化工染料廢水處理技術
浙江某集團產生的染料廢水成分復雜、難降解有機物多、濃度高、色度高、酸度大、可生化性差,采用傳統的物理、化學和生物法對其進行處理難以達到排放標準的要求,需對其進行預處理。鐵炭微電解技術可利用廢鐵屑和活性炭作為原料,不需要消耗電力資源,具有“以廢治廢”的意義,通常被認為是有效、廉價、綠色的預處理技術。該技術集鐵氧化還原、炭吸附、微電池的電化學氧化還原、混凝沉淀等作用于一體,從而達到脫色、去除有機物、改善廢水的可生化性的目的。但是,常規的鐵炭床易板結,使處理效果下降。因此,本研究采用移動式微電解技術對浙江某集團產生的染料廢水進行處理,考察了該技術的預處理效果。
1試驗部分
1.1廢水水質
試驗廢水為浙江某集團產生的染料廢水,其水質:pH為2～3,COD為2000～10000mg/L,SS為200～400mg/L,B/C為0.05～0.1,色度為5000~7500倍,廢水呈紅棕色,有刺激性氣味。
1.2試驗裝置
試驗裝置示意如圖1所示。鐵炭微電解反應裝置由直徑為18cm、高為60cm的PVC管制成,內裝填取自于該公司切屑車間的鐵屑和炭粒。鐵屑在使用前需先用質量分數為5%的NaOH溶液浸泡15min,用清水沖洗干凈后,再用質量分數為5%的HCl溶液浸泡15min,以去除表面油污。活性炭由太原市活性炭廠提供,其粒徑為2mm左右,混裝前用待處理水浸泡至吸附飽和。為了防止因長時間運行鐵屑板結,將鐵炭進行連續移動循環處理。
圖1移動式微電解系統示意
1.3分析測試
COD采用重鉻酸鉀法進行測定；BOD5采用稀釋接種法進行測定；色度采用稀釋倍數法進行測定。
2結果與討論
2.1鐵炭比的影響
控制進水COD為2000mg/L,調節pH為3.0,在停留時間為30min,不曝氣的條件下,考察了鐵炭比（體積比,下同）對處理效果的影響,結果如表1所示。
表1鐵炭比對處理效果的影響
由表1可知,當鐵炭比為1∶1時,COD、色度去除率及B/C的提高率均達到最大,鐵炭比過大或過小,COD、色度去除率及B/C的提高率均下降,這可能是由于鐵炭比過大,活性炭含量減少,造成形成的原電池數量減少,使氧化還原反應降低,進而導致處理效果降低；鐵炭比過小,鐵含量減少,同樣造成形成的原電池數量減少,導致處理效果降低。因此在后續試驗研究中鐵炭比確定為1∶1。
2.2pH的影響
在進水COD為2000mg/L,鐵炭比為1∶1,停留時間為30min,不曝氣的條件下,考察了pH對處理效果的影響,結果見表2。
由表2可知,當pH＜3.0時,隨著pH的減小,COD、色度去除率變化不大,但B/C提高率卻降低很明顯。這可能是因為盡管酸性越強,電極的電勢越高,原電池的電動勢越大,反應越易進行,但由于原水中易降解的有機物含量一定,使得COD和色度變化不大。另外,酸性過強,會產生大量的鐵離子,使得處理水含鹽量增大,降低了處理水的可生化性。當pH＞3.0時,隨著pH的增大,COD、色度去除率及B/C提高率都有較大幅度的降低,且B/C提高率的降低更明顯,這可能是由于隨著溶液堿性的增加,微電解反應變慢,即有機物的降解變慢,導致處理效果下降。
表2pH對處理效果的影響
2.3停留時間的影響
控制進水COD為2000mg/L,調節pH為3.0,在鐵炭比為1∶1,不曝氣的條件下,考察了停留時間對處理效果的影響,結果如表3所示。
表3水力停留時間對處理效果的影響
由表3可知,酸性條件下,隨著染料廢水在反應器中停留時間的延長,COD、色度去除率增大,當停留時間達到30min時,COD去除率可達到45%左右,而色度則可幾乎完全去除。當停留時間＜30min時,B/C提高率隨著停留時間的延長而增大。這可能是由于隨著反應時間的增加,會有更多難生物降解的大分子染料被氧化還原為易降解的有機小分子所致。但由于原水中難降解有機物含量一定,因此當停留時間增大到一定值后,繼續增加停留時間,處理效果幾乎不變。且停留時間過長,設備的利用率會降低。因此,本試驗將停留時間控制在30min左右。
2.4曝氣的影響
控制進水COD為2000mg/L,調節pH為3.0,在鐵炭比為1∶1,停留時間為30min的條件下,考察了曝氣（10L/min）對處理效果的影響,結果見表4。
表4曝氣對處理效果的影響
由表4可知,向反應器中通入一定的空氣后,COD、色度去除率和B/C提高率均有所提高。微電解反應過程H＋在活性炭上還原產生新生態的H·,在氧存在的情況下,O2在活性炭上還原產生新生態的·OH,H·和·OH都能與染料發生強烈的氧化還原反應,破壞大分子染料結構,達到去除COD和色度的目的,且可將難生物降解的染料氧化還原成生物易降解的小分子有機物；同時,鐵反應產生的Fe2+對活性炭上產生的H·和·OH等自由基起催化氧化的作用,即形成Fenton氧化效應。由于·OH的存在,曝氣條件下的處理效果要好于不曝氣的情況。
2.5運行穩定性
控制進水COD為2000mg/L,調節pH為3.0,在鐵炭比為1∶1,停留時間為30min,曝氣（10L/min）的條件下,連續運行40d,對比考察了固定床微電解反應器和移動床微電解反應器的運行穩定性,結果如圖2所示。
圖2工藝連續運行穩定性
由圖2可以看出,固定床微電解反應器運行5d后,處理效果顯著降低。而移動床式微電解反應器能連續運行40d,且COD、色度去除率及B/C提高率幾乎沒有發生變化,COD去除率穩定在40%～45%,色度去除率穩定在99%以上,同時廢水的可生化性得到顯著改善,表明該工藝處理染料廢水較穩定。
3結論
研究結果表明,移動式鐵炭微電解技術對染料廢水具有很好的預處理效果,將運行條件控制在適宜的條件下,廢水的可生化性能提高4倍以上,即B/C從原來的0.05～0.1可提高到0.35～0.5,預處理后的廢水完全可以進行后續的生物處理。同時,該技術在染料廢水處理中表現出了顯著的脫色和較好的有機物去除功能,其色度能從6000倍左右降到500倍以下,COD可從2000mg/L降到1100mg/L以下。該技術可應用于大部分含高有機物、高色度和難降解有機工業廢水的預處理。
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