铁碳微电解-芬顿氧化-UBF复合工艺处理印染废水运行效果研究

陆 凯

(苏交科集团股份有限公司， 南京 210000)

铁碳微电解-芬顿氧化-UBF复合工艺处理印染废水运行效果研究

陆 凯

(苏交科集团股份有限公司， 南京 210000)

针对印染废水色度大、COD高和可生化性差的特点，采用铁碳微电解-芬顿氧化-UBF复合工艺处理某印染厂生产废水(COD 4 000～5 500 mg/L，色度1 000～2 000倍)展开了研究。一个月连续运行结果表明：铁碳微电解(停留时间4 h，pH 2～3)能够将COD、色度分别降低到3 000 mg/L和800倍以下；芬顿氧化将COD、色度降低到800 mg/L和400倍以下；UBF运行稳定，其产气量均匀，出水COD、色度分别下降到300 mg/L和100倍以下。铁碳-芬顿预处理能够将印染废水可生化性BOD/COD从0.1提高到0.35，从而提高UBF生化池去除COD效果。

印染废水；铁碳微电解；芬顿氧化；复合式厌氧流化床反应器

印染废水具有色度大、COD高和可生化性差的特点，是化工园区废水的重要组成部分，也是化工园区废水治理的难点[1]。目前采用传统的物理、化学和生物处理技术不仅经济性差，而且处理效果差。近年来采用物理-化学预处理大大降低COD浓度，同时提高印染废水可生化性，物化预处理的废水进入厌氧反应池，池中厌氧微生物具有抗水质冲击的特点[2]，同时能够稳定出水水质，使得厌氧出水能够达到园区污水处理厂接管标准。

复合式厌氧流化床反应器(Up-flow Blanket Filter，简称UBF)是在上流式厌氧污泥床(Up-flow Anaerobic Sludge Blanket，简称UASB)和厌氧过滤器(Anaerobic Filter，简称AF)基础上开发的新型复合式厌氧反应器[3]。废水进入UBF，通过底部的布水管均匀地分布在这个UBF底部，废水上升过程中先在污泥床进行厌氧反应产生甲烷，气体能够膨化污泥，使得废水能够和厌氧污泥充分接触，然后通过填料层，填料层将厌氧污泥截留下来，同时填料表面形成的生物膜能够降解COD，达到废水的高效去除。杨琦[4]研究了填料层对提高UBF处理废水效果的研究，结果表明有填料层的UBF的有机物去除率、甲烷产气率都优于没有填料层的UBF。张望[5]、李亚新[6]研究UBF处理废水发现，前置物化预处理有助于提高UBF处理效果，极大地提高COD、NH3-N的去除效果。改进UASB反应器，将填料设置在污泥床上，能够大大提高厌氧反应器对废水有机负荷的抗冲击能力，这主要是因为填料能够增强微生物浓度，崔宗均等[7]研究表明填料型厌氧反应器能够大大增强产甲烷微菌浓度，并且提高反应器性能。

基于目前印染废水处理技术现状，本研究采用铁碳微电解-芬顿氧化-UBF复合工艺处理印染废水，相较于传统厌氧-好氧生化处理工艺，本工艺前置铁碳微电解和芬顿氧化-中和沉淀池工艺不仅能够降低染料废水色度、COD浓度，同时能够将染料废水中环状、链状的大分子有机物降解为小分子有机物，提高废水可生化性。同时相较于传统UASB生化工艺，UBF在污泥层上部设置了填料层，填料层能够截留颗粒污泥，同时吸附废水中污染物质，从而提高废水处理效果。本工艺运行效果稳定，以期为此类废水处理提供一条高效、稳定的处理工艺。

1 废水基本性质和处理工艺设计

1.1 废水特性与工艺流程

本工程进水包括生产车间的废水、雨水和生活污水。其中生产车间的高盐废水通过蒸发析盐设备将盐分蒸出后和生活污水、雨水混合。该厂区污水处理能力为1 600 t/d，废水中主要包括阳离子红X-GRL，阳离子蓝X-GRL和阳离子金黄X-8GL。混合废水具体生化指标如表1所示。

表1 混合废水生化指标

本工程废水处理流程如图1。主要采用物化预处理和生化处理单元，物化预处理构筑物包括：pH调节池，铁碳微电解池，芬顿氧化池和中和沉淀池；生化处理单元即UBF反应器。具体构筑物参数如表2所示。

图1 铁碳微电解-芬顿氧化-UBF工艺流程图

表2 污水处理站各构筑物参数

1.2 废水处理工艺设计

针对废水水质COD含量很高、色度大、可生化性差的特点，采用铁碳-芬顿氧化预处理，同时采用抗水质波动的厌氧生化反应进一步降低COD，整个污水站构筑物结构紧凑，处理效果稳定，对于染料废水有较好的去除效果。

考虑到铁碳微电解池中更换铁碳填料人工劳动强度大的现状，铁碳池中采用的铁碳球填料是1000℃高温烧结的填料，孔隙率达到65%，比表面积1.6m2/g，铁、碳和催化剂的质量比为8.5：2：1，该铁碳填料3个月补充一次。铁碳微电解池出水含有大量的Fe2+离子，因此芬顿氧化池只要泵入30%双氧水，不需要额外投加Fe2+。为了提高污泥负荷比，保持UBF较高废水上升流速，UBF回流比为200%～300%。Fe2+在芬顿池中氧化为Fe3+，Fe3+和液碱形成Fe(OH)3起到较好的絮凝作用。中和沉淀池采用竖流式沉淀池，三角堰出水泵入UBF，底部泥斗排泥脱水后作为固废处理。

2 运行结果与讨论

2.1 复合工艺对废水COD去除效果

该印染厂废水处理站运行稳定，选取2015年8月份的检测数据进行分析研究，其他月份运行效果具有类似性。

如图2所示，铁碳微电解-芬顿氧化-UBF复合工艺连续运行过程中，进水水质COD有较大的波动，这主要是因为进水是由生活污水、雨水和生产车间废水混合而成的，同时生产车间生产的染料不同导致进水水质波动性较大，COD浓度波动范围在4 000～5 500 mg/L，铁碳微电解池对于COD有一定的去除效果，这主要是因为铁碳池内Fe和C形成无数个原电池[8]，原电池产生的1.2V电位差对有机物进行降解，同时产生的Fe2+在曝气的情况下形成Fe3+,对于难降解有机物有一定的絮凝作用，导致COD含量下降，经过铁碳微电解处理后COD含量下降到3 000 mg/L以下。从图2中可见，芬顿氧化池对于COD有很强的去除效果，主要是因为铁碳微电解池产生的原生态Fe2+和Fe3+进入芬顿池后和H2O2反应产生的高级氧化OH·，OH·对于有机物有很强的降解作用，同时能够将大分子有机物降解成小分子有机物，从而降低COD含量，而通过添加液碱和PAM使得形成的Fe(OH)3絮体能够吸附有机物混凝沉淀，大大降低有机物含量，从图中可见芬顿氧化后COD下降到800 mg/L。而UBF对于物化预处理的印染废水处理效果十分稳定，去除率达到了62.5%，可见UBF反应器作为生化池对于印染废水有更强的适应性和水质抗冲击能力，UBF出水稳定在300 mg/L，达到了化工园区污水处理厂的接管标准。可见，复合工艺对于COD有较强的去除效果。

图2 铁碳-芬顿氧化-UBF复合工艺对印染废水COD去除效果

2.2 复合工艺对废水色度去除效果

印染废水色度大，这主要是因为印染废水中含有大量的大分子发色基团，这些发色基团属于难降解有机物，可生化性很差，微生物无法代谢分解。复合工艺运行过程中，分析了复合工艺各构筑物对于色度的去除效果，如图3所示。

图3 铁碳-芬顿氧化-UBF复合工艺对印染废水色度去除效果

印染废水色度主要是由于生产车间废水引起的，同时由于生产车间生产的产品不同导致废水中色度波动性很大，由图3可见，废水色度1 000～2 000倍。经过铁碳微电解后，色度有明显的降低，色度下降到800倍以下，去除率达到60%左右，可见铁碳微电解对于印染废水的发色基团有较强的破坏作用；芬顿氧化反应产生的Fe(OH)3对于大分子的发色基团有较好混凝作用[8-10]，导致色度下降到400倍以下，去除率达到50%，UBF反应器中的厌氧污泥能够降解大分子有机物，同时吸附发色基团等大分子有机物，从而使得色度下降到100倍以下，废水颜色明显变淡。可见复合工艺对于色度有较好的去除效果。

2.3 铁碳微电解-芬顿氧化预处理工艺对于印染废水生化性的影响

印染废水生化性差，这主要是由于印染废水COD主要是大分子有机物，微生物无法代谢分解，目前普遍采用氧化作用将大分子有机物降解成小分子有机物，提高可生化性BOD/COD。

如图4所示，印染废水的可生化性在0.1，可生化性差，经过铁碳微电解后其可生化性提高到0.15，这主要是因为铁碳原电池形成1.2V电位差能够破坏大分子有机物，铁碳微电解将大分子的环状、链状有机物打开，大分子有机物降解为小分子有机物，提高可生化性[11-12]；经过芬顿氧化后印染废水的可生化性进一步提高到0.35，这主要是因为芬顿高级氧化工艺形成的氧化性极强的OH·，OH·能够将绝大数大分子有机物降解为小分子有机物，从而提高印染废水的可生化性。

图4 铁碳微电解-芬顿氧化预处理对印染废水生化性影响

可见，复合工艺中铁碳微电解-芬顿氧化预处理不仅能够降低COD含量，同时铁碳微电解-芬顿氧化预处理能够提高印染废水可生化性，从而提高UBF对印染废水COD降解效果，同时能够降低UBF生化池外投C源量。

3 结论

(1)印染废水COD含量大、可生化性差、水质波动性大，铁碳微电解的原电池产生的1.2V电位差降解有机物，芬顿氧化产生的OH·降解有机物，UBF反应器底部的厌氧污泥和填料上的生物膜能够降解微生物，从而使得复合工艺能够将印染废水COD从4 000～5 500 mg/L稳定降低到300 mg/L，色度从1 000～2 000倍降低到100倍以下。

(2)铁碳微电解-芬顿氧化预处理不仅能够起到降低COD含量，同时产生的氧化作用能够将印染废水可生化性从0.1提高到0.35，有助于增强UBF生化池的处理效果。

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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

陆凯，男，1987年出生，本科，研究方向：水资源利用与保护。E-mail：1348152687@qq.com

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