铁碳微电解与生物接触氧化法联用处理涂料废水

杨　欣,武福平,马国纲,谭周权

(1.甘肃建筑职业技术学院,甘肃兰州 730050;2.兰州交通大学环境与市政工程学院,甘肃兰州 730070; 3. 兰州市城市建设设计院,甘肃兰州 730050)

铁碳微电解与生物接触氧化法联用处理涂料废水

杨欣1,武福平2,马国纲3,谭周权3

(1.甘肃建筑职业技术学院,甘肃兰州 730050;2.兰州交通大学环境与市政工程学院,甘肃兰州 730070; 3. 兰州市城市建设设计院,甘肃兰州 730050)

采用铁碳微电解与生物接触氧化法联用处理涂料废水。确定了微电解实验的最佳铁碳比和pH,并在最佳参数确定的情况下研究了一个运行周期(2 h)内COD、氨氮去除率及pH变化情况,微电解实验COD和氨氮去除率分别达到43.71%、33.5%。生物接触氧化法COD去除率达到70.50%,出水pH、COD达到《污水综合排放标准》(GB8978-1996)中一级标准。

涂料废水;铁碳微电解;生物接触氧化

0　前言

涂料废水处理难度大,主要是因为其排放不连续、水质波动大,污染物组分较为复杂且浓度大,废水含固量大,含大量有毒、难生物降解的高分子有机物,常采用物化-生化法联用处理工艺「1-2]、絮凝工艺「3-4]和生物法「5-6]进行处理。兰州市某制漆厂主要生产乳胶漆,废水主要是来自设备清洗水和滤布洗涤水,作为典型的建筑涂料企业产生的涂料废水,通过实验,选择经济、实用的处理工艺,对同类企业产生的废水处理有一定的指导和参考意义。

采用铁碳微电解-生物接触氧化联用的方法,通过铁碳微电解法提高废水的可生化性,并去除部分COD和氨氮,为后续的生化处理提供条件;生物接触氧化法在处理小流量废水时具备节能、处理效率高等优势,通过生化处理,去除COD及氨氮,使处理水符合排放标准。通过铁碳微电解-生物接触氧化法联用处理涂料废水实验,确定微电解实验中合理的铁碳比、pH和了解一个运行周期内水质变化情况,并研究了生物接触氧化实验中pH变化、COD去除情况,进而了解该工艺对涂料废水处理情况。

1　实验内容

1.1实验材料

实验废水主要是来自设备清洗水和滤布洗涤水,废水水质见表1。

表1　涂料废水各项指标及含量

铁碳混合物采用海绵铁和无烟煤。海绵铁粒径为2～4 mm,预处理方法:先用清水淘洗,接着用10%氢氧化钠溶液浸泡10 min,再用清水冲洗干净,用2%盐酸浸泡20 min,最后用清水冲洗干净备用。无烟煤粒径为0.8～1.2 mm,直接用清水淘洗干净后晾干备用。

1.2实验装置及实验方法

1.2.1微电解实验方法

准备若干个具塞250 mL锥形瓶,加入一定量的涂料废水,并将海绵铁/无烟煤10 g加入其中,置于摇床上反应一个周期,时间为2 h,倒出反应液,使废水与混合物分离,取15 mL废水离心分离20 min,测定水样COD、pH、氨氮。

1.2.2生物接触氧化实验装置、材料

接种污泥为兰州市某污水处理厂普通活性污泥,原水为微电解实验出水,水质为:COD 94.00～274.66(mg/L),pH 8.58～9.63。

实验装置采用容积为10 L的反应器,内填充尺寸为30 mm×30 mm×30 mm海绵填料,由空气压缩机经气体流量计从反应器底部供气。

第1天至第8天为微生物的驯化过程,第1天至第4天添加活性污泥混合液与铁碳微电解出水,比例分别为5:1、4:1、3:1、3:1。第5天停止加活性污泥混合液,第5天至第8天添加生活污水与微电解出水,比例分别为3:1、3:1、2:1、1:1,第9天及之后实验废水均为微电解实验出水。

1.2.3分析方法

COD、氨氮均采用国家标准分析方法「7]测定; pH利用雷磁PHB-4pH计测定。

2　结果与分析

2.1铁碳微电解实验

2.1.1铁碳比的确定

本实验初期对海绵铁与无烟煤混合物的比例进行确定,分别取海绵铁与无烟煤混合物四份,铁和碳的体积比分别为1:1、2:1、3:1、4:1进行实验,反应2 h,测定反应液COD。结果显示反应后COD去除率分别为 39.52%、43.71%、31.06%、34.05%,在铁碳比为2:1时COD去除率最高,故本实验选定铁碳比为2:1。

2.1.2pH对COD去除率的影响

pH能够影响铁碳微电解处理效果,有研究者发现不同pH条件下铁碳微电解处理相同废水效果不尽相同「8-9]。有研究者利用铁碳微电解处理染料生产废水,在pH 为1 左右、接触时间为0.5 h时,COD去除率最高「10]。本实验了解了pH为3、5、7、9时COD的去除率,分别为47.62%、46.26%、38.09%、34.69%,pH较低时,COD去除率较高,但差距并不明显,为避免过低pH影响后续生化反应,本实验不调整原水pH(7～8)。

2.1.3一个运行周期内水质变化情况

通过一个运行周期内水质变化,可以了解铁碳微电解去除污染物及废水水质变化情况 (见图1),从图1可以看出,随着反应时间的增加,COD去除率越来越高,而阴极得到电子导致反应器内pH升高,COD去除率和pH变化曲线较为相似,可能是因为铁碳微电解反应去除COD的同时,伴随着阴极消耗H+生成了OH-。

图1　一个运行周期内水质变化情况

原水中氨氮浓度低,在前60 min氨氮去除较慢,60～120 min逐渐变快,可能是由于原水中的含有一定量的有机氮,铁碳微电解反应能够使其转化成为氨态氮,导致反应器内氨氮浓度升高,出现氨氮去除率升高的现象,120 min时去除率为33.5%,而有研究者利用铁碳微电解法处理垃圾填埋场渗滤液,氨氮去除率只有约19%「11]。

2.2生物接触氧化实验

2.2.1COD去除情况

实验结果见图2,为了便于分析,从全部进铁碳微电解出水开始,将整个实验过程可分为三个运行阶段:1.适应波动期(第9天至第14天)、2.稳定期(第15天至第19天)、3.增长期(第20天及以后)。

图2　第9天至第22天原水COD、出水COD和COD去除率

在适应期内,微生物虽然逐渐适应生活污水和铁碳微电解出水混合,但还未完全适应微电解出水,故在该阶段COD去除率并不高(30.4%～40.2%),出水COD为81.6～100.2 mg/L。在稳定期内,虽然进水COD浓度略有增长,但出水COD (59.3～70 mg/L)较为稳定,且去除率稳步提升(27.7%～42.3%),表明微生物对铁碳微电解出水已适应,且能够适应进水浓度(94～112 mg/L)一定的波动。在增长期内,微生物对铁碳微电解出水表现出较强的适应性能,进水浓度(164.0～274.7 mg/L)在较大范围内波动,出水水质仍然稳定,第22天进水COD浓度高达274.7 mg/L,出水COD仅为81.0 mg/L,去除率达到70.5%。出水COD满足《污水综合排放标准》(GB8978-1996)一级标准。

2.2.2pH变化情况

在生化反应中,反应器中氮浓度的变化能够引起pH的变化。在硝化反应中,一般情况下1 g氨氮(以N计)完全硝化,需要消耗碱度(以CaCO3计)7.14 g,但有时反硝化又能提供一定甚至过量的碱度,而且pH对硝化、反硝化反应影响显著,姜体胜、杨琦「12]采用连续搅拌槽式反应器(Continuous Stirred Tank Reactor,CSTR) ,pH值对硝化、反硝化速率均有显著影响,在pH为7.85时,反硝化速率达到最大值,在偏酸性和偏碱性条件下,反硝化速率显著下降。

由于本实验采用生物接触氧化工艺,难以制造足够的厌氧(或缺氧)条件,而且进水pH较高(8.58～9.63),故反硝化效率较低,而在硝化反应中,在好氧条件下,足够的碱度使亚硝化菌对氨态氮进一步分解氧化,释放出H+,在反应初期,由于反硝化难以进行,反硝化所释放的碱度远小于硝化反应所消耗的碱度,故混合液迅速pH降低(见图3)。整个生物接触氧化实验阶段,出水pH范围为6.12～8.40。

图3　一个周期内COD去除率与pH变化(第22天)

3　结论

3.1铁碳微电解实验结论

(1)铁碳比为2:1时COD去除率最高,为43.71%。

(2)pH越低,COD去除率越高,pH=3时,去除率最高,达到47.62%。为了避免过低的pH影响后续生化工艺,微电解实验不对原水pH(7～8)进行调整。

(3)在一个运行周期内,前60 min内氨氮去除较低,60～120 min氨氮去除率逐渐升高,120 min时达到33.5%。

3.2生物接触氧化实验结论

(1)随着生物接触氧化实验时间的增长,处理效果显著好转,第11天至19天COD去除率仅为27.66%～42.31%,第20天至第22天COD去除率升高至53.01%～70.50%。

(2)在一个运行周期(8 h)内,COD去除率随着反应时间的增长逐渐升高。

(3)出水pH、COD达到《污水综合排放标准》(GB8978-1996)中一级标准。

「1] 张振宇，顾礼炜，马三剑，等.水解酸化-氧化沟工艺处理涂料废水「J].中国给水排水，2014，30(16):95-98.

「2] 陈咏波.混凝-厌氧-好氧工艺处理涂料废水「J].工业用水与废水，2012，43(5):77-79.

「3] 曾德芳，袁继祖.改性累托石复合絮凝剂在涂料废水处理中的应用「J].涂料工业，2005，35(5):59-61.

「4] 贺迅，曾光明.微生物絮凝剂与聚合氯化铝复配处理涂料废水的响应面优化「J].环境工程学报，2014，8(7):2760-2764.

「5] 瞿素莲，金海明.膜生物反应器处理涂料工厂废水「J].净水技术，2004，23(04):20-22.

「6] 赵雪，陈志根，刘锋，等.曝气生物滤池在处理涂料废水中的应用「J].涂料工业，2007，37(12):42-45.

「7] 国家环境保护总局.水和废水监测分析方法(第四版) 「M].北京:中国环境科学出版社，2002.

「8] 吴傲立，鲍建国，龚珞军.铁碳微电解预处理汽车电泳涂装废水「J].环境工程学报，2014，8(9):3843-3847.

「9] 赖波，秦红科，周岳溪，等.铁碳微电解预处理ABS凝聚干燥工段废水「J].环境科学，2011，32(4):1055-1059.

「10] 罗旌生，曾抗美，左晶莹，等.铁碳微电解法处理染料生产废水「J].水处理技术，2005，31(11):67-70.

「11] 赵振振，蒋建国，黄云峰.零价铁法处理垃圾填埋场渗滤液「J].清华大学学报(自然科学版)，2006，46(12):1987-1990.

「12] 姜体胜，杨琦，尚海涛，等.温度和pH值对活性污泥法脱氮除磷的影响「J].环境工程学报，2007，1(9):10-14.

X788

A

1009-7716(2015)12-0074-03

2015-08-26

国家自然基金资助项目 (51068014)。

杨欣(1984-),女,甘肃兰州人,讲师,从事水处理理论与技术研究工作。