电絮凝—MCBR微型回旋生物反应组合处理荧光废水

庞滔　唐建城　吴菊珍　景江　李强林

摘要：为解决零件制造厂中作金属探伤使用过的荧光渗透剂废水含多项污染指标（如COD、TN、SS、5-羟基荧光素琥珀亚胺酯、色度等）、成分复杂、难降解、单一生化法达不到排放标准的问题，采用电絮凝氧化装置—MCBR（微型回旋生物反应池）—离心分离组合工艺技术，荧光渗透剂废水经过一系列净化流程后，水质达到GB 3838—2002《城镇污水处理厂污染物排放标准》中一级标准的A类标准。

关键词：荧光渗透剂；电絮凝；MCBR微生物催化氧化；组合工艺

中图分类号：X788 文献标志码：A

文章编号：2095-5383（2018）03-0037-04

Abstract： Fluorescent penetrant wastewater used for metal flaw detection in parts manufacturing plants contains multiple pollution indicators， such as COD， TN， SS，5-hydroxyl， fluorescein， color etc. The composition of wastewater is complex and it is difficult to degrade.Treatment with single biochemical method does not meet the emission standard. However， it can be treated with electric flocculation oxidation device-MCBR （Mini cyclotron biological reactor）-Centrifugal separation and combination technology. After a series of purification process， the quality of the treated water reaches the class A standard of the first class standard for the discharge standard of pollutants in the urban sewage treatment plant （GB 3838—2002）.

Keywords：fluorescent penetrant；electric flocculation；MCBR Microbial catalytic oxidation；combination technology

熒光渗透剂作为金属探伤示踪剂已广泛应用于精密金属元件的无损探伤检测。在检测后的车间洗涤加工过程中排放了很多高浓度的荧光废水。这种荧光废水是一种有机物成分复杂、破乳难度大、色度高的难处理废水[1]。如不治理将会对周边水域生态系统造成严重负面影响。现阶段缺少处理该类废水的有效手段，若依靠单一工艺处理难度较大，因此，可以考虑采用新型电絮凝氧化装置—MCBR（微型回旋生物反应池）组合工艺技术来治理。前期凭借相关的分析化学监测技术，并通过紫外光吸收光谱仪检测到荧光染料的主要成分是5-羟基荧光素琥珀亚胺酯（C25H17NO9）以及探伤过程中使用到的其他化学添加剂和残留的重金属元素。然后利用微生物筛选接种技术，再配合目前水污染处理的一些前沿技术，如电絮凝装置、EGSB（膨胀颗粒污泥床）、USAB（升流式厌氧污泥床）等处理该类污染源。并设计一套完整的荧光废水净化流程以取得良好的净化效果，后期利用数据分析和评价该工艺的处理效果。

1 实验材料与方法

1.1 实验参数

进水流量：荧光废水20 m3/h。

实测数据：CODcr 3 000～7 000 mg/L，BOD5 500～1 800 mg/L，色度500倍，pH值5.5～7.5；SS 100～200 mg/L。

一沉池出水：CODcr：1 000～1 200 mg/L，pH值6.79～7.53，SS 220～600 mg/L。

出水水质：执行GB 3838—2002《城镇污水处理厂污染物排放标准》中一级标准的A类标准。

为进一步提高净化效率，引进了一种特殊的荧光菌种生物酶，来降解荧光废水[2]。

1.2 5-羟基荧光素琥珀亚胺酯浓度的检测方法

由于5-羟基荧光素琥珀亚胺酯特殊的共轭平面体系，所以可以用紫外可见吸收光谱仪定性分析其分子结构，同时用紫外—可见吸收光谱法和朗伯—比尔定律A=εbc

对其进行定量的检测和分析[4]。

检测过程为：配制一系列（n个）的具有等浓度梯度的标准5-羟基荧光素琥珀亚胺酯的1 mL溶液（该系列的溶液浓度均已知），利用紫外光谱仪测出标准溶液的吸光度Ai（i=1，2，…，n），利用Excel或者与紫外光谱仪连接的计算机软件，绘制标准曲线并建立一元线性回归方程[5]，再测出未知C25H17NO9浓度水样的吸光度并根据方程算出其对应的准确浓度以便分析和评价后续的净化效果。

1.3 工艺流程路线

荧光废水净化处理是目前较为前沿的综合性高精尖技术，其初步处理通常利用电化学法或者生化法的各种氧化方法破乳，再采用组合式的处理手段。本设计采用的方法为氧化、气浮、USAB、生物接触氧化、沉淀池的组合处理工艺[6]。利用荧光渗透剂所含的荧光染料作为厌氧荧光菌种的碳源，利用其特有的微生物异化酶将荧光染料通过异化作用转化为其他物质。其特点在于不仅可以

利用荧光菌种特有的5-羟基荧光素琥珀亚胺酯和异化作用氧化分解荧光染料的主要成分，还利用了TN（总氮）为荧光菌种提供营养氮源，同时用电絮凝氧化装置排除其他菌种的干扰[7]，具体工艺流程如图1所示。

1.4 装置说明

微型回旋生物反应池（Miniature Convolution Biological Reaction，MCBR）利用液体的流动性和离心沉降原理筛选各种难溶性杂质，在荧光渗透剂中加入适量的荧光菌种通入培养池，荧光菌种所产生的酶可以将荧光染料中的主要成分5-羟基荧光素琥珀亚胺酯氧化分解为H2O、CO2等物质。

通入培养池之前，将渗透剂先通入装有由超高聚乙烯微滤膜（POREX，PVDF，孔径0.1 μm，过滤压力0.32 MPa，切向流速0.87 m/s）的管道，通过流体过滤以排除其他菌种对荧光菌种的干扰[8]。EGSB污泥床是获得国内外广泛认同的废水处理装置，已经投入制药废水，啤酒废水，畜牧业废水等领域的使用，并且该反应器的抗冲击能力强、上流速度快、建设投资低、占地面积小、可以批量使用，引进该装置不仅可对污水做预处理，还能为荧光菌种提供无氧的培养环境，以增强其繁殖速度。

电絮凝反应装置利用电化学反应原理将水中的重金属污染物电解，迫使金属离子与电解池中的氢氧根离子结合形成微絮凝剂，当悬浮在水中的污染颗粒在水中失稳后，就会与微絮凝剂结合形成肉眼可见的絮状物[9]，从而达到去除重金属元素的目的，为荧光菌种提供一个良好的培养环境。而且电絮凝装置在国内外各种领域的应用非常广泛，因其体积小加之该装置安装、维护以及检修的操作简单，可以和计算机实现对接以方便实现自动化控制。

1.5 流程说明

净化流程车间的实验用水是已经探伤过金属零件并混有少量金属元素的荧光渗透剂。在探伤过程中，渗透剂的成分和金属经过检测后相对稳定没有发生理化反应。缓冲池将采用EGSB污泥床初步净化渗透剂中的钙、磷盐等可溶性废弃物并在缓冲池中用离子搅拌器将渗透剂和反应溶剂分层，然后再将渗透剂和其他难溶性成分通入一沉池。然后将渗透剂通入电絮凝装置，利用高压LC串联谐振稳压电源，在电压33 V，电流120 A的条件下，起到絮凝、氧化的作用，从而增强废水的可生化性，同时也进一步排除了重金属元素的溶解在渗透剂中的可能性。然后将处理过的渗透剂通入调节池中，利用同时具备阴离子基团和阳离子基团的醋酸根阳离子两性淀粉

来去除渗透剂中的一些染料，与其他离子吸附剂相比，该淀粉具备双向的吸附脱色能力，去色效果也更好。然后将其通入MCBR生化池中并在底部设置吸氧剂，以便降低一些好氧菌的生存竞争力，促进厌氧菌（荧光菌种）的繁殖并间歇性地用搅拌器搅拌培养池，以便菌种与营养源能够充分接触[10]。当荧光渗透剂中的荧光色难以用肉眼观察到时，说明荧光菌种

基本上已将渗透剂中的荧光染料分解掉，再将剩余处理水样通入我们自主研发的灭菌专用的紫外线曝光池中，利用紫外光的杀菌作用除去荧光菌，以避免其污染环境，最后利用离心池中的加速离心器将菌种与渗透剂分离，将达标的水样注入澄清池。

1.6 主要处理设备和构筑物参数

缓冲池：HRT（Hydraulic Retention Time，水力停留时间）=5.0 h，加入EGSB反应器和离子搅拌器；

一沉淀池：HRT=2.0 h，表面负荷为2.2 m3/（m2·h）；

電絮凝装置：HRT=4.0 h，通入高压LC串联谐振稳压电源；

TFBF

（潮汐流生物滤池）

反应器：HRT=8.0 h，在底部设置气盘；

调节池：HRT=3.0 h，设置机械搅拌；

二沉淀池：HRT=3.0 h，表面负荷为1.8 m3/（m2·h）；

离心池：HRT=2.0 h；

澄清池：有效面积30 m2；

2 结果分析与讨论

目前，净化荧光废水处理装置处于试运行阶段，通过多次调试，总结出该组合工艺的最佳运行模式。在上述净化流程运行一段时间后，渗透剂中的COD等多项污染指标有了大幅降低。

2.1 pH值对出水的COD的影响

其他条件最优情况下，通过调整pH值，根据出水在线COD仪监测数据绘制出pH值对出水COD的影响，见图2。

由图2可以看出，pH=5时，去除效率较低，说明荧光菌种不适宜在强酸性环境下进行培养；pH>9.5时，去除效率也很低，说明碱性物质可能会分解掉5-羟基荧光素琥珀亚胺酯酶，降低生物催化剂的效率从而导致COD的除去率较低，故在运行时应避免上述现象。pH值在5.2～9.4之间时，适合荧光菌种的生存和繁殖，顺利地进行异化过程，生物催化氧化效率高，菌种也可以大量繁殖，故可以取得良好的净化效果。为取得较好的运行结果以及较低廉的运行成本，在运行中建议将pH的区间设置在7.2～8.1。

2.2 TN和荧光染料的处理结果

图3是植入荧光菌种前后TN（总氮）剩余量的比较。由图3可知，第5天TN有明显的降低，说明有外来的菌种吸收并将TN转化为了其他物质，其作用相当于培养基的氮源，菌种将其用于自身蛋白质的合成以维持其正常的生理活动。在未植入荧光菌种的空白对照（系列1）中第4～6天水样中TN含量有一个下降，这表明：除了荧光菌种外还有其他菌种可以降低TN指标，所以要排除其他菌种对于该净化流程的干扰。

2.3 5-羟基荧光素琥珀亚胺酯除去对照

从图4可知，对照组中的5-羟基荧光素琥珀亚胺酯剩余量去除基本无变化，而实验组中，5-羟基荧光素琥珀亚胺酯剩余量去除急剧下降，变化明显。由此可知，荧光菌种将5-羟基荧光素琥珀亚胺酯酶氧化分解为二氧化碳和水等的简单化合物。在植入菌种的第4天后，荧光染料的下降趋势加快，说明荧光菌种在没有同类竞争和环境较为理想的培养池中迅速繁殖，加快了5-羟基荧光素琥珀亚胺酯的氧化分解速度[11]。为了对比荧光菌种的酶催化氧化和电絮凝氧化对荧光染料的处理效果，在第3天往荧光渗透液中植入荧光菌种，从图4可看出，生物氧化方法的效果要远远优于电絮凝氧化。最后几天的曲线变缓说明：荧光菌种已经基本把培养池的荧光染料分解为简单物质，同时，已经没有足够的荧光染料为菌种作碳源。随着菌种的减少，在第9天，5-羟基荧光素琥珀亚胺酯的减势变缓，此时只剩下微量的荧光染料，大大减少了荧光渗透剂对水域生态环境的危害性。

2.4 净化效果概况

该系统建设完毕初步投入运行后，经过当地第三方环境监测单位的测定，显示出荧光渗透剂经过电絮凝装置、MCBR滤池和离心池等一系列处理后渗透剂的各项出水指标均达到GB 8978—1996《污水处理综合指标》一级标准。监测出水的数据对比如表2所示。

3 结论

通过生化氧化法以及项目自主研发电絮凝—MCBR微型回旋生物反应组合工艺处理荧光废水能够取得良好的处理效果，使出水水质达到稳定状态，各项检测出来的指标均能达到GB 3838—2002《城镇污水处理厂污染物排放标准》中一级标准的A类标准。

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