内电解提高印染废水生物处理的研究(马红芳)

近年来，纺织产品的日益丰富，印染废水中难生化降解的物质日益增多，导致单纯的生化工艺对印染废水的处理效果越来越差[1]。SBR工艺能灵活方便地实现缺氧、厌氧、好氧条件的组合，使得SBR在难降解有机物处理中得以广泛应用，但单靠SBR生化工艺处理高浓度难降解印染废水还不能达标排放。本研究以SBR法为主体处理方法分别对SBR法、内电解-SBR法处理印染废水的降解效果、两种生化进水的可生化性、反应器内活性污泥的性能等方面进行了比较研究。

1 实验方法

1.1 废水水质

试验废水采用人工配制，包括活性染料（X-3B）红，X-GN橙）、直接染料 (枣红GB、耐晒B2-RL)还原染料(RSN兰、FFB绿)以及多种附料、助剂和表面活性剂等，废水的可生化性不高，水质见表1。

1.2 实验装置与方法

试验装置采用SBR反应装置，有效容积24L，反应器底部设置微孔曝气器，用空压机供气，上部设置多个排水口，可根据需要排出不同量的经处理并澄清后的上清液，下部设置排泥口。进水、曝气、沉淀、排水、闲置等运行程序为自动控制。内电解装置为一塑料容器，内装一定比例的铁屑和焦炭，充填率为30％。通过试验确定，SBR反应器操作程序为进水0.5h，曝气5h，沉淀l h，排水0.5h，闲置l h，8h一个周期，曝气采用限制曝气方式，污泥负荷为05kg[COD]／(kg[MLSS]·d)左右。　　　废水进入生化反应器时滴加稀盐酸调整pH值为7左右。内电解反应参数为铁炭质量比4：6，pH值为4，反应时间30min，预处理出水在进入生化反应器时，通过加药装置调pH为7左右，其它反应条件与SBR工艺相同。

1.3 试验分析方法

①可生化性m(CODB)／m(COD)代替m(BOD5)／m(COD)[2]。本试验采用在500mL三角瓶中注入一定比例的废水和活性污泥约200mL，废水与活性污泥的体积比为3：2.5，曝气充氧24h后，将混合液过滤，测定滤液的COD值，计算COD的去除量△COD即为CODB；

②总铁含量：EDTA滴定数法；

③色度：稀释倍数法。

2 试验结果

分别采用SBR法和内电解-SBR法对试验废水进行处理，结果如表2所示。

从表2可知，内电解-SBR工艺处理印染废水在COD和色度去除率上都明显高于SBR法。COD总去除率在85%左右，色度去除率接近90%。为了明确了解铁炭内电解对SBR生化工艺的强化影响，试验中进行了两种工艺情况下SBR进水的可生化性试验和SBR反应器内污泥的性能研究。

3 内电解对生化工艺的强化作用

3.1 对废水可生化性的影响

为了正确反映废水在内电解前后可生化的变化，本试验采用单位污泥的COD等负荷条件下的m(CODB)／m(COD)比值作指标。按照前述的CODB测定方法，分别测得几组反应前后m(CODB)／m(COD)值。试验结果如表3所示。

试验表明，废水经过内电解反应后，可生化性由原来的0.45～0.50提高到0.70～0.75。这是因为印染废水中的染料、大分子等物质经过内电解处理后，由于新生态物质Fe2+，H的氧化还原作用，一些不饱和键打开使发色基团破坏，硝基物转化成胺基物，大分子物质分解成小分子的中间体[3]，在发挥脱色作用的同时，使CODB值往往高于原水，改变了废水的可生化程度，为后续生化处理创造了有利条件。

3.2 对污泥性能的影响

3.2.1 污泥浓度与污泥负荷的比较

SBR工艺和内电解-SBR组合工艺各自稳定运行一段时间后，在相同的进水条件，即相似的容积负荷下，每隔一定的时间测定它们的污泥浓度，并诗算相应的污泥负荷，结果见图1、图2。

由图1、图2可知，在相同的进水条件下，内电解-SBR工艺生化反应器内污泥浓度超过SBR法的两倍，它承受的污泥负荷低于SBR法的1／2。污泥浓度的提高来源于铁絮体的生成及由于污泥结构、压实性能的变化而引起的单位体积内微生物数量的增多。在内电解预处理反应中，铁不断腐蚀形成Fe3+，在生化反应器内由于pH值的升高和微生物的吸附作用，促进了Pe(OH)3絮体的形成，同时，微生物絮体和Fe(OH)3絮体协同吸附，形成了絮体粗大，结构紧密呈团粒状的生物铁污泥，镜检分析得出，生物铁富集了微生物及有机物，使较多的微生物与较多的有机物(由于废水的可生化性提高，废水中的有机物更容易被微生物利用)得到充分的接触，具有较高的代谢活性，加速了微生物对有机物的降解作用，进而提高了处理效率。

3.2.2 污泥沉降性能比较

取等量的两种方法的污泥，装入1 000mL的量筒中，进行污泥沉淀试验。开始时轻轻地搅拌悬浮液，使混合均匀，然后开始静沉。在整个试验期间连续地观测固—液界面的位置，连续100min，试验结果见图3。

从图3可以看出，A点是曲线①即SBR工艺活性污泥沉降曲线的压实点，发生在开始沉降后第22min，B点是曲线②即内电解-SBR　艺活性污泥沉降曲线的压实点，发生在开始沉降后第17min，要比SBR工艺压实点提前5min，也就是说，相同量的活性污泥，内电解-SBR工艺要比SBR工艺沉降得快，这一点有利于提高对反应器的利用率。内电解-SBR法的沉降曲线始终在SBR法曲线的下方，又说明．了内电解-SBR法污泥的压实性能也优于SBR法，从而使SBR反应器内的污泥浓度大大提高。另外由30 min时的固—液面位置可分别求得两种工艺的污泥沉降比SV，SBR法的SV为28.5％，内电解-SBR法的SV为23％，明显低于SBR法，进一步说明了内电解-SBR工艺中活性污泥比重大，易于沉降，有利于在反应器内保持浓度较高和沉降性能较好的活性污泥，这对比重较小的印染废水污泥来说是很有利的。

3.2.3 对氧的利用率比较

在微生物的代谢过程中，需要将污水中的一部分有机物氧化分解，并自身氧化一部分细胞物质，为其新细胞的合成以及维持其生命活动提供能源，这两部分氧化所需要的氧量一般用下列公式表示[4]：

O2=a’Q(La-Le)+b’VXv　　　 (1)

式中：O2—曝气池混合液需氧量，mg[O2]/d;

a’—代谢每公斤COD所需氧量；

b’—污泥自身氧化需氧率，即每公斤污泥每天所需要的公斤数，d-1;

V—曝气池容积，m3；

XV—单位曝气池容积内的挥发性悬浮固体(MLVSS)量，kg/m3;

La—进水有机物浓度，mg／L；

Le—出水有机物浓度，mg／L。

公式可改写成：O2／[Q(La-Le)]=a’+b’XvV／[Q(La- Le)]=a’+b’／N’。

式中：O2／Q(La-Le)——去除每公斤COD所需氧量；

Ns’—污泥负荷率，kg[BOD5]／(kg[MLSS]·d)。

从公式中可以看出，如果污泥对氧的摄取能力一定即a’、b’一定时，当污泥负荷率低时，去除每公斤COD的需氧量就多，这是由于合成后的污泥量自身氧化比较多，较多的污泥本身呼吸需要较多的氧量。为此，本试验进行了两种工艺的活性污泥对氧的利用率比较。以Qair／Q(La- Le)表示去除每毫克COD所供的空气量，式中Qair表示每批提供的空气量(L／批)，Q表示每批处理的废水量(L／批)，(La-Le)表示每升水中去除的COD量(mg／L)，以去除每毫克COD所供的空气量为纵坐标，以SBR反应器内的溶解氧浓度为横坐标，绘出如图4所示的曲线。

由图4可见，SBR法相关直线的截距高于内电解-SBR法，这表明，当保持反应器内相同的溶解氧时，去除每毫克COD，组合工艺所需的供气量小于SBR法的供气量，也就是就，由于两种污泥的结构和性能不同，而导致a’，b’值不同，组合工艺中的生物铁污泥对氧的摄取能力或利用率要优于SBR法的污泥，尽管其中的污泥浓度是SBR的2倍多，COD去除率要比单独SBR法高出20％多，但对供氧的需求并不比单独SBR法多，这一点对好氧生物处理来说是非常重要的。

4 结论

①对比试验表明，内电解-SBR工艺处理印染废水效果优于单独的SBR法，COD和色度去除率分别达到85％和90％左右，内电解明显强化了SBR生化工艺的效果。　　

②废水经内电解处理后，提高了可生化性，而且内电解出水中的铁离子在生化反应池内，由于pH值的升高及曝气后生成的Fe(OH)3絮体与菌胶团有机结合后生成了比重较大、结构呈团粒状、沉降性能优良的生物铁絮体，使得反应器内能保持较高的污泥浓度，由于生物铁污泥吸附能力强，它富集了较多的微生物及有机物，有利于各种难降解有机物的分解。　　

③尽管组合工艺中的污泥浓度是SBR法的2倍，COD去除率比SBR法高出20％，但对氧气的需求并不比单独SBR法多，这证明组合工艺中强化的活性污泥对氧的利用率优于单独的SBR法。

参考文献：

[1]汪凯民，蕲志军．印染废水治理技术进展[J]．环境科学，1994，12(4)：62—62。

[2]刘永淞．BOD5的应用与污水可生化性的判别[J]．化工环保，1994，14(6)：372—375．　　　

[3]韩洪军，刘彦忠，杜冰．铁屑—炭粒法处理纺织印染废水 [J]．工业水处理，1997，17(6)：15—17．

[4]哈尔滨建筑工程学院．《排水工程》[M]．北京：中国建筑工业出版社，1999．

作者简介：马红芳(1969—)，女，山西运城人，合肥工业大学资源与环境工程学院硕士研究生。