2·2　試驗裝置
　　2·2·1　內電解裝置
　　內電解反應柱為?180 mm×1 000 mm的有機玻璃柱,柱內的鐵屑和活性炭按照1:1的體積比裝填,反應柱底部設曝氣裝置,曝氣量可通過空氣流量計進行調節。污水下進上出。
　　鐵屑取自天津某機械廠車間,使用前先用20%的NaOH溶液浸泡搓洗除油,然后漂洗至中性,再用1·5%的稀鹽酸浸泡5 h去除鐵屑表面的氧化物。活性炭使用前先用原水浸泡24 h使其吸附飽和,然后用3%的稀鹽酸浸泡30 min進行活化。
　　通過控制進水流量來控制該工藝的HRT。利用20%硫酸溶液調節進水pH,在每次改變運行參數后讓反應器連續穩定運行10 h,內電解出水加石灰調節pH至8~9將Fe2+沉淀,靜置30 min后取上清液進行測定。
　　2·2·2　SMBR裝置
　　反應器主體為有機玻璃材質,有效容積為60 L。中空纖維膜組件膜材質為聚丙烯,膜孔徑為0·1μm,膜表面積為4 m2,膜組件長度為0·5 m。反應器底部曝氣裝置,控制氣水比25∶1~40∶1,維持裝置內溶解氧濃度為2~4 mg/L。
　　取天津市某生活污水處理廠的二沉池回流污泥放入反應器中,取回的污泥配以一定量的營養液并曝氣加以培養,使其恢復活性。在已經優化內電解的操作條件且當內電解運行效果穩定后,取沉淀罐出水,逐漸加大其在進水中所占的比例進行馴化,直到其所占比例達100%進入生物反應器為止。判斷污泥馴化完成的標準是有機物的去除率達到了80%以上,且連續穩定運行5天。
　　2·2·3　混凝加藥裝置
　　石灰混凝加藥裝置主要由配藥罐及加藥蠕動泵組成。配藥罐為304不銹鋼材質,?220 mm×300 mm。
　　2·2·4　沉淀罐
　　沉淀罐罐體用有機玻璃制成,?240 mm×450mm,有效容積14 L。
　　2·3　原水水質
　　本試驗用水取自某印染企業排放污水,該廠原有處理工藝主要由絮凝沉降和生化單元組成,由于原水中含有一定量的毒害物質,導致微生物受到抑制和毒害,整套工藝運行一直不理想,不能保證產水達標排放。原水水質指標見表1。
 

 

　　2·4　試驗方法
　　和氨氮的測定分別采用重鉻酸鉀氧化法和鈉氏試劑比色法;CN-采用異煙酸-巴比妥酸分光光度法;SS采用重量法測定;pH的檢測使用便攜式pH儀;色度采用稀釋倍數法。各指標具體檢測過程見參考文獻[7]。
　　3.結果與討論
　　主要選取COD和氨氮來表征該工藝的運行效果。
　　3·1　內電解操作條件優化
　　影響內電解效果的主要因素有進水pH、反應時間和曝氣量等。由于在內電解中鐵作為陽極不斷被腐蝕,而炭作為陰極基本無消耗,所以在內電解反應器中鐵和炭的比例處于不斷的變化之中,故此在實際應用中,鐵和炭的比例不作為一個主要的影響因素。在經過前期試驗參數摸索工作之后,主要考察反應時間、進水pH值和曝氣量三個因素。
　　3·1·1　反應時間的影響
　　相同實驗條件下,考察在不同的反應時間下出水COD去除效果,結果如圖2所示。
 

     

 

　　試驗結果表明隨著反應時間的增加,COD的去除率逐漸上升。當反應時間為1·5 h時,廢水COD由進水的1 532 mg/L下降到648 mg/L,隨后再延長反應時間效果增加不明顯,故確定試驗反應時間為1·5 h。
　　3·1·2　進水pH值對COD去除率的影響
　　染料廢水pH對內電解處理效果的影響見圖3。

 

   
 

　　可以看出,同一廢水水樣,在反應時間、曝氣量相同條件下,染料廢水COD去除率隨pH值升高而降低。這一現象可做如下解釋:在酸性條件下,鑄鐵電極本身及電極反應生成的新生態H、Fe2+等都具有較高的化學活性,能與廢水中許多組分發生反應,具有去除污染物的作用。
　　當pH由7變化到1時,內電解COD去除率由10%提高到57%,pH=4時,COD的去除率已經達到51%以上,盡管繼續減小pH值,可增加COD的去除率,但從曲線變化的趨勢看到,廢水的COD去除率增加的幅度趨緩,且pH值越低,調節酸用量增加,導致之后調pH時石灰的用量也增加。因此,試驗選擇內電解的反應pH值為4。
　　3·1·3　曝氣量對COD去除率的影響
　　有研究表明適量的曝氣能夠強化內電解的處理效果[8],這是因為O-Fe原電池的電位差大于H-Fe,從而增大了反應動力,提高了反應速度,增強了處理效果。但本試驗的研究結果表明在曝氣的情況下內電解出水的COD去除效果沒有明顯的增加趨勢,反而有下降的趨勢。結果如圖4所示。

  
 

　　分析原因可能是由于曝氣后水中的Fe2+迅速和氧氣反應生成了Fe3+,破壞了Fe2+的活性使得COD去除效果變差,故就本研究而言,不采用曝氣方式。內電解反應器操作條件得到優化后的運行方式是進水pH值為4,反應時間為1·5h,無曝氣。
　　3·2　內電解處理效果
　　內電解運行參數按照3·1確定之后,每隔3天取樣1次,分別測定內電解進水及沉淀池出水COD和氨氮,結果如圖5、圖6所示,可以看出該工藝中的內電解預處理單元運行效果穩定,對COD的去除率保持在61%左右。出水氨氮不降反升,分析原因是Fe作為電子供體,使得原水中的硝酸鹽氮及亞硝態氮被發還原為氨氮。
 

   
 

　　3·3　整套工藝連續運行情況
　　為考察整套工藝的穩定性,按圖2的工藝流程運行,控制內電解進水pH值為4,控制內電解反應器、沉淀罐及SMBR水利停留時間分別為1·5,1 h和4·2h。連續運行55天,檢測其處理效果,每階段的具體試驗數據如圖7、圖8所示。
 

     
 

　　在接近兩個月的運行時間里該工藝能夠保持良好的處理效果。工藝進水COD均值為1468 mg/L,出水COD<100 mg/L,去除率超過93%。進水氨氮均值62 mg/L,出水氨氮< 12·5 mg/L,平均去除率為88%,各段工藝運行穩定。
　　·結論
　　內電解作為預處理工藝,在鐵碳比為1∶1,pH為4,停留時間為1·5 h,無曝氣的試驗條件下,對初始COD平均濃度為1540mg/L的印染廢水COD去除率可達60·5%,對氨氮的去除效果不明顯。
　　整套工藝連續運行試驗結果表明:控制內電解反應器、沉淀罐及SMBR的HRT分別為1·5,1 h和4·2 h,內電解-SMBR組合工藝處理印染廢水是可行的,COD去除率超過93%,氨氮平均去除率為88%,出水水質穩定,產水達到GB4287-92一級標準。
　　參考文獻:
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       [2]劉增超,劉文輝,鄭先俊.電絮凝—氣浮法處理印染廢水[J].化工環保,2006,26(4):280-282.

       [3]張建生,張錚,馬清潤.內電解技術在水處理方面的研究及應用[J].環境科學與技術,2009,32(12):207-208.

        [4]馬紅芳.內電解提高印染廢水生物處理的研究[J].工業用水與廢水,2003,34(4):29-32.

        [5]Chang I S, Kim S N. Wastewater treatment using membrane filtra-tion-effect

        of biosolids concentration on cake resistance[J]. Process Biochemistry,

        2005, 40(3-4):1307-1314.

        [6]Jiang Tao, Kennedy Mafia D, van der Meer walter G J, et al. Therole

         of blocking and cake filtration in MBR fouling[J]. Desalination,2003,

        157(1-3):335-343.

        [7]國家環保局.水和廢水檢測分析方法[M].3版·北京:中國環境科學出版社,1989.

       [8]于軍,秦霄鵬,高磊,等.內電解技術處理有機廢水的應用進展[J].中國給水排水,2009,25(12):12-15·

　　作者通信處:　李長洪　300308　天津市空港經濟區西三道166號投資服務中心環保局
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