鐵碳微電解-芬頓氧化-UBF復合工藝處理印染廢水運行效果研究

陸 凱

(蘇交科集團股份有限公司， 南京 210000)

鐵碳微電解-芬頓氧化-UBF復合工藝處理印染廢水運行效果研究

陸 凱

(蘇交科集團股份有限公司， 南京 210000)

針對印染廢水色度大、COD高和可生化性差的特點，采用鐵碳微電解-芬頓氧化-UBF復合工藝處理某印染廠生產廢水(COD 4 000～5 500 mg/L，色度1 000～2 000倍)展開了研究。一個月連續運行結果表明：鐵碳微電解(停留時間4 h，pH 2～3)能夠將COD、色度分別降低到3 000 mg/L和800倍以下；芬頓氧化將COD、色度降低到800 mg/L和400倍以下；UBF運行穩定，其產氣量均勻，出水COD、色度分別下降到300 mg/L和100倍以下。鐵碳-芬頓預處理能夠將印染廢水可生化性BOD/COD從0.1提高到0.35，從而提高UBF生化池去除COD效果。

印染廢水；鐵碳微電解；芬頓氧化；復合式厭氧流化床反應器

印染廢水具有色度大、COD高和可生化性差的特點，是化工園區廢水的重要組成部分，也是化工園區廢水治理的難點[1]。目前采用傳統的物理、化學和生物處理技術不僅經濟性差，而且處理效果差。近年來采用物理-化學預處理大大降低COD濃度，同時提高印染廢水可生化性，物化預處理的廢水進入厭氧反應池，池中厭氧微生物具有抗水質沖擊的特點[2]，同時能夠穩定出水水質，使得厭氧出水能夠達到園區污水處理廠接管標準。

復合式厭氧流化床反應器(Up-flow Blanket Filter，簡稱UBF)是在上流式厭氧污泥床(Up-flow Anaerobic Sludge Blanket，簡稱UASB)和厭氧過濾器(Anaerobic Filter，簡稱AF)基礎上開發的新型復合式厭氧反應器[3]。廢水進入UBF，通過底部的布水管均勻地分布在這個UBF底部，廢水上升過程中先在污泥床進行厭氧反應產生甲烷，氣體能夠膨化污泥，使得廢水能夠和厭氧污泥充分接觸，然后通過填料層，填料層將厭氧污泥截留下來，同時填料表面形成的生物膜能夠降解COD，達到廢水的高效去除。楊琦[4]研究了填料層對提高UBF處理廢水效果的研究，結果表明有填料層的UBF的有機物去除率、甲烷產氣率都優于沒有填料層的UBF。張望[5]、李亞新[6]研究UBF處理廢水發現，前置物化預處理有助于提高UBF處理效果，極大地提高COD、NH3-N的去除效果。改進UASB反應器，將填料設置在污泥床上，能夠大大提高厭氧反應器對廢水有機負荷的抗沖擊能力，這主要是因為填料能夠增強微生物濃度，崔宗均等[7]研究表明填料型厭氧反應器能夠大大增強產甲烷微菌濃度，并且提高反應器性能。

基于目前印染廢水處理技術現狀，本研究采用鐵碳微電解-芬頓氧化-UBF復合工藝處理印染廢水，相較于傳統厭氧-好氧生化處理工藝，本工藝前置鐵碳微電解和芬頓氧化-中和沉淀池工藝不僅能夠降低染料廢水色度、COD濃度，同時能夠將染料廢水中環狀、鏈狀的大分子有機物降解為小分子有機物，提高廢水可生化性。同時相較于傳統UASB生化工藝，UBF在污泥層上部設置了填料層，填料層能夠截留顆粒污泥，同時吸附廢水中污染物質，從而提高廢水處理效果。本工藝運行效果穩定，以期為此類廢水處理提供一條高效、穩定的處理工藝。

1 廢水基本性質和處理工藝設計

1.1 廢水特性與工藝流程

本工程進水包括生產車間的廢水、雨水和生活污水。其中生產車間的高鹽廢水通過蒸發析鹽設備將鹽分蒸出后和生活污水、雨水混合。該廠區污水處理能力為1 600 t/d，廢水中主要包括陽離子紅X-GRL，陽離子藍X-GRL和陽離子金黃X-8GL。混合廢水具體生化指標如表1所示。

表1 混合廢水生化指標

本工程廢水處理流程如圖1。主要采用物化預處理和生化處理單元，物化預處理構筑物包括：pH調節池，鐵碳微電解池，芬頓氧化池和中和沉淀池；生化處理單元即UBF反應器。具體構筑物參數如表2所示。

圖1 鐵碳微電解-芬頓氧化-UBF工藝流程圖

表2 污水處理站各構筑物參數

1.2 廢水處理工藝設計

針對廢水水質COD含量很高、色度大、可生化性差的特點，采用鐵碳-芬頓氧化預處理，同時采用抗水質波動的厭氧生化反應進一步降低COD，整個污水站構筑物結構緊湊，處理效果穩定，對于染料廢水有較好的去除效果。

考慮到鐵碳微電解池中更換鐵碳填料人工勞動強度大的現狀，鐵碳池中采用的鐵碳球填料是1000℃高溫燒結的填料，孔隙率達到65%，比表面積1.6m2/g，鐵、碳和催化劑的質量比為8.5：2：1，該鐵碳填料3個月補充一次。鐵碳微電解池出水含有大量的Fe2+離子，因此芬頓氧化池只要泵入30%雙氧水，不需要額外投加Fe2+。為了提高污泥負荷比，保持UBF較高廢水上升流速，UBF回流比為200%～300%。Fe2+在芬頓池中氧化為Fe3+，Fe3+和液堿形成Fe(OH)3起到較好的絮凝作用。中和沉淀池采用豎流式沉淀池，三角堰出水泵入UBF，底部泥斗排泥脫水后作為固廢處理。

2 運行結果與討論

2.1 復合工藝對廢水COD去除效果

該印染廠廢水處理站運行穩定，選取2015年8月份的檢測數據進行分析研究，其他月份運行效果具有類似性。

如圖2所示，鐵碳微電解-芬頓氧化-UBF復合工藝連續運行過程中，進水水質COD有較大的波動，這主要是因為進水是由生活污水、雨水和生產車間廢水混合而成的，同時生產車間生產的染料不同導致進水水質波動性較大，COD濃度波動范圍在4 000～5 500 mg/L，鐵碳微電解池對于COD有一定的去除效果，這主要是因為鐵碳池內Fe和C形成無數個原電池[8]，原電池產生的1.2V電位差對有機物進行降解，同時產生的Fe2+在曝氣的情況下形成Fe3+,對于難降解有機物有一定的絮凝作用，導致COD含量下降，經過鐵碳微電解處理后COD含量下降到3 000 mg/L以下。從圖2中可見，芬頓氧化池對于COD有很強的去除效果，主要是因為鐵碳微電解池產生的原生態Fe2+和Fe3+進入芬頓池后和H2O2反應產生的高級氧化OH·，OH·對于有機物有很強的降解作用，同時能夠將大分子有機物降解成小分子有機物，從而降低COD含量，而通過添加液堿和PAM使得形成的Fe(OH)3絮體能夠吸附有機物混凝沉淀，大大降低有機物含量，從圖中可見芬頓氧化后COD下降到800 mg/L。而UBF對于物化預處理的印染廢水處理效果十分穩定，去除率達到了62.5%，可見UBF反應器作為生化池對于印染廢水有更強的適應性和水質抗沖擊能力，UBF出水穩定在300 mg/L，達到了化工園區污水處理廠的接管標準。可見，復合工藝對于COD有較強的去除效果。

圖2 鐵碳-芬頓氧化-UBF復合工藝對印染廢水COD去除效果

2.2 復合工藝對廢水色度去除效果

印染廢水色度大，這主要是因為印染廢水中含有大量的大分子發色基團，這些發色基團屬于難降解有機物，可生化性很差，微生物無法代謝分解。復合工藝運行過程中，分析了復合工藝各構筑物對于色度的去除效果，如圖3所示。

圖3 鐵碳-芬頓氧化-UBF復合工藝對印染廢水色度去除效果

印染廢水色度主要是由于生產車間廢水引起的，同時由于生產車間生產的產品不同導致廢水中色度波動性很大，由圖3可見，廢水色度1 000～2 000倍。經過鐵碳微電解后，色度有明顯的降低，色度下降到800倍以下，去除率達到60%左右，可見鐵碳微電解對于印染廢水的發色基團有較強的破壞作用；芬頓氧化反應產生的Fe(OH)3對于大分子的發色基團有較好混凝作用[8-10]，導致色度下降到400倍以下，去除率達到50%，UBF反應器中的厭氧污泥能夠降解大分子有機物，同時吸附發色基團等大分子有機物，從而使得色度下降到100倍以下，廢水顏色明顯變淡。可見復合工藝對于色度有較好的去除效果。

2.3 鐵碳微電解-芬頓氧化預處理工藝對于印染廢水生化性的影響

印染廢水生化性差，這主要是由于印染廢水COD主要是大分子有機物，微生物無法代謝分解，目前普遍采用氧化作用將大分子有機物降解成小分子有機物，提高可生化性BOD/COD。

如圖4所示，印染廢水的可生化性在0.1，可生化性差，經過鐵碳微電解后其可生化性提高到0.15，這主要是因為鐵碳原電池形成1.2V電位差能夠破壞大分子有機物，鐵碳微電解將大分子的環狀、鏈狀有機物打開，大分子有機物降解為小分子有機物，提高可生化性[11-12]；經過芬頓氧化后印染廢水的可生化性進一步提高到0.35，這主要是因為芬頓高級氧化工藝形成的氧化性極強的OH·，OH·能夠將絕大數大分子有機物降解為小分子有機物，從而提高印染廢水的可生化性。

圖4 鐵碳微電解-芬頓氧化預處理對印染廢水生化性影響

可見，復合工藝中鐵碳微電解-芬頓氧化預處理不僅能夠降低COD含量，同時鐵碳微電解-芬頓氧化預處理能夠提高印染廢水可生化性，從而提高UBF對印染廢水COD降解效果，同時能夠降低UBF生化池外投C源量。

3 結論

(1)印染廢水COD含量大、可生化性差、水質波動性大，鐵碳微電解的原電池產生的1.2V電位差降解有機物，芬頓氧化產生的OH·降解有機物，UBF反應器底部的厭氧污泥和填料上的生物膜能夠降解微生物，從而使得復合工藝能夠將印染廢水COD從4 000～5 500 mg/L穩定降低到300 mg/L，色度從1 000～2 000倍降低到100倍以下。

(2)鐵碳微電解-芬頓氧化預處理不僅能夠起到降低COD含量，同時產生的氧化作用能夠將印染廢水可生化性從0.1提高到0.35，有助于增強UBF生化池的處理效果。

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A research on printing and dyeing wastewater treatment applying iron carbon micro electrolysis-Fenton oxidation-UBF coupling technology

Lu Kai

(JSTI Group,Nanjing 210000)

Based on the characteristics of high chromaticity, high COD content and poor biodegradability for printing and dyeing wastewater, Iron carbon micro electrolysis-Fenton oxidation-UBF coupling technology was applied to the treatment of wastewater from a given printing and dyeing mill (COD 4000-5000mg/L, chromaticity 1000-2000). Results after one month of continuous operating show that: iron carbon micro electrolysis unit (retention time 4h, pH 2-3), can remove and reduce COD and chromaticity to 3000mg/L and below 800 respectively; while Fenton oxidation unit can remove and reduce COD and chromaticity to 800mg/L and below 400 respectively;UBF unit also operates stably with constant gas production reducing and removing COD and chromaticity to 300mg/L and below 100 respectively.The pretreatment of Iron carbon micro electrolysis-Fenton oxidation can increases the ration of BOD/COD from 0.1 to 0.35, so as to improve the COD removing effect in UBF biochemical pool.

printing and dyeing wastewater; iron carbon micro electrolysis; Fenton oxidation; up-flow blanket filter

2016-08-03;2016-09-06修回

陸凱，男，1987年出生，本科，研究方向：水資源利用與保護。E-mail：1348152687@qq.com

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