粘胶纤维废水的铁碳微电解/SBR 处理工艺

谭玉龙，张学富，郭丽娜

(1. 浙江东发环保工程有限公司，浙江杭州，311203;2. 安徽工业大学建筑工程学院，安徽马鞍山，243002)

在苏北某工业园区粘胶纤维的生产中，有一小部分水是二硫化碳回收浆液废水，具有高色度且可生化性极低的特点。目前园区内污水处理厂对该废水采用与生活污水混合后，再进行絮凝沉淀和生化法处理，因废水可生化性低且成分复杂，并含有对微生物有毒、不易降解的有机污染物，出水水质不稳定，达标排放较难。在絮凝沉淀工艺段需投加大量石灰，不仅人工劳动强度大，且存在石灰扬尘严重影响周边环境的问题，厂区运行及管理上存在风险，急需通过废水治理工艺方式的改进来解决上述问题。

铁碳微电解又称内电解法，它是利用金属的腐蚀原理形成原电池对废水进行处理的工艺，现已有人用铁碳装置对造纸废水(中段)、漂染废水等进行了预处理研究，取得了一定效果［1-5］。在使用铁碳微电解的装置时，为防止铁屑填料表面的结块、沟流及铁屑钝化现象，有学者设计了动态铁屑微处理装置(转动或曝气)，利用铁屑之间的摩擦以减小填料的结块及沟流现象，并能有效防止铁屑表面的电极钝化［6，7］。本研究拟采用底部曝气铁碳微电解装置对粘胶纤维废水进行预处理，以提高其可生化性，预处理出水再经SBR 工艺，以求出水稳定达标排放。试验分析了不同条件对处理效果的影响，并给出了最佳值。

1 试验部分

1.1 原水水质

取江苏某工业园区内粘胶纤维生产废水，主要是磺化、皂化等工艺段的酸性废水。其水质如下:CODCr为625 mg/L，BOD5为69 mg/L，B/C 为0.11，pH为2.1，外观呈深褐色(偏黑)，色度300 ～400 倍。

1.2 试验装置及工艺说明

设计一个铁碳微电解/SBR 组合工艺装置对粘胶纤维废水进行处理试验，如图1 所示。

图1 铁碳微电解/SBR 工艺组合试验装置示意图Fig.1 Experimental Device of Iron-Carbon Micro-Electrolysis/SBR Process

铁碳微电解装置主体为200(直径)mm ×900(高)mm 的有机玻璃筒，筒内装有不同比例的铁碳填料，筒内底部有微孔曝气管，曝气管与填料之间用材质316L 的穿孔不锈钢薄板支撑与隔离。其中，有机玻璃筒填料部分的有效可利用最大高度为500 mm(具体填料高度和总重量随铁碳比的不同而变化)。铁屑来自某铸铁厂废铁屑，经筛分取粒径为6 ～8 mm 的个体，先经碱液浸泡除油，再经稀酸浸泡除去表面氧化层，蒸馏水洗净后待用。活性炭为市售颗粒活性炭，粒径为4 ～6 mm。经铁碳微电解装置预处理后的出水自流进入SBR 工艺池，经曝气鼓风机和管路实现对SBR 池内的微生物增氧搅拌(试验中控制池内溶解氧为2 ～3 mg/L)。SBR 池靠近产水段底部装有污泥回流管路和污泥泵，以按需实现活性污泥的筛选和控制。在原水池上设有加碱调节口，以控制水中pH 满足试验要求。

1.3 分析仪器和药剂

5B-3C 型(V8)COD 测定仪;FTC90 型BOD 测定仪;PHS-3B 型pH 计测定仪;AR2140 型分析天平;烧杯、试管、移液管、漏斗、锥形瓶等玻璃仪器。

30%盐酸(AR)、NaOH(AR)、98%硫酸(AR)等，上海化学试剂公司生产。

2 结果与讨论

2.1 不同pH 对出水可生化性的影响

设计反应时间为45 min，铁碳比为4 ∶1(铁碳投加量分别为20、5 g/L)，在原水pH 为2.1 下通过加盐酸或氢氧化钠调节进水pH，研究其对出水可生化性的影响，结果如图2 所示。

图2 不同进水pH 对出水可生化性的影响Fig.2 Effect of pH on Biodegradability of Effluent

由图2 可知在进水pH 为3.5 时，出水的可生化性(以B/C 表示)为最大0.33。当进水pH 为1 ～3时，出水的可生化性快速升高;当进水pH 为3.5 ～7时，出水B/C 在0.29 ～0. 31 出现波动，但变化不大。以上说明pH 对出水的可生化性改善较敏感，可能是因为铁碳颗粒组对形成的微电解反应，一方面对废水中的部分难生化降解有机物进行了氧化，使其变为可生化降解的小分子有机物;另一方面，铁碳颗粒形成的微电解组对能在反应中产生碱性物质［8］，与废水中的酸性物质起到中和降解作用，进一步促进微电解反应的进行。试验中发现较低的pH 有利于COD 的去除，但在表观上并不能提高废水的B/C。从考察pH 对废水可生化性的影响目的上来看，pH 为3.5 是单因素试验的最佳条件。

2.2 不同铁碳比对出水可生化性的影响

取铁屑(5、5、10、15、20、25、30 g/L)和活性炭(10、5、5、5、5、5、5 g/L)，设计不同的铁碳比(质量比)，加氢氧化钠调节原水pH 为3.5，反应时间为45 min，研究铁碳比对出水可生化性的影响，结果如图3 所示。

图3 不同铁碳比对出水可生化性的影响Fig.3 Effect of Fe/C on Biodegradability of Effluent

由图3 可知随着铁碳比1 ∶2至4 ∶1的逐渐升高，预处理出水的可生化性(B/C)也在增大，铁碳比为4 ∶1时的B/C 最大为0.315。在粘胶纤维废水中含有大量的难降解大分子有机物，经铁碳微电解装置后，可能是铁碳微电池所电离出的高活性原子对废水中的长链分子进行了有效“切断”作用，使长链高分子有机物转化成了短链有机物，这对提高废水的可生化性起到了根本作用。由图3 中还可知随着铁碳比的增大(4 ∶1以后)，废水可生化性的提高趋势并不明显，在铁碳比为4 ∶1及以上时，可生化性最高也只有0.31。这可能是因为在铁屑过量时，多余的铁屑不仅没与碳形成原电池，还覆盖了部分铁碳微电池组，造成了整体效率的下降。

2.3 反应时间对出水可生化性的影响

在铁碳比为4 ∶1(质量比)，加氢氧化钠调节进水pH 为3.5 时，考察不同反应时间对出水可生化性的影响，结果如图4 所示。

图4 不同反应时间对出水可生化性的影响Fig.4 Effect of Reaction Time on Biodegradability of Effluent

由图4 可知当反应时间为10 min 时，废水的可生化性已提高到0.191;当反应时间为30 min 时，已接近最大值0.32。出水CODCr降低或出水BOD5升高，都可以表观实现废水可生化性(B/C)的提高。由图4 知反应时间大于30 min 后，出水的可生化性有波动但变化不大，这可能是因为废水中的部分易于氧化降解的物质(以BOD5表示)在铁碳微电解装置内得到了去除，同时水中的CODCr也在不断变化。综合上述分析得到30 min 为最佳反应时间。

2.4 铁碳微电解/SBR 法组合试验

铁碳微电解装置中取铁碳比为4 ∶1(质量比)，反应时间为30 min，进水CODCr为625 mg/L，BOD5为69 mg/L，色度为350 倍，加氢氧化钠调节进水pH为3.5，反应期间SBR 工艺池保持水中溶解氧为2 ～3 mg/L，控制池内污泥浓度约4 500 mg/L。按如下程序进行控制，进水2 h、曝气7 h、沉淀0.5 h、滗水2 h、闲置0.5 h，全周期共12 h。铁碳装置的出水，加氢氧化钠调节pH 为8 ～9 后，再进入SBR 工艺池。

2.5 试验结果与分析

分别按上述设定条件，用铁碳微电解和SBR 组合工艺对粘胶纤维废水进行了综合处理，共进行了6 组试验，数据记录如表1 所示。

表1 铁碳微电解/SBR 法处理粘胶纤维废水出水Tab.1 Viscose fiber Wastewater by Iron-Carbon Micro-Electrolysis/SBR Process

由表1 可知全部6 组试验中各对应出水指标都达到了一级标准(GB 8978—1996)，且趋于稳定。综合来看，COD 的平均去除率为88%、色度平均去除率为84.9%。其中出水COD 去除率最高的是第4 组(88.6%)，但各组相差不大，都达到了86%以上;出水色度去除率最高的是第5 组，达88. 6%。第5 组以后试验出水的各项去除率高且稳定，这可能是因为SBR 池内活性污泥经一段时间的连续运行后，污泥性状较好且菌胶团稳定，对粘胶纤维废水的耐受降解能力增强。在试验期间，铁碳装置因底部曝气的存在，对铁碳填料起到了很好的微动混合作用，有效减缓了常见的填料钝化或沟流现象。

此外，经SBR 池生化后出水pH 在6.8 ～7.3，不需再进行调节。在铁碳微电解和SBR 工艺反应中通过增加氢氧化钠来调节废水的pH，一定程度上增加了废水中的盐度，这也可能影响到了生化处理的效果。

3 结论

(1)铁碳微电解处理粘胶纤维废水的最佳条件:pH 为3.5、铁碳比为4 ∶1、反应时间为30 min，经处理后的粘胶纤维废水可生化性提高到0. 3以上。

(2)用铁碳微电解/SBR 法处理粘胶纤维废水，出水COD 和色度平均去除率分别可达88%、84.9%，且连续运行比较稳定。

(3)采用铁碳微电解串接SBR 工艺处理粘胶纤维废水，不仅可行并避免了传统工艺上大量消石灰的使用，改善了劳动环境，且填料中的铁屑使用的是工厂废料，可以节省工程投资费用。

［1］潘志彦，陈朝霞，王泉源，等. 制药业水污染防治技术研究进展［J］.水处理技术，2004，30(2):67-70.

［2］李雯，王三反，孙震，等.铁碳微电解预处理化工有机废水研究［J］.净水技术，2008，27(5):53-55.

［3］吴小宁，姚秉华，龚浩珍.铁碳内电解前置处理染料废水的试验［J］. 西安文理学院学报(自然科学版)，2006，13(1):38-40.

［4］彭书传，张雁，刘国栋，等.铁炭微电解-MAP 沉淀法联合预处理垃圾渗滤液［J］.环境工程学报，2010，4(5):979-982.

［5］David W.B.. In situ remediation of Cr (Ⅵ)contaminated ground water using permeable reactive walls:Laboratory studies［J］.Environ. Sci. ＆ Technol.，1997，31(23):3348-3357.

［6］姚培正，岳贝贝，常晓昕，等.铁屑-活性炭内电解法处理废水研究［J］.环境科学研究，1994，7(3):60-63.

［7］陈茂荣，孙家寿，李文荣，等.铁炭微电解-光催化氧化处理医药废水［J］.非金属矿，2010，33(3):77-80.

［8］Cheng I. F.，Muftikian R.，Fernando Q.，et al. Reduction of nitrate to ammonia by zero-valent iron［J］. Chemosphere，1997，35(11):2689-2695.