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法(氧化法、混凝法)、生物法(厭氧、好氧工藝)以及物理化學法(吸附法、膜技術法)。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)外采用電化學法處理印染廢水取得了不錯的進展。電化學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、易還原以及導電介質(zhì)自發(fā)進行反應從而達到廢水處理的目的，在印染廢水脫色及生化預處理方面的效果良好。
為了進一步提高廢水處理的出水水質(zhì)，電化學法組合其他工藝也是近年來發(fā)展的熱點。曝氣膜生物反應器(MABR)是一種通過疏水性中空纖維膜對微生物進行無泡曝氣，通過生物膜對廢水中有機物的降解和氧化達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。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行預處理，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)進行轉(zhuǎn)化為易降解的有機物;并優(yōu)化物化反應條件。之后將物化處理后的廢水接入MABR系統(tǒng)進行優(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，以確定合適的反應條件。
1.2.2 生化處理
MABR實驗裝置如圖1所示。
反應器材質(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，并且進水pH保持在6～9。壓縮空氣通過氣泵供應給膜內(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器，采用逐漸增大進水COD的方式進行培養(yǎng)15～20d后，形成穩(wěn)定的生物膜后，認為馴化成功。
對物化處理后的廢水，進行COD負荷及水力停留時間(HRT)的優(yōu)化。
2、結果與討論
2.1 物化處理
2.1.1 鐵碳質(zhì)量比的影響
在pH為5(原水)、曝氣反應時間為5h時，選取不同鐵碳質(zhì)量比進行單因素實驗。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，去除率達到最大。原因是合適的鐵碳比能使微電池的數(shù)量達到最大，從而釋放更多的自由基，達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，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、曝氣反應時間5h時，調(diào)節(jié)不同pH進行單因素實驗，結果如表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，選取不同曝氣反應時間進行單因素實驗，結果見圖3。
從圖3可以看出，反應時間越長，去除效果越好。當反應時間為6h時，其去除率基本與5h持平，說明鐵碳微電解已經(jīng)進行到后期。因此，選取反應時間5h為宜。
2.1.4 優(yōu)化反應條件下的處理
從以上實驗中可以知優(yōu)化的反應條件，鐵碳質(zhì)量比為3:1、pH為5.0(原水)、曝氣反應時間為5h。在此優(yōu)化條件下反應后的廢水水質(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，破壞某些有機物質(zhì)的分子結構，達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，加入反應器中，循環(huán)24h后排空，之后重新加入混合液后繼續(xù)進行循環(huán)，1周后開始連續(xù)進水并逐漸加大進水負荷，15d后膜面出現(xiàn)黃色生物膜，且逐漸加厚并布滿膜面，認為掛膜成功，此時開始進物化處理后的廢水，并對反應器進行優(yōu)化。
2.2.2 COD負荷優(yōu)化
在HRT為6h時，選取不同COD負荷(4、5、6、7、8、9g/(m2•d))進行單因素實驗。出水的COD及色度去除率隨COD負荷的變化情況如圖5所示。
從圖5可以看出，COD負荷在4～7g/(m2•d)時，去除率逐漸升高;而隨著COD負荷的進一步升高，去除率降低。原因是負荷低時，微生物營養(yǎng)不夠，需要底料滿足生理需要;而負荷太高，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負荷為7g/(m2•d)。
2.2.3 HRT優(yōu)化
在COD負荷為7g/(m•2d)時，選取不同HRT(2、3、4、5、6、7h)進行單因素實驗，結果如圖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93.8%、88.9%、92.5%、91.6%。
3、結論
采用鐵碳微電解-曝氣膜生物反應器(物化-生化)組合工藝對河北省某印染廠的工業(yè)廢水進行了處理。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。( >
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