堿減量廢水處理技術研究
摘要：印染廠排放的堿減量廢水，CODcr和堿含量很高。利用 工業 廢酸、廢鐵屑和電石渣， 研究 了印染堿減量廢水處理新工藝，對酸析PH點、鐵炭反應時間、生物膜法SBR和活性污泥SBR處理效果進行了探討，結果表明：在酸析點PH 3～4 時，CODcr去除率大于72%;鐵碳反應時間20～30min, COD去除率大于62%;生物膜法SBR 工藝的處理效果比活性污泥法SBR工藝好。
關鍵詞：印染 廢水 堿減量 生物膜
Study of Treatment Technology for Wastewater from Alkali-Decrement
Abstract: The CODcr and alkali content in the wastewater discharged from printing and dyEing mills are very high.A new process was tested for the treatment of the wastewater from alkali-decrement in a printing and dyEIng mill using industrial spent acid,scrap iron and carbide slag.The pH value range of acid eduction,the iron-carbon reaction time and the results of the treament using biological membrane SBR(sequencing batch reactor)process and activated sludge SBR process were studied.The results showed that the CODcr removal rate exceeded 72% when the PH value range of acid eduction was 3～4;the CODcr removal rate exceeded 62% when the iron-carbon reaction time was 20～30min;the treatment result by biological membrane SBR process was better than the result by activated sludge SBR process.
Key words: printing dyeing;wastewater;alkali decrement;wastewater treatment;biological membrane
化纖印染廠生產排放印花染色廢水和堿減量生產廢水。滌綸仿真絲纖維在高溫、高堿度條件下被減量，PTA溶入堿液中。堿減量廢水中CODcr和堿含量極高，給廢水處理增加難度[1][2]。本文提出一種 應用 工業廢料的堿減量廢水處理新技術，實驗研究表明有效、可靠、廉價，適合印染堿減量廢水處理。
1 實驗工藝
實驗工藝流程如圖1所示。
取鑄鐵屑，用5%鹽酸浸泡清洗，加1%JHH活化劑溶液浸泡6h后，裝入微電解柱待用。SBR槽各投加活性污泥2L，其中2槽懸掛30%軟性填料，污泥馴化2周，周期COD去除率約80%～85%，待用。
2 靜態實驗結果和討論
2.1 酸析靜態試驗
水質：堿減量廢水，No.1:NaOH 2.4%,COD 8854mg/L,BOD5 1845mg/L, SS 350 mg/L;No.2:pH 14,COD 6524 mg/L,BOD5 1283 mg/L, SS 136mg/L。
| 堿減量廢水實驗PH | 12 | 10 | 8 | 6 | 4 | 3 | 2 | 1 | |
| No.1廢水 | COD/(mg.L-1) | 8765 | 8271 | 8135 | 7878 | 3377 | 1684 | 1534 | 1454 |
| BOD5/COD | 0.21 | 0.21 | 0.22 | 0.24 | 0.26 | 0.34 | 0.36 | 0.35 | |
| SS/(mg.L-1) | 235 | 478 | 554 | 658 | 457 | 145 | 254 | 387 | |
| No.2廢水 | COD/(mg.L-1) | 6218 | 6149 | 5672 | 5132 | 2984 | 1246 | 1114 | 1064 |
| BOD5/COD | 0.22 | 0.23 | 0.26 | 0.26 | 0.29 | 0.31 | 0.32 | 0.33 | |
| SS/(mg.L-1 | 354 | 354 | 489 | 562 | 396 | 231 | 235 | 356 | |
利用染料化工廠65%廢酸，調節堿減量廢水PH。表1結果顯示，加酸量越大，PTA去除越多。酸析點PH<3時，COD去除率>80%，BOD5/COD>0.30,SS也明顯降低。
2.2 微電解靜態實驗[3]
2.2.1 PH對鐵耗和BOD5/COD的影響
按pH值為1、2、3、4、5制備堿減量廢水酸析沉淀上清液2L。在微電解柱加入1.5L已活化鑄鐵屑，微電解反應0.5h 。實驗反應條件：出柱廢水①：微電解柱靜止;出柱廢水②：微電解柱置于振蕩器上;出柱廢水③：微電解柱靜止，通空氣10mL/(cm2.min);出柱廢水④：微電解柱1.5L鑄鐵屑中均勻添加10%Φ 0.5～Φ1mm焦炭并置于振蕩器上。微電解處理后堿減量廢水測定總鐵，用電石渣中和至PH9，充分攪拌0.5h，靜沉1h，取上清液測定BOD5、COD。實驗結果見表2。
| 進柱廢水PH | 5 | 4 | 3 | 2 | 1 | |
| 進柱廢水BOD5/COD | 0.18 | 0.21 | 0.20 | 0.21 | 0.23 | |
| 出柱廢水1 | PH | 5.5 | 4.5 | 3.8 | 2.6 | 1.4 |
| 總鐵/（mg.L-1) | 305 | 463 | 754 | 1065 | 3932 | |
| COD去除率/% | 28 | 31 | 60 | 64 | 73 | |
| BOD5/COD | 0.35 | 0.42 | 0.46 | 0.51 | 0.58 | |
| 出柱廢水2 | PH | 5.4 | 4.6 | 4.1 | 2.9 | 1.7 |
| 總鐵/（mg.L-1) | 547 | 652 | 1589 | 2648 | 4553 | |
| COD去除率/% | 32 | 51 | 65 | 73 | 78 | |
| BOD5/COD | 0.51 | 0.48 | 0.49 | 0.52 | 0.51 | |
| 出柱廢水3 | PH | 5.6 | 4.7 | 3.9 | 2.8 | 1.7 |
| 總鐵/（mg.L-1) | 536 | 706 | 1830 | 2365 | 3985 | |
| COD去除率/% | 35 | 53 | 66 | 68 | 81 | |
| BOD5/COD | 0.42 | 0.49 | 0.52 | 0.43 | 0.53 | |
| 出柱廢水4 | PH | 5.5 | 4.5 | 3.9 | 2.9 | 1.7 |
| 總鐵/（mg.L-1) | 536 | 560 | 1378 | 2312 | 4011 | |
| COD去除率/% | 36 | 45 | 63 | 71 | 73 | |
| BOD5/COD | 0.43 | 0.48 | 0.46 | 0.50 | 0.52 | |
鑄鐵屑中含有鐵和炭，在酸性溶液存在條件下，形成一個個以鐵為陽極、炭為陰極的微原電池，產生如下電極反應：
陽極Fe-2e→Fe2+ E0+(Fe2+/Fe)=-0.44V
陰極2H+2e→2[H]→H2↑ E0(H+/H2)=0V
Fe2+在堿減量廢水中將被作為混凝劑使用。OH-是一種羥基自由基，可氧化多種有機物。PH影響微電解的電極反應速度和電極反應產物生成。電極反應進行使OH-大量增加，導致PH上升。當PH升高1.5左右后，其上升速度趨緩。
不同條件對微電解廢水總鐵影響較大。其中高頻率振蕩時改善電極表面條件最為有利，氧化還原反應得到加速，鐵離子進入溶液速度加快。曝氣充氧條件下，氧的大量加入并未對電極反應明顯加速。OH-的增加也沒有對BOD5/COD產生推動作用。當微電解柱加入10%焦炭時，其處理效果也沒有提高。
分析 實驗結果數據發現，只要出柱廢水pH提高0.6以上，總鐵在652mg/L以上，就可保證COD去除率>5.5%。
2.2.2 反應時間對鐵耗、BOD5/COD和混凝效果的影響
備已酸析堿減量廢水6L(pH3,COD4 846mg/L,BOD5/COD 0.25)，加入微電解柱作HRT實驗。測定微電解柱出柱堿減量廢水總鐵，用電石渣調節至pH9后,測定上清液的BOD5/COD。再取微電解柱排出堿減量廢水，以10%比例加至印染廢水(pH7.6，COD1358mg/L,BOD5/COD 0.02,，色度800倍)中，加電石渣調至PH8.5，測定微電解柱出柱堿減量廢水的混凝效果，實驗結果如表3。
實驗發現，當HRT>40min時，COD去除率大于62%，色度去除率大于80%，BOD5/COD有很大提高。利用鑄鐵屑微電解產生Fe2+，在每噸堿減量廢水加1～3kg廢鐵屑，水量占10%時可產生理想混凝效果，費用約0.07～0.21元/t印染廢水。
3 SBR對比實驗
對堿減量廢水的 研究 ，重點進行了活性污泥和生物膜法兩種SBR工藝比較。HRT分配研究中，使用圖2所示SBR時序。每次實驗加入混凝沉淀后印染廢水6L(PH7.8，COD1685mg/L,BOD5 339mg/L,色度240倍。實驗結果見圖3、圖4、表4。
| 時序Ⅰ | 時序Ⅱ | 時序Ⅲ | 時序Ⅳ | |
| 生物膜法 SBR | 16/177 | 18/109 | 15/93 | 10/185 |
| 活性污泥 SBR | 21/158 | 20/136 | 16/124 | 11/215 |
圖2時序Ⅰ為典型的“兼氧—好氧”處理工藝，通過6h兼氧段、7h好氧段使COD達標去除。時序Ⅱ采用“兼氧1-好氧1-兼氧2-好氧2”工藝，其COD去除率比時序Ⅰ高。時序Ⅲ的COD去除率最高。對照時序Ⅳ，COD降解曲線雖呈現陡峭狀，但是長達13h的好氧只能使COD降到185～215mg/L，BOD510～11mg/L。對照圖4、圖5，兩種SBR工藝的生化降解趨勢大致一致，膜SBR的降解能力優于泥SBR。
考驗SBR的耐沖擊負荷能力，實驗結果見圖5。泥SBR槽加入堿減量廢水后，COD曲線為一直線，說明活性污泥呈不可逆轉死亡。膜SBR槽在曝氣6天后，COD曲線微微下傾，8天后COD降至148mg/L。說明附著型活性污泥的耐沖擊負荷能力大于懸浮型活性污泥。
4 動態試驗
4.1 微電解柱連續運行動態實驗
在微電解柱中投加鑄鐵屑1.5L，以HRT 0.5h，0.2L/h流量連續運行1個周期后，用JHH活化劑活化鑄鐵屑，每2天增添鑄鐵屑。測定堿減量廢水出柱廢水參數見表5。進柱廢水：pH 3.2,COD 1567mg/L。
| 時間 | 第2天 | 第4天 | 第6天 | 第8天 | 第10天 | |||||
| 數據 | COD去除率/% |
總鐵 /（mg.L-1) |
COD去除率/% | 總鐵/（mg.L-1) | COD去除率/% | 總鐵/（mg.L-1) | COD去除率/% | 總鐵/（mg.L-1) | COD去除率/% | 總鐵/（mg.L-1) |
| 周期1 | 82 | 806 | 79 | 736 | 73 | 802 | 72 | 786 | 76 | 811 |
| 周期2 | 65 | 653 | 68 | 702 | 71 | 658 | 65 | 657 | 72 | 735 |
| 周期3 | 64 | 725 | 65 | 698 | 68 | 712 | 71 | 721 | 69 | 681 |
動態試驗中，在保持進柱廢水PH3.2條件下，周期運行中處理效率基本均衡，鑄鐵屑表觀晶亮，疏松。觀察出柱廢水發現，水中有少量焦炭粉末懸浮，應是鑄鐵屑中析出，其量為6～16mg/L，中和后焦炭末與亞鐵絮體混合不能分離。3個周期連續實驗表明，在保持一定運行條件下，微電解柱可以保證正常運行，未出現鈍化、堵塞、處理效率下降 問題 。COD去除率64%～82%;總鐵量653～811mg/L。
4.2 堿減量廢水動態實驗
當堿減量廢水0.2L/h，印染廢水1.8L/h流量作動態連續運行時，整個工藝流程的控制點可靈活調整。表5示出關鍵工藝參數控制于不同控制點時的運行結果。堿減量廢水原水參數：NaOH0.84%，COD7884mg/L，BOD5 1452mg/L,SS 256mg/L。SBR時序見圖6，時序編號同圖2。
| 酸析控制點PH | 4 | 3 | 1 | |||||||||
| 微電解柱反應時間/min | 10 | 20 | 30 | 10 | 20 | 30 | 10 | 20 | 30 | |||
| 堿減量廢水 | PH | 4.3 | 4.5 | 5.1 | 3.6 | 3.7 | 3.9 | 2.4 | 2.6 | 2.7 | ||
| 總鐵/（mg.L-1) | 427 | 530 | 675 | 655 | 728 | 936 | 645 | 839 | 1251 | |||
| 印染混合廢水 | 混凝沉淀出水 | PH | 8.7 | 8.6 | 8.5 | 8.4 | 8.9 | 9.0 | 8.1 | 8.4 | 8.5 | |
| COD/(mg.L-1) | 878 | 725 | 711 | 812 | 739 | 732 | 754 | 732 | 706 | |||
| BOD5/(mg.L-1) | 272 | 235 | 217 | 260 | 256 | 253 | 246 | 266 | 244 | |||
| 色度/倍 | 360 | 240 | 200 | 240 | 200 | 160 | 200 | 100 | 100 | |||
| 生物膜法 | PH | 7.2 | 7.0. | 7.1 | 7.1 | 6.9 | 7.2 | 6.8 | 7.2 | 7.3 | ||
| COD/(mg.L-1) | 125 | 134 | 126 | 118 | 108 | 97 | 109 | 101 | 84 | |||
| BOD5/(mg.L-1) | 24 | 18 | 22 | 14 | 11 | 19 | ||||||
| 色度/倍 | 120 | 80 | 80 | 100 | 80 | 60 | 100 | 60 | 60 | |||
| 活性污泥BSR | PH | 6.9 | 6.8 | 7.0 | 6.9 | 7.1 | 7.3 | 7.1 | 7.1 | 7.2 | ||
| COD/(mg.L-1) | 158 | 164 | 151 | 139 | 184 | 153 | 162 | 125 | 128 | |||
| BOD5/(mg.L-1) | 23 | 21 | 20 | 13 | 15 | 15 | ||||||
| 色度/倍 | 160 | 120 | 120 | 120 | 120 | 120 | 100 | 120 | 120 | |||
表6數據顯示，膜SBR出水COD低于泥SBR約26%。堿減量廢水酸析點PH在2、3、4時，對于SBR出水并無特別 影響 ，只對總鐵和前段處理效果有影響，考慮到鐵耗和管理，可選擇酸析點PH3～4和微電解反應時間20～30min。
5 結論
① 印染堿減量廢水經廢酸酸析后，在酸析點pH3～4可使COD去除率大于72%，BOD5/COD提升到0.3以上。
② 酸析處理的堿減量廢水去除了PTA和部分COD，進微電解柱作20～30min鐵碳反應，出柱廢水可作為混凝劑對其他印染廢水作混凝處理，色度去除率大于80%，COD去除率大于62%。
③ 生物膜法SBR工藝具有比活性污泥SBR更佳的處理效果，采用“好氧1-兼氧-好氧2”運行時序，可實現堿減量廢水的達標處理。
參考 文獻 ：
[1]王國慶.仿真絲生產中堿減量及染整廢水的治理[J].環境保護，1998，(2)：21～23.
[2]全國紅.印染廢水的處理和綜合利用技術[J].給水排水，2000，(2)：40～42.
[3]趙永才.微電解法脫除水溶性染料廢水色度的研究[J].環境污染與防治，1994，(1)：18～21.
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