后對CODCr的去除率增加減緩，這是由于隨著反應進行，H+不斷被消耗，池內pH 升高，反應速率下降；而反應時間<90 min時，CODCr去除率<40%，反應不充分。綜合考慮各因素的影響，選擇反應時間為90 min。色度的去除率隨反應時間的延長而升高，到105 min 達最大，此時去除率達85%左右，當反應時間>105 min 時，色度的去除率隨反應時間的增加而有所降低，這是由于反應時間延長導致出水中Fe3+也增多，色度增加。考慮到反應時間對CODCr的影響以及生化反應也會降低出水色度，所以選擇最佳反應時間為90min。
當廢水CODCr在2 500 mg/L 左右時，經過微電解和絮凝處理后，出水CODCr可降至1 500 mg/L 以下，B/C 可提高到0.42，大大提高了可生化性，為后續生化處理提供了保證。
2.2 生化處理實驗
2.2.1厭氧實驗
實驗考察了HRT 及溫度與CODCr去除率的關系。
（1）HRT 的影響。控制反應溫度在30 ℃，改變HRT，得到HRT 與CODCr去除率的關系，見圖4。
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從圖4 可知，HRT 對CODCr去除率影響較大。當HRT<8h 時，CODCr去除率隨HRT 增加而升高；當HRT＝8 h 時，CODCr去除率>70%； 而當HRT>8 h時，CODCr去除率變化不大。考慮到HRT 過長，實際工程上所需要的池容也需相應增加，結合實際的去除效果，厭氧反應的最佳水力停留時間應為8 h。
（2）溫度的影響。控制HRT=8 h，用水浴鍋調節反應溫度， 分別比較15、25、30 ℃時CODCr的去除率，結果見圖5。
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由圖5 可以看出，水溫對CODCr去除率的影響較大。當溫度為15 ℃時，厭氧反應器穩定運行后對CODCr的去除率只有40% 左右；當溫度上升到25 ℃并運行穩定后，對CODCr的去除率升至60%左右；當溫度升至30 ℃時，對CODCr的去除率基本上保持在70%左右。這說明溫度的提升大大增強了厭氧菌的活性，能夠達到提高CODCr去除率的目的。
2.2.2好氧實驗
圖6 反映了好氧反應器HRT 與CODCr去除率的關系。
從圖6 可以看出，CODCr的去除率隨著HRT 的增加而持續上升，最后穩定在55%以上。以出水水質達到《造紙工業水污染物排放標準》二級排放標準為參考，考慮實際工程池容大小，好氧反應器的最佳HRT 為7 h。
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3 結論
（1）鐵炭微電解—厭氧—好氧工藝處理制漿廢水，對CODCr和色度具有很好的處理效果。
（2）在最佳進水pH＝3，HRT＝90 min 時，鐵炭微電解對CODCr和色度的去除率分別達40%和80%以上，B/C 提高到0.42，可提高廢水的可生化性。
（3）在厭氧反應器最佳HRT 為8 h、溫度30 ℃，好氧反應器最佳HRT 為6 h 條件下，兩個反應器生化出水CODCr去除率分別穩定在70%和55%以上。
（4）當制漿廢水進水CODCr為2 500 mg/L、色度為300 倍時，經過微電解—厭氧—好氧工藝處理后，CODCr總去除率達90%、色度去除率在80%以上，出水CODCr<250 mg/L、色度在50 倍，達到《造紙工業水污染物排放標準》二級標準。
［參考文獻］
［1］胡麗娜，曹越，王東偉，等.混凝沉淀法－微電解法－生化法處理造紙廢水的試驗研究［J］.環境科學與管理，2009，34（7）：67－70.
［2］ Janda V，Vasek P， Bizova J，et al. Kinetic models for volatile chlorinated hydrocarbons removal by zero-valent iron ［J］. Chemosphere，2004，54（7）：917－925.
［3］Feitz A J，Joo S H，Guan J，et al. Oxidative transformation of contaminantsusingcolloidalzero- valentiron［J］.ColloidsandSurfacesA：Physicochemical and Engineering Aspects，2005， 265（1/2/3）：88－94.
［4］賴鵬，趙華章，王超，等.鐵炭微電解深度處理焦化廢水的研究［J］.環境工程學報，2007，1（3）：16-20.
［5］趙傳義.水解－好氧工藝處理草漿造紙廢水［J］.中國給水排水，2003，19（8）：86－87.
［6］馬邕文，吳嬌，萬金泉，等.廢紙造紙廢水的水解酸化處理［J］.中國造紙，2006，25（10）：22－24.
［作者簡介］潘碌亭（1964—），2001 年畢業于華南理工大學，副教授，工學博士，主要從事水污染控制技術研究。
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