濕法腈綸廢水的生化處理

李 杰 ，王 霞，白巧霞，王亞娥，蔣進元，周岳溪

（1. 蘭州交通大學 環(huán)境與市政工程學院，甘肅 蘭州 730070；2. 中國環(huán)境科學研究院，北京 100044）

治理技術

濕法腈綸廢水的生化處理

李 杰1，王 霞1，白巧霞1，王亞娥1，蔣進元2，周岳溪2

（1. 蘭州交通大學 環(huán)境與市政工程學院，甘肅 蘭州 730070；2. 中國環(huán)境科學研究院，北京 100044）

采用水解酸化—固定化微生物流化床—氧化混凝聯(lián)合工藝處理濕法腈綸廢水。該工藝采用的高效菌微生物固定化技術及新型氧化混凝技術均對濕法腈綸廢水有較好的處理效果。實驗結果表明：在水解酸化溫度為42 ℃、水解酸化運行周期為20 h的條件下，接種活性污泥和高效菌的SBR的COD去除率為26.0%；在新型氯鐵型氧化混凝劑加入量為15 m L/L的條件下，混凝出水COD可降至66 mg/L。水解酸化—固定化微生物流化床—氧化混凝聯(lián)合工藝的總COD去除率可達89.4%。

水解酸化；固定化微生物；流化床；腈綸廢水；混凝；廢水處理

我國是腈綸纖維生產(chǎn)大國。腈綸生產(chǎn)工藝可分為干法紡絲和濕法紡絲兩大類，其中濕法紡絲具有產(chǎn)品質(zhì)量好、原料單耗低和污染物排放量少等優(yōu)點［1］，在我國腈綸生產(chǎn)中占有絕對優(yōu)勢。濕法紡絲腈綸廢水COD高、成分復雜，含有大量的二甲基乙酰胺（DMAC）和丙烯腈（AN）以及其他醛類、氰類、酚類、腈類、烷烴類等有毒有害物質(zhì)［2］，屬于難降解有毒工業(yè)廢水。

自上世紀80年代絕大多數(shù)的腈綸生產(chǎn)從發(fā)達國家轉(zhuǎn)移到發(fā)展中國家后，國外對濕法腈綸廢水的研究少見報道。目前國內(nèi)的濕法腈綸廢水處理技術主要包括活性污泥法、生物膜法以及活性污泥法與生物膜法相結合的處理工藝［3－4］。東北某大型濕法紡絲腈綸生產(chǎn)廠采用調(diào)節(jié)—氣浮—水解酸化—活性污泥法處理濕法腈綸廢水，但處理效果不理想。濕法腈綸廢水的可生化性差，其BOD5/COD為0.1～0.2［5］。僅通過生物方法處理濕法腈綸廢水，出水COD最低只能達到220～300 mg/L［6－7］。因此對濕法腈綸廢水處理技術進行系統(tǒng)的研究具有重要意義。

本工作結合實際處理工藝，采用高效菌的微生物固定化技術［8］以及新型氧化混凝劑技術處理濕法腈綸廢水，處理后廢水可達標排放。該研究結果為實際工程的改造提供了基礎技術參數(shù)。

1 實驗部分

1.1 材料和儀器

C系列氯鐵型氧化混凝劑：北京金科復合材料有限公司；B-350型高效菌［9］：美國美德環(huán)保科技有限公司；納米凹凸棒土復合親水性聚氨酯泡沫結合型微生物固定化載體：孔徑范圍0.5～1.2 mm，孔隙率大于95%［10］。

接種污泥取自吉林奇峰化纖公司污水處理廠曝氣池。

實驗用廢水取自東北某大型濕法紡絲腈綸生產(chǎn)廠的廢水處理廠，廢水水質(zhì)見表1。

WTW OxiTop型BOD5測定儀：南通沃特環(huán)保科技有限公司；PHS-3C型pH計：上海雷磁公司；AC0-318型電磁式空氣壓縮機：沈陽市氣體壓縮機廠；LC-310型高效液相色譜儀：北京瑞昂特公司。

表1 廢水水質(zhì)

1.2 實驗裝置及實驗方法

采用水解酸化—固定化微生物流化床—氧化混凝聯(lián)合工藝處理濕法腈綸廢水。

1.2.1 水解酸化

實驗裝置為投加固定化載體、載體填充比為70%、尺寸為10 cm×10 cm×40 cm、有效容積為3 L的塑料SBR。將SBR放入生化培養(yǎng)箱，加入4 g/L的菌種進行培養(yǎng)馴化。待反應器啟動成功后進行實驗。SBR按進水0.5 h、沉淀0.5 h、瞬時出水的方式運行。

1.2.2 固定化微生物流化床

固定化微生物流化床呈圓柱形，由彼此上下聯(lián)通的9格反應室組成，總有效容積250.5 L；每格內(nèi)裝有固定化載體；底部進水，上端出水。采用電磁式空氣壓縮機及微孔砂頭曝氣，外設閥門和流量計控制進水流量。在固定化微生物流化床1～5號格室投加高效菌，6～9號格室投加活性污泥，經(jīng)過1個月的馴化培養(yǎng)后進行實驗。

1.2.3 氧化混凝

在氧化混凝溫度為25 ℃、進水pH為7.5、進水COD為280 mg/L的條件下，在進水中加入一定量混凝劑，以400 r/ m in的轉(zhuǎn)速攪拌1 m in 再以80 r/min攪拌2 m in，以1 m L/L的加入量加入聚丙烯酰胺，再在80 r/min的轉(zhuǎn)速下攪拌2 min，靜置5 min，取上清液測定其COD。

1.3 分析方法

采用重鉻酸鉀法測定廢水COD［11］；采用BOD5測定儀測定BOD5； 采用pH計測定廢水pH；采用高效液相色譜儀對固定化微生物流化床出水進行分析。

2 結果與討論

2.1 水解酸化處理效果

分別以活性污泥、高效菌、活性污泥和高效菌（質(zhì)量比為1∶1）為菌種在SBR中進行廢水的水解酸化實驗。當以活性污泥作為接種菌時，SBR的啟動速率最慢，廢水的COD去除率最低。說明活性污泥不適宜作為處理濕法腈綸廢水用SBR的接種菌。

當水解酸化溫度為35 ℃時，水解酸化運行周期對SBR的COD去除率的影響見圖1。

圖1 水解酸化運行周期對SBR的COD去除率的影響

由圖1可見：活性污泥和高效菌SBR的COD去除率明顯高于高效菌SBR；當水解酸化運行周期由8 h增至20 h時，活性污泥和高效菌SBR的COD去除率由14.0%增至22.0%；高效菌SBR的COD去除率增加不明顯，均為6.0%左右。這是由于活性污泥和高效菌混合后，生物相更加豐富，通過環(huán)境的馴化能夠形成適合水解酸化處理濕法腈綸廢水的高效微生物菌群。

當水解酸化運行周期為20 h時，水解酸化溫度對活性污泥和高效菌SBR的COD去除率的影響見圖2。由圖2可見：隨水解酸化溫度的升高，COD去除率逐漸增加；當水解酸化溫度為42 ℃時，COD去除率為26.0%，BOD5/COD由0.37提高至0.39。由于傳統(tǒng)活性污泥法的最高反應溫度為35 ℃［12］，為此廢水廠需對廢水進行降溫。而本方法可在較高溫度下進行，既有效提高了水解酸化工段的處理效果又降低了處理成本。

圖2 水解酸化溫度對活性污泥和高效菌SBR的COD去除率的影響

2.2 流化床處理效果

流化床HRT對流化床的COD去除率的影響見圖3。由圖3可見：隨流化床HRT的增加，COD去除率略有增加；當流化床HRT為20 h時，流化床的COD去除率為54%，出水COD降至300 mg/L左右。由此可見，延長流化床HRT有助于提高COD的去除率。

流化床進出水的液相色譜譜圖見圖4。由圖4可見，經(jīng)流化床處理后，廢水中所含物質(zhì)種類有所減少，但仍有部分物質(zhì)未完全降解。由此可見，流化床作為生化處理工藝能有效降解某些特征污染物，但只依靠生化處理工藝不能將有機污染物完全降解，因此必須增加后續(xù)深度處理，以解決濕法腈綸廢水達標排放的問題［13-14］。

圖3 流化床HRT對流化床的COD去除率的影響

圖4 流化床進出水的液相色譜譜圖

2.3 氧化混凝處理效果

混凝劑加入量對氧化混凝工藝出水水質(zhì)的影響見圖5。由圖5可見：隨混凝劑加入量的增加，出水COD逐漸下降；當混凝劑加入量為15 m L/L時，出水COD降至66 mg/L，去除率可達76.0%以上，出水pH約為7.4。氧化混凝劑及助凝劑的使用成本約為1.2元/m3，由此可見該方法經(jīng)濟、簡便，適于實際應用。

圖5 混凝劑加入量對氧化混凝工藝出水水質(zhì)的影響

2.4 新工藝與現(xiàn)有工藝處理效果對比

新工藝與現(xiàn)有工藝（調(diào)節(jié)—氣浮—水解酸化—活性污泥法）COD去除效果的對比見表2。由表2可見，在進水COD基本相同的條件下，新工藝的總COD去除率可達89.4%，較現(xiàn)有工藝提高了37.7%。由此可見，新工藝中采用的高效菌微生物固定化技術及新型氧化混凝技術均對濕法腈綸廢水有較好的去除效果。

表2 新工藝與現(xiàn)有工藝COD去除效果的對比

3 結論

a）采用水解酸化—固定化微生物流化床—氧化混凝聯(lián)合工藝處理濕法腈綸廢水。在水解酸化溫度為42 ℃、水解酸化運行周期為20 h的條件下，接種活性污泥和高效菌的SBR的COD去除率為26.0%。

b）經(jīng)流化床工藝處理后，出水COD可控制在300 mg/L左右；液相色譜分析表明流化床出水中仍有部分難降解物質(zhì)未被完全去除。

c） 在新型氯鐵型氧化混凝劑加入量為15 m L/L的條件下，混凝出水COD可降至66 mg/L。水解酸化—固定化微生物流化床—氧化混凝聯(lián)合工藝的總COD去除率可達89.4%。

［1］ 歐陽麗，王曉明，趙建夫，等. 我國腈綸廢水生化法處理進展［J］. 工業(yè)水處理，2001，21（9）：11 - 14.

［2］ 張亞雷，趙建夫，顧國維. 二步法腈綸廢水有機污染物的理論生物降解［J］. 同濟大學學報，2001，29（6）：715 - 719.

［3］ 周秀鳳. 化纖廢水處理方法綜述［J］. 化工文摘，2007（4）：53 - 55.

［4］ 侯亞惠，張洪林，李長波，等. 納濾處理腈綸廢水研究［J］. 石油化工高等學校學報，2011，24（2）：23 - 25.

［5］ 張亞雷. 難降解有機廢水處理工藝及其污染物生物降解性能研究［J］. 同濟大學學報，2001，29（7）：832 - 837.

［6］ 蔡曉東，鄭幗. 腈綸廢水處理的問題和研究現(xiàn)狀［J］.工業(yè)水處理，2006，26（3）：12 - 15.

［7］ Zhang Wenbing，F(xiàn)u Jiamo，M ing Xiaoxian，et al. Treatment of organic pollutants in aqueous solution by homogenous and heterogeneous advanced oxidation processes［J］. J Grad School Chin Acade Sci，2005：22（1）：122 - 123.

［8］ Shwu Ling Pai. Continuous degradation of phenol by Rhudococcus sp. immobilized on granular activated carbon and incalcium alglnate［J］.Biores Technol，1995，5 l（1）：37 - 42.

［9］ 李杰，王亞娥，王志盈. 高效微生物在污水生化處理中的應用［J］. 工業(yè)用水與廢水，2006，37（5）：28 - 30.

［10］ 張媛，李杰，石宗利. 納米凹凸棒土復合親水性聚氨酯泡沫微生物固定化載體：中國，200910117393［P］. 2010 - 01 - 06.

［11］ 原國家環(huán)境保護總局《水和廢水監(jiān)測分析方法》編委會. 水和廢水監(jiān)測分析方法［M］. 第4版. 北京：中國環(huán)境科學出版社，2002：211 - 213.

［12］ 張自杰，林忱，金儒霖. 排水工程下冊［M］. 第4版.北京：中國建筑工與出版社，2000：104.

［13］ 蔡曉東，鄭幗. 腈綸廢水處理的問題和研究現(xiàn)狀［J］.工業(yè)水處理，2006，26（3）：12 - 15.

［14］ Sanna K N，Kallappa M H，Tejraj M A. Distillery wastewater treatment by the membrane-based nanofiltration and reverse osmosis processes［J］.Water Res，2006，40（12）：2349 - 2356.

Biochem ical Treatment of W et Process Acrylic Fiber W astewater

Li Jie1， Wang Xia1， Bai Qiaoxia1， Wang Yae1， Jiang Jinyuan2， Zhou Yuexi2

（1. School of Environmental and Municipal Engineering，Lanzhou Jiaotong University，Lanzhou Gansu 730070，China；2. Chinese Research Academy of Environmental Sciences，Beijing 100044，China）

Wet process acrylic fi ber wastewater was treated by the hydrolytic acidifi cation-fl uidized bed with immobilized bacteria-oxidation coagulation process. The high-efficiency bacteria immobilization technology and the new type oxidation coagulation technology have good effects on the wastewater treatment. The experimental results show that：Under the conditions of hydrolytic acidifi cation temperature 42 ℃ and hydrolytic acidifi cation running period 20 h，the COD removal effi ciency of the SBR inoculated with activated sludge and high-effi ciency bacteria is 26.0%；When the dosage of the new type chlorine-iron oxidation coagulant is 15 m L/L，the COD of coagulation effl uent can be reduced to 66 mg/L. The total COD removal effi ciency of the combined process can reach 89.4%.

hydrolytic acidification；immobilized m icrobial cell；fluidized bed；acry lic fiber wastewater；coagulation；wastewater treatment

X703

A

1006 - 1878（2012）02 - 0145 - 04

2011 - 10 - 26；

2011 - 12 - 12。

李杰（1964—），男，甘肅省天水市人，博士，教授，主要研究方向為廢水處理。電話 13919988263，電郵 wye@mail.lzjtu.cn。聯(lián)系人：王霞，電話 13919464898，電郵 wangxia20051152@163.com。

國家水體污染控制與治理科技重大專項（2008ZX07207-004）。

（編輯 王 馨）