混凝沉淀/电催化/两相厌氧/生物接触氧化工艺处理染料废水

王军

（安徽省环境科学研究院，安徽 合肥 230061）

混凝沉淀/电催化/两相厌氧/生物接触氧化工艺处理染料废水

王军

（安徽省环境科学研究院，安徽 合肥 230061）

介绍采用混凝沉淀/电催化/两相厌氧/生物接触氧化处理染料废水的工程实例.运行结果表明，当进水COD、色度、苯胺的浓度分别为14000mg/L、20000倍、120mg/L时，出水相应指标的浓度分别为65mg/L、20倍、0.46mg/L，可达到国家《纺织染整工业水污染物排放标准》（GB4287-92）Ⅰ级标准.

染料废水；混凝沉淀；电催化；两相厌氧；生物接触氧化

染料废水有机物浓度高、色度高、盐分高、生物可降解性差，属于典型难降解、污染重的工业废水[1-3].采用单一的物理化学方法或传统的好氧生物工艺处理，COD和色度很难达到排放要求[4].加上由于染料生产种类多，并朝着抗光解、抗药物、抗生物氧化的方向发展，从而使其染料废水的处理难度日趋加大，单单依靠常规处理工艺很难达到理想处理效果[5-6].本文介绍采用“混凝沉淀/电催化/两相厌氧/生物接触氧化”工艺处理染料废水的工程实例.

1 工程概况

该企业废水主要为染料及中间体生产废水，设计进水水质及排放标准见表1，排放标准执行《纺织染整工业水污染物排放标准》（GB4287-92）Ⅰ级标准.

表1 设计进水水质及排放标准

2 废水处理流程

2.1 工艺流程

工艺流程见图1.

图1 废水处理工艺流程

废水经格栅去除绝大部分悬浮颗粒物后进入水质、水量调节池，然后进入调节池末端的中和池，通过投加Ca(OH)2调节pH值.中和池出水提升进入混凝沉淀池，去除废水水中含量较高的SS和部分色度.沉淀池出水进入电催化反应器，电化学催化氧化系统主要包括电源、硅整流、电氧化反应器、废气处理等组成部分，破坏废水中有机物的分子结构.其出水中含有一定的絮体，加入絮凝剂进入絮凝沉淀池，用以沉淀电催化产生的部分有机物.出水进行提升进入两相厌氧系统，两相厌氧系统是有水解酸化池和UASB反应器组成，进一步去除废水中的有机物，改善废水的可生化性两相厌氧系统出水进入生物接触池进行好氧生物处理，降低废水的COD和BOD，其出水在二沉池内进行泥水分离，出水进行人工湿地处理，实现达标排放.沉淀池污泥部分回流至水解酸化池或生物接触氧化池，剩余污泥进入污泥浓缩池，浓缩后污泥经板框压滤机压滤后外运填埋.

2.2 工艺特点

2.2.1 有选择的将一些废水混合，利用它们自身的特点，进行中和与反应，尽可能减少加药量，同时通过反应产生沉淀或浮渣，去除部分有机物和使部分无机盐结晶析出.

2.2.2 电化学催化氧化系统主要包括电源、硅整流、电氧化反应器、废气处理等组成部分.电极在电化学处理技术中处于“心脏”的地位，电极材料为钛和石墨电极，电化学氧化塔外部材料为碳钢、防腐采用环氧树脂防腐.利用电化学催化氧化系统能改变难生物降解化合物的结构，破坏废水中有机物的分子结构，使其断裂成更小的分子，这些中间产物一般比原化合物更易被微生物降解，为后续的生物处理提供条件.

2.2.3 两相厌氧系统中主要构筑物水解酸化池内设弹性填料，利用水解和产酸菌的新陈代谢作用，将不溶物有机物水解成溶解性有机物、大分子物质分解成小分子物质，使污水更适宜于后续的生化处理，可以用较短的时间完成净化过程.污水经水解酸化池，可以在较短停留时间和相对较高的水力负荷下获得较高的悬浮物去除率.出水BOD/COD值显著提高，增加了污水的可生化性.水解酸化池采用推流式，并且把水解酸化池分成同等体积的三格，进出水采用上下错流式，避免水流带走大量污泥，保证池内的污泥浓度.

2.2.4 好氧工艺采用生物接触氧化池，此段可降解大量有机物，出水中有机物浓度较低.接触池中装有半软性填料，调试时间短，污泥不易膨胀，且对水质、水量变化的适应性较强.选用高效射流曝气器进行曝气，提高溶解氧效率，加强了气液传质过程，比传统的穿孔管减少了曝气量，从而减少电耗，降低运行成本.

2.2.5 本工艺在好氧后设置人工湿地系统，该厂厂区内有低洼地带且有水生植物，是天然的湿地系统，本次设计在该地增加了防渗措施，避免对地下水的污染.该湿地系统在处理废水的同时又增加了厂区环境的美观.

3 主要构筑物及设计参数

3.1 格栅

格栅采用一道，格栅总宽度为600mm，高度为1500mm，间隙为6mm，安装角度为60°，人工清渣.

3.2 调节池1

由于工厂生产和排水的不稳定性，需将峰值水量进行调节以供连续处理，避免出现剧烈的冲击负荷.中和池建于调节池末端.调节池的总有效容积为240m3，HRT为24h.加药装置一台，型号为JY-2.0/2.并在池底设有曝气管进行曝气，风机型号为HC-801S.还需在调节末端设置集水井，以便废水向后续工艺进一步提升，设提升泵两台，一用一备.

3.3 混凝沉淀池

混凝沉淀池是混合反应池和沉淀池合建，反应区HRT15min.初沉池为竖流式，表面水力负荷为0.8m3/(m2·h)，PAC投加量60mg/L，PAM投加量为4mg/L.

3.4 电催化反应器

电化学催化氧化系统主要包括电源、硅整流、电氧化反应器、废气处理等组成部分.电极在电化学处理技术中处于“心脏”的地位，电极材料为钛和石墨电极，电化学氧化塔外部材料为碳钢、防腐采用环氧树脂防腐.电催化氧化塔一期共1套.处理能力Q=10～15m3/h，工作电流380V，极板电流密度200～300mA/m2，作用时间为1～2min，每套电催化氧化反应塔功率为60kW，COD去除率60%.

3.5 絮凝沉淀池

絮凝沉淀池用来沉淀电催化产生的部分絮体，其有效容积为4m3，其中絮凝池有效容积为2.4m3，斜管沉淀池为1.6m3，HRT为0.4h.设加药装置两套，型号为JY-2.0/2，分别用来投加混凝剂和助凝剂，PAC投加量40mg/L，PAM投加量为3mg/L.

3.6 调节池2

调节池有效容积20m3，HRT为2h.

3.7 水解酸化池

为保证水解酸化池中的微生物量，在池内设置聚丙烯立体弹性填料，密度为0.9g/m3，比表面积200m2/m3.水解酸化池的有效容积为180m3，停留时间为18h.

3.8 UASB反应器

UASB反应器有效容积为240m3，HRT为24h，UASB容积负荷5kgCOD/(m3·d)，COD去除率可达70%.设备包括：布水器（MC-Ⅱ）一套；三相分离器（SF-18）8台；潜污泵（WQ60-13-4）2台，一用一备；循环管道泵（L-100）2台，一用一备.

3.9 生物接触氧化池

经厌氧处理后的废水进入生物接触氧化单元，在好氧生物膜作用下，废水中大部分有机污染物质被去除，氧化池设计总有效容积200m3，HRT为20h，安装半软性填料120m3，容积负荷为0.6kg-COD/(m3·d).曝气采用直流式空气曝气.DC脱色剂投加量80～100mg/L，具体投加量根据氧化池出水中色度决定.

3.10 沉淀池

好氧处理的废水经沉淀池实现泥水的分离.沉淀池有效容积20m3，有效表面积14.3m2，有效水深1.4m.

3.11 人工湿地

人工湿地有效容积480m3，HRT为2d，可有效去除废水中残余的有机物，确保达标排放.

4 运行效果及运行费用

4.1 工程试运行

工程所用接种污泥来自相邻污水处理厂的沉淀池沉淀污泥，污泥接种量分别为18m3、24m3、10m3，采用进水浓度逐步增加的方式来提高进水负荷.在厌氧反应池中适量投加微量元素来保证厌氧微生物的生长.经过三个月的时间，随着负荷增加，各级生物处理单元的处理效果接近设计值.期间严格控制系统的进水浓度，避免过高的负荷对生物处理单元形成冲击，引起生物处理单元，特别是UASB反应器的酸化问题和启动失败.通过对进出水指标检测、生物镜检等检验各处理单元的实际运行情况，并保证主要设备和仪器的完好运行，及时发现和解决好运行中的问题.通过电镜扫描，发现个生物处理单元微生物活性较好，生物膜紧密.在接触氧化池出水连续稳达标后，此时可认为工程试运行期结束.

4.2 运行效果

该工艺系统从2009年底开始调试运行，至2010年6月运行稳定，各项水质指标达到或优于排放标准的要求，各单元处理效果均值见表2.

表2 废水处理效果

4.3 运行费用

该工程实际总投资为285万元.如果不计设备折旧费，该废水处理（包括污泥处理）运行费用为3.59元/m3，其中电耗费用费1.43元/m3，人工费为0.24元/m3，日常检修维护费为0.1元/m3，药剂费为1.82元/m3.

5 结语

5.1 采用混凝沉淀/电催化/两相厌氧/生物接触氧化工艺处理染料生产废水能达到预期效果，当进水COD、色度、苯胺的浓度分别为14000mg/L、20000倍、120mg/L时，出水相应指标的浓度分别为65mg/L、20倍、0.46mg/L，出水水质符合《纺织染整工业水污染物排放标准》（GB4287-92）Ⅰ的一级标准.

5.2 染料废水是一类高色度、含难降解和生物毒性物质的高浓度有机废水.在设计中采用电化学催化氧化法降解COD的原理，有机废水进入电催化系统以后，在电极上发生反应，在高的阳极电位条件下，以污水为电解质溶液，可以产生羟基自由基，羟基自由基具有很强的氧化能力，可以破坏染料的发色基或助色基，使之断裂，失去发色能力.

5.3 采用混凝沉淀+电催化作为处理工艺的预处理.运行结果表明，絮凝沉淀池出水的COD去除率达到70.3%，色度降低了98.2%.充分说明混凝沉淀+电催化是十分有效的预处理工艺.整个工艺的关键在于预处理工艺的选择，预处理工艺运行的成功与否直接影响到后续生化处理效果.通过投加药物化和人工湿地工艺可以进一步降低接触氧化池出水的COD和色度，确保出水能长期、稳定达标排放.

5.4 水解酸化池虽不能明显降低废水的COD（实际去除率仅为30%），但能将废水中结构复杂的大分子有机物降解转变成结构简单的小分子有机物，打开碳长链，使它们更易于好氧生物降解，提高了废水的可生化性（实际BOD/COD由进水前的0.279提高到0.385）.

5.5 在工程设计的总体平面布置上，采用池体一体化组合设计，使整套废水处理设施简洁、紧凑、便于操作管理，减少了一次性投资.废水处理（包括污泥处理）运行费用为3.59元/m3.工程的投入运行，特别人工湿地的设置为该厂区增加了美丽的景观，带来了很大的社会效益和环境效益.

〔1〕刘宗瑜，孙保平.微波辐射对染料废水处理的研究[J].工业水处理，2010，30（2）：44-46.

〔2〕朱靖，李燕，张坚强.水解-生物接触氧化工艺处理染料废水 [J].环境污染治理技术与设备，2006，7（6）：128-130.

〔3〕Ozoh P.T.E.Adsorption of cotton fabric dyestuffwastewateron Nigeriaagriculturalsemi-activatedcarbon[J].Environmental Monitoringand Assessment，1997，46（3）：255-265.

〔4〕栗文明，吴浩汀.Fenton预氧化-高压脉冲电凝聚-混凝处理染料废水[J].水处理技术，2007，33（12）：88-90.

〔5〕WANG Min-xin, ZHU Shu-quan, HE Xu-wen. Study on micro electrolysis treatment for decolorizing dyed water[J]. Journal of China University of Mining& Technology,2001,11(2):212-216.

〔6〕YANG Yan-wu, ZH0U Tong-ling, QIAO Qicheng,et al. Experimental study of wastewater treatment of reactive dye by phys—chemistrymethod [J]. Journal of China University of Mining& Technology，2007,17(1):96-100.

X703.1

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1673-260X（2014）03-0072-03