曝氣膜生物反應(yīng)器處理印染廢水

　　印染廢水具有有機物含量高、色度高以及可生化性能差的特點，屬于難于直接生化處理的工業(yè)廢水。目前，印染廢水的處理有化學(xué)法(氧化法、混凝法)、生物法(厭氧、好氧工藝)以及物理化學(xué)法(吸附法、膜技術(shù)法)。但這幾種方法對印染廢水的處理有效果一般或者處理成本高、處理過程不易控制等缺點。近年來，國內(nèi)外采用電化學(xué)法處理印染廢水取得了不錯的進(jìn)展。電化學(xué)法處理印染廢水主要有鐵碳微解法、電絮凝電氣浮法以及電催化氧化法。而鐵碳微解法是通過廢水中存在的易氧化、易還原以及導(dǎo)電介質(zhì)自發(fā)進(jìn)行反應(yīng)從而達(dá)到廢水處理的目的，在印染廢水脫色及生化預(yù)處理方面的效果良好。

　　為了進(jìn)一步提高廢水處理的出水水質(zhì)，電化學(xué)法組合其他工藝也是近年來發(fā)展的熱點。曝氣膜生物反應(yīng)器(MABR)是一種通過疏水性中空纖維膜對微生物進(jìn)行無泡曝氣，通過生物膜對廢水中有機物的降解和氧化達(dá)到對高濃有機廢水凈化的目的，對廢水中的COD具有很高的去除率。

　　本研究采用鐵碳內(nèi)電解法與MABR組合工藝處理河北省某紡織廠的印染廢水，探究去除廢水中污染物的優(yōu)化運行條件。

　　1、實驗部分

　　1.1 廢水水質(zhì)

　　該廠生產(chǎn)的的染料主要為酸性染料，如弱酸性大紅GL、弱酸性黃RXL、酸性橙AGT等系列染料。因此，原水水質(zhì)呈酸性，高COD、低BOD5的特點。實驗時選取的廢水COD為900mg/L，BOD5為190mg/L，pH為5.0，SS的質(zhì)量濃度400mg/L，色度360倍。研究主要考察廢水中COD及色度(印染廢水的處理難點)的去除情況。

　　COD、BOD5等的測定方法均按文獻(xiàn)。其中COD測定為重鉻酸鉀法，BOD5測定為稀釋接種法，色度測定采用稀釋倍數(shù)法，SS的含量測定為過濾法，pH測定為酸度計測定。

　　1.2 實驗方法

　　對取回的廢水采用物化法進(jìn)行預(yù)處理，其目的一是降低污染物的含量，二是提高污染物的可生化性，鐵碳內(nèi)電解可將工業(yè)廢水中長鏈或難降解有機物質(zhì)進(jìn)行轉(zhuǎn)化為易降解的有機物;并優(yōu)化物化反應(yīng)條件。之后將物化處理后的廢水接入MABR系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化。

　　1.2.1 物化處理

　　取5個500mL的燒杯，分別加入300mL水樣，置于燒杯中;加入不同比例的鐵碳混合物;調(diào)節(jié)不同pH，在燒杯中通入連接空氣泵的曝氣頭，最后取上清液測定COD及色度。

　　對所取水樣，進(jìn)行鐵碳質(zhì)量比(1:1、2:1、3:1、4:1、5:1)，采用不同pH(2.0、3.0、4.0、5.0)，不同的反應(yīng)時間(1、2、3、4、5、6h)，考察COD、色度處理效果，以確定合適的反應(yīng)條件。

　　1.2.2 生化處理

　　MABR實驗裝置如圖1所示。

　　反應(yīng)器材質(zhì)為有機玻璃，有效容積3.8L，廢水體積流量10.5mL/min。曝氣膜材質(zhì)為聚丙烯，膜平均孔徑為50nm。系統(tǒng)溫度保持在室溫，并且進(jìn)水pH保持在6～9。壓縮空氣通過氣泵供應(yīng)給膜內(nèi)腔。氣體壓力和流量分別用閥門控制并通過氣體流量計進(jìn)行調(diào)節(jié)。膜內(nèi)壓力保持在25kPa。在生物膜掛膜培養(yǎng)階段，將1L的活性污泥投入反應(yīng)器，采用逐漸增大進(jìn)水COD的方式進(jìn)行培養(yǎng)15～20d后，形成穩(wěn)定的生物膜后，認(rèn)為馴化成功。

　　對物化處理后的廢水，進(jìn)行COD負(fù)荷及水力停留時間(HRT)的優(yōu)化。

　　2、結(jié)果與討論

　　2.1 物化處理

　　2.1.1 鐵碳質(zhì)量比的影響

　　在pH為5(原水)、曝氣反應(yīng)時間為5h時，選取不同鐵碳質(zhì)量比進(jìn)行單因素實驗。出水的COD及色度去除率隨不同鐵碳質(zhì)量比的變化情況如圖2所示。

　　從圖2可以看出，不同的鐵碳質(zhì)量比對應(yīng)不同的COD及色度去除率。對于COD而言，在鐵碳質(zhì)量比3:1時，去除率達(dá)到最大。原因是合適的鐵碳比能使微電池的數(shù)量達(dá)到最大，從而釋放更多的自由基，達(dá)到去除污染物的目的。而對于色度的去除，鐵鹽具有脫色作用，因此鐵的含量則占據(jù)主導(dǎo)，從而出現(xiàn)高鐵碳比色度去除仍有一定的上升。綜合而言，選擇鐵碳質(zhì)量比3:1為佳。

　　2.1.2 pH影響

　　在鐵碳質(zhì)量比為3:1、曝氣反應(yīng)時間5h時，調(diào)節(jié)不同pH進(jìn)行單因素實驗，結(jié)果如表1所示。

　　從表1可以看出，pH越低，COD及色度去除率越高，這是鐵碳微電解的性質(zhì)決定的。但是由于去除率相差不大，而且原水的原始pH為5.0，呈酸性。從經(jīng)濟的角度而言，選取原始pH為5是合適的。

　　2.1.3 曝氣反應(yīng)時間的影響

　　在鐵碳質(zhì)量比為3:1、pH為5.0(原水)時，選取不同曝氣反應(yīng)時間進(jìn)行單因素實驗，結(jié)果見圖3。

　　從圖3可以看出，反應(yīng)時間越長，去除效果越好。當(dāng)反應(yīng)時間為6h時，其去除率基本與5h持平，說明鐵碳微電解已經(jīng)進(jìn)行到后期。因此，選取反應(yīng)時間5h為宜。

　　2.1.4 優(yōu)化反應(yīng)條件下的處理

　　從以上實驗中可以知優(yōu)化的反應(yīng)條件，鐵碳質(zhì)量比為3:1、pH為5.0(原水)、曝氣反應(yīng)時間為5h。在此優(yōu)化條件下反應(yīng)后的廢水水質(zhì)情況如表2所示。

　　從表2可以看出，COD和色度都有了較大的去除(去除率分別為55.2%和75.0)。微電解反應(yīng)中，新生態(tài)氫及新生態(tài)的Fe2+，具有高活性，其在水中溶解氧存在下，能與污染物發(fā)生氧化還原反應(yīng)，破壞某些有機物質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)，達(dá)到降解有機物的目的。正因為如此，水中BOD5的會有所提高。同時，由于Fe2+的氫氧化物及鹽既是良好的脫色劑，又是極好的混凝劑，因此，對于懸浮物有很好的去除。

　　對鐵碳微電解的原水和處理后水進(jìn)行紅外光譜分析如圖4所示。

　　從圖4可以看出，原水中含有較多有機物如芳香族取代物(波數(shù)1200cm-1處)、苯環(huán)取代物(波數(shù)750cm-1處)等，波峰起伏較為明顯。經(jīng)過微電解處理后，特征吸收明顯減少，難降解有機污染物也有了很大去除。

　　2.2 生化處理

　　2.2.1 MABR的掛膜

　　取污水處理廠曝氣池中活性污泥混合液，加入反應(yīng)器中，循環(huán)24h后排空，之后重新加入混合液后繼續(xù)進(jìn)行循環(huán)，1周后開始連續(xù)進(jìn)水并逐漸加大進(jìn)水負(fù)荷，15d后膜面出現(xiàn)黃色生物膜，且逐漸加厚并布滿膜面，認(rèn)為掛膜成功，此時開始進(jìn)物化處理后的廢水，并對反應(yīng)器進(jìn)行優(yōu)化。

　　2.2.2 COD負(fù)荷優(yōu)化

　　在HRT為6h時，選取不同COD負(fù)荷(4、5、6、7、8、9g/(m2?d))進(jìn)行單因素實驗。出水的COD及色度去除率隨COD負(fù)荷的變化情況如圖5所示。

　　從圖5可以看出，COD負(fù)荷在4～7g/(m2?d)時，去除率逐漸升高;而隨著COD負(fù)荷的進(jìn)一步升高，去除率降低。原因是負(fù)荷低時，微生物營養(yǎng)不夠，需要底料滿足生理需要;而負(fù)荷太高，則會抑制微生物的生長。同理，色度的去除也出現(xiàn)同樣情況。綜合考慮選取COD負(fù)荷為7g/(m2?d)。

　　2.2.3 HRT優(yōu)化

　　在COD負(fù)荷為7g/(m?2d)時，選取不同HRT(2、3、4、5、6、7h)進(jìn)行單因素實驗，結(jié)果如圖6所示。

　　從圖6可以看出，COD和色度的去除率隨著HRT的升高而升高，但是HRT為6h和7h的去除率相差不大，因此，從經(jīng)濟角度選取6h。這與汪舒怡的研究結(jié)果相似。

　　2.3 組合工藝處理效果

　　組合工藝處理(穩(wěn)定運行30d)后的出水水質(zhì)情況如表3所示。

　　從表3可以看出，經(jīng)組合工藝處理后，出水水質(zhì)可滿足GB4287-2012規(guī)定的要求。COD、BOD5、SS、色度去除率分別可達(dá)93.8%、88.9%、92.5%、91.6%。

　　3、結(jié)論

　　采用鐵碳微電解-曝氣膜生物反應(yīng)器(物化-生化)組合工藝對河北省某印染廠的工業(yè)廢水進(jìn)行了處理。鐵碳微電解處理時，在鐵碳質(zhì)量比3:1、pH為5、曝氣反應(yīng)時間4h的優(yōu)化條件下，COD、色度的去除率分別為55%、75%;MABR處理時，COD負(fù)荷為7g/(m?2d)、HRT為6h下，處理效果為優(yōu)。

　　組合工藝處理對印染廢水COD、色度的平均去除率分別為93.8%、91.6%，處理后出水水質(zhì)可滿足GB4287-2012的排放要求。(來源：唐山市規(guī)劃建筑設(shè)計研究院環(huán)境工程所)