ORP调控印染废水水解过程的相关因素分析*

2016-04-19李晓曦吴慧芳段二高蒋曙兰

工业安全与环保 2016年3期

关键词：碱度印染水样

李晓曦　吴慧芳　段二高　蒋曙兰

(南京工业大学环境学院，江苏省工业节水减排重点实验室　南京 211816)

ORP调控印染废水水解过程的相关因素分析*

李晓曦吴慧芳段二高蒋曙兰

(南京工业大学环境学院，江苏省工业节水减排重点实验室南京 211816)

摘要采用水解处理印染废水时，为了研究得出高效运行的ORP综合调控措施及水解反应器的调控运行参数，进行了ORP与水解处理环境条件pH、碱度和COD的相关研究。试验结果表明，ORP与pH或碱度相关性良好；ORP随COD的降解过程，其变化曲线存在一个稳定的ORP最小值点，代表COD大部分被降解，其变化曲线随后缓慢上升至平台，此时COD已是难降解物质。此外，进水COD越大，相应的ORP最小值点出现越晚。

关键词水解ORPpH碱度COD

Analysis of Correlation Factors on Regulating and Controlling the Hydrolysis Process of Printing and Dyeing Wastewater by Using ORP

LI XiaoxiWU HuifangDUAN ErgaoJIANG Shulan

(CollegeofEnvironment,NanjingTechUniversity，JiangsuKeyLaboratoryofIndustrialwater-Conservation&EmissionReductionNanjing211816)

AbstractDuring the hydrolysis treatment of printing and dyeing wastewater, in order to achieve efficient operational oxidation-reduction potential(ORP) comprehensive control measures and reliable exact control parameters of hydrolysis reactor, the relationship between ORP and the environmental conditions including pH, alkalinity and chemical oxygen demand(COD) of hydrolysis treatment is investigated. The results show that there is a good correlation between ORP and pH or alkalinity. Along with the degradation process of COD, the change curve of ORP exists a stable ORP concave point which reflects that most of the COD has been degraded. The change curve tends to be flat and it expresses that COD has been the refractory material. In addition, the higher the influent COD, the later the time that ORP concave point appears.

Key WordshydrolysisORPpHalkalinityCOD

0引言

水解是不完全厌氧反应，溶解氧传感器在此过程中无法发挥作用，而氧化还原电位(oxidation-reduction potential, ORP)是反映水解过程最重要的一个参数，因此ORP能更好地调控水解过程[1]。ORP是系统内各反应过程中所有氧化还原电对的综合情况，影响因素较多，与pH、碱度、化学需氧量(chemical oxygen demand, COD)等关系较大[2]。通过对ORP与水解处理环境条件的相关研究，获得水解环境条件对ORP影响规律。在此基础上，研究得出高效运行的ORP综合调控措施及水解反应器的调控运行参数，为摆脱目前纺织染整行业废水排放面临的困境、实现提标排放、突破环境制约具有重要参考意义。

1试验部分

1.1试验方法

为了研究以pH、碱度和水质作为影响因子，揭示水解环境条件对ORP影响规律，用采集驯化后的污泥，以人工配制的印染废水为处理对象，进行pH、碱度、水质单因子影响摇瓶试验。在其他影响因子不变的条件下，改变待测因子的水平，揭示其对ORP的影响规律。

将恒温水浴摇床设定为温度30 ℃，转速150 r/min，运行周期为24 h[3]。用0.1 mol/L的HCl和0.1 mol/L的NaOH单向调节水样pH值[4]，改变pH值为5，6，7，8，9，10，11。碱度的改变通过分别投加碳酸氢钠0.01，0.02，0.04，0.08，0.16，0.32 g来改变。水质改变COD分别为100.8，201.6，403.2，806.4 mg/L。分别取水样90 mL与污泥10 mL，置于250 mL锥形瓶中，并用保鲜膜将锥形瓶瓶口密封，放置摇床中运行一周期后测其ORP。其中研究ORP变化与COD降解的相关性，采用每隔一段时间采样，测其ORP与COD。

1.2污泥接种与培养

将从江心洲污水厂采集的厌氧活性污泥置于桶中，每天取出一定量水并投加相同量人工配制的印染废水(COD为201.6 mg/L)，连续驯化一周左右，形成沉淀性能良好的活性污泥[5]。SV为16%，MLSS为2 559 mg/L。

1.3试验用水样

水样采用人工配制的低浓度含PVA及染料废水，水样配制由PVA和活性艳蓝组成，其中PVA浓度100 mg/L，活性艳蓝浓度50 mg/L。水样水质指标如表1。

表1　水样水质指标

2结果分析

2.1ORP变化与pH值的相关性

摇床设定不变，水样碱度为24.47 mg/L，COD为201.6 mg/L，污泥初始MLSS为2 559 mg/L的条件下，改变水样的pH值分别为5.03，6.02，7.01，7.97，8.99，10.04，10.95，考察ORP变化与pH值的相关性。

由图1可见，随着水样pH值的升高，水样的ORP呈现下降趋势。水样pH值升高6个单位，ORP下降了26 mV。相当于每升高1个单位的pH值，ORP相应下降3.7 mV。

ORP变化与pH值之间表现出良好的线性关系，符合能斯特方程。其回归直线方程：y=-3.937 9x+29.48，相关性指数R2=0.926 8。水解酸化的生物系统虽然复杂，但是其氧化还原性与酸碱性之间的变化规律仍与纯溶液一致[6]。

图1　pH值对ORP的影响

2.2ORP变化与碱度的相关性

通过酸碱指示剂滴定法测得水样不含碳酸盐碱度，其重碳酸盐碱度(以CaCO3计)为24.47 mg/L。摇床设定不变，水样pH为7～8，COD为201.6 mg/L，污泥初始MLSS为2 559 mg/L的条件下，改变水样的碱度分别为97.88，155.38，272.83，507.73，1 019.13，2 025.28 mg/L，考察ORP变化与碱度的相关性。

由图2可见，随着成倍投加碳酸氢钠的克数，其pH在碱度为0～300 mg/L时上升速率较大。ORP随碱度的升高而下降。且在碱度小于300 mg/L时，ORP下降速率较大，随后ORP下降速率减小。

图2　碱度对ORP的影响

原始水样的pH和ORP分别是7.85和-0.2 mV。分别投加不同克数的碳酸氢钠后，pH值升高，ORP下降。为了更好地理解pH和ORP之间的关系，图3使图2中的数据更具直观性。由图3可知，pH和ORP之间表现出良好的线性关系，其回归直线方程：y=-68.86x+557.01，相关性指数R2=0.932 2。

图3　pH和ORP值的关系(数据来自图2)

碱度由24.47 mg/L上升至2 025.28 mg/L，相应的pH值升高0.97，引起的ORP下降72 mV，等价于每提高1个单位的pH值，ORP下降74.2 mV。

由此可见，重碳酸盐碱度比单纯氢氧化物碱度使pH值升高从而使ORP下降的多，说明碱度与ORP下降的关系不仅是由于pH值升高而引起的，还与碱度本身的作用有关[7]。

2.3ORP与COD降解的相关性

摇床设定不变，水样pH为7～8，碱度为24.47 mg/L，污泥初始MLSS为2 559 mg/L的条件下，改变水样的COD，考察ORP变化与COD降解的相关性。

综合图4～图7可以看出，在反应初始短时间内，ORP下降剧烈，之后又不同幅度回升。待反应稳定后，ORP首先呈下降趋势，在50～100 min时下降至最小值。在此之前，COD大幅下降，且下降幅度较大。随后ORP开始以越来越小的速率上升，在120 min后，变化趋于平缓。此时，COD下降幅度减小。ORP与COD降解存在一定的相关性[8]。

图4　初始COD为806.4 mg/L时COD和ORP的相关性

图5　初始COD为403.2 mg/L时COD和ORP的相关性

图6　初始COD为201.6 mg/L时COD和ORP的相关性

图7　初始COD为100.8 mg/L时COD和ORP的相关性

在进行水解摇瓶试验时，进水中的颗粒或胶体物质主要是被污泥中的微生物吸附在其表面，这是一个快速的物理作用[9]。这就解释了图4～图7中ORP变化曲线在反应一开始迅速下降的原因。随后ORP出现不稳定的上升是由于摇床的转速使锥形瓶

内的溶解氧上升，导致相应的ORP上升。

待系统稳定后，在反应初始阶段，水样中的有机物被微生物通过吸附作用截留在污泥表面。在此过程中，ORP逐渐减小，直至达到最小值点，同时COD大幅下降。之后，微生物开始将吸附在其表面的有机物慢慢地分解代谢、合成自身细胞[9]。在此过程中，有机物被氧化成无机物质，ORP开始上升。最后，COD达到难降解程度，系统内溶解氧趋于稳定，使ORP变化趋于平缓[10]。

3结论

(1)采用水解法处理印染废水，ORP与pH之间存在良好的线性关系，其变化规律符合能斯特方程。

(2)ORP与碱度之间的相关性良好。碱度能引起氧化还原电位的下降，有碱度本身的作用。

(3)随COD的降解过程，ORP变化曲线中最小值点代表COD大部分被降解；其变化曲线随后缓慢上升至平台，此时COD已是难降解物质。此外，进水COD越大，相应的ORP最小值点出现越晚。

参考文献

[1]陈贵生.基于ORP的Carrousel氧化沟脱氮除磷联动调控生产性试验研究[D].重庆:重庆大学,2013.

[2]陆文俊.生境氧化还原电位影响淀粉酸化末端产物分布规律研究[D].上海:华东理工大学,2013.

[3]陈超鹏.活性污泥法对印染废水中典型染料的去除机理研究[D].上海:东华大学,2008.

[4]徐华成,徐晓军,王凯,等.饮用水氧化还原电位的影响因素分析[J].苏州科技学院学报(工程技术版), 2007,20(2):63-66.

[5]任南琪.产酸发酵微生物生理生态学[M].北京:科学出版社,2005.

[6]姚艳.活性污泥缓冲性能的研究[D].天津:天津大学,2009.

[7]殷皓.氧化还原电位对膨胀颗粒污泥床反应器的指示作用[J].工业用水与废水,2009,40(3):53-55.