鐵炭微電解―混凝沉淀―MBBR工藝處理腈綸廢水

腈綸生產工藝分為干法和濕法紡絲兩大類，濕法又分為一步法和二步法。因二步法具有產品質量好、原料單耗低、排放污染物少的明顯優點，20 世紀90 年代后的新建項目大多采用國產化二步法工藝。但二步法所產生的腈綸廢水是一種較難生化處理的工業廢水，B/C 僅為0.1~0.2〔1〕，而且含有SCN-和低聚物，SCN-對生物具有毒害作用，低聚物則易于包裹生物酶，造成污水處理系統中的微生物活性下降，故腈綸廢水經傳統工藝處理后COD 往往偏高〔2〕。因此，有必要將物化法與生化法相結合，在生化處理前設置預處理工藝來改善腈綸廢水的可生化性。

筆者以鐵炭微電解―混凝沉淀作為預處理手段，以移動床生物膜反應器（MBBR）作為生化處理工藝，對腈綸廢水進行了處理試驗，并取得了較好的處理效果。

1 試驗部分

1.1 試驗廢水

試驗所用腈綸廢水水質：COD 1 360 ~2 540mg/L，BOD 615~813 mg/L，氨氮46~68 mg/L，NO2-0.1~0.3 mg/L，NO3- 14~18 mg/L，濁度13~52 NTU，pH5.9~6.3。

1.2 試驗裝置

1.2.1鐵炭微電解裝置

試驗采用1 套鐵炭微電解裝置，連續進水。裝置有效容積1.15 L，曝氣量4 L/min。以鑄鐵件加工過程產生的刨花鐵屑和飽和活性炭為填料，填充層高16 cm。刨花鐵屑尺寸約為1 mm×2 mm，鐵屑在使用前先用質量分數為4%的NaOH 溶液浸泡6 h，以去除表面的油污，然后用質量分數為1%的鹽酸浸泡活化5 h，去除表面的氧化層，最后用清水洗滌至中性。粒狀活性炭尺寸約為1 mm×2 mm，使用前用腈綸廢水浸泡24 h，然后放入烘箱中烘干。

1.2.2 MBBR 反應器

反應器有效容積為1 L，采用連續進水方式，鼓風曝氣。反應器填裝輕質有機填料，填充率為30%。這種填料密度接近于水，在曝氣條件下可隨水流波動。

1.3 工藝路線與試驗方法

1.3.1工藝路線

試驗工藝流程如圖1 所示。

圖1 試驗工藝流程

1.3.2鐵炭微電解與混凝沉淀試驗方法

鐵炭比、反應時間、進水pH 是影響鐵炭反應效率的3 個關鍵因素〔3〕，本試驗在反應裝置其他各項參數基本不變的情況下，將上述3 個關鍵因素取不同值，進行3因素5水平正交試驗。然后對鐵炭微電解裝置出水進行混凝沉淀�；炷恋淼木唧w方法為：

加入NaOH 溶液，將出水pH 調至8.0，攪拌后沉淀30 min，取上清液，測定其COD 和濁度，并以此為評價指標，分析正交試驗結果，得出最佳的工藝參數組合。然后在試驗組合中選取COD去除率最高的3組，與根據正交試驗得出的理論最佳參數組合在原水水質完全相同的情況下進行對照試驗，對鐵炭微電解預處理腈綸廢水的適宜工藝條件進行研究。

1.3.3 MBBR 運行方式

反應器中裝入30%填料和取自生活污水廠二沉池的污泥，加入營養物質悶曝24 h 后，倒掉污泥，用清水洗去填料表面泥水后再將填料放回反應器內馴化培養〔4〕。馴化階段在腈綸廢水中加入一定比例的生活污水以加快生物膜的生長。馴化完成后，將經過上述鐵炭微電解最佳工藝條件處理過的混凝沉淀出水作為MBBR 的唯一污水來源，連續運行30 d，每日測定反應器出水靜沉30 min 后的上清液的COD 和氨氮。

2 結果與分析

2.1 鐵炭微電解試驗（混凝沉淀后）結果分析

鐵炭微電解正交試驗結果如表1 所示。

表1 鐵炭微電解正交試驗結果（混凝沉淀后）

由表1 可以發現，在第4 組、第9 組、第21 組試驗工藝條件下，鐵炭微電解對廢水COD 具有較為顯著的去除效果。當V（Fe）/V（C）為0.5、進水pH 為5、反應時間為2.0 h 時，沉淀后廢水COD 去除率為83.17%；當V（Fe）/V（C）為1、進水pH 為5、反應時間為2.5 h 時，沉淀后廢水COD 去除率為80.42%；當V（Fe）/V（C）為2.5、進水pH 為2、反應時間為2.5 h 時，沉淀后廢水COD 去除率為82.11%。鐵炭微電解裝置對廢水COD 去除率的正交試驗直觀分析見表2。

表2 正交試驗的COD 去除率直觀分析表

由表2 可知，在影響鐵炭微電解反應器效能的3 個關鍵因素中，最為重要的是進水pH，其次是反應時間，V（Fe）/V（C）影響最小。這可能是因為，鐵屑中含有較多的惰性雜質，在不另外加入飽和活性炭的情況下即可與鐵形成一個個微小的原電池，使得外加碳元素在鐵炭微電池體系中表現為過量狀態，對體系分解污水中有機物的能力影響不大。

通過對正交試驗均值的分析可以發現，當V（Fe）/V（C）為2.5、進水pH 為2、反應時間為2.5 h時，在理論上，該鐵炭微電解裝置對腈綸廢水的處理能力達到最大，這一理論最佳工藝條件與第21組試驗條件完全相同。為了進一步對最佳工藝條件進行確認，在原水水質完全相同，即COD 為2 128.6 mg/L，濁度為26.10 NTU 的情況下，重復第4 組、第9 組、第21 組試驗，通過對照試驗確定出最佳工藝條件，試驗結果見表3。

表3 對比試驗結果

由表3 可知，第4 組COD 去除率最高，濁度最低，B/C 達到0.54，可生化性良好，有利于后續生化段對污水的處理。因此，第4 組試驗的工藝條件為最佳工藝條件。

2.2 MBBR 運行結果分析

經過15 d 的掛膜與馴化后，在MBBR 的填料表面微生物附著生長現象明顯，形成生物膜。生物膜的外觀形態如圖2 所示。

圖2 MBBR 填料生物膜外觀

完成MBBR 的掛膜與微生物馴化培養后，以第4 組試驗條件下的鐵炭微電解+混凝沉淀后出水為MBBR 的進水，進行為期30 d 的生化試驗。試驗結果如圖3 所示。

圖3 MBBR 運行情況

由圖3 可知，在連續進水期間，MBBR 對COD的去除率呈現出不斷上升的趨勢，在第20 天后，出水COD 穩定至100 mg/L 以下，COD 去除率為76%~81%。在試驗開始階段，MBBR 出水中的氨氮濃度與進水氨氮濃度呈明顯的正相關關系，在反應器連續運行一段時間后，這種關系不再顯著，MBBR 對氨氮的去除率逐漸提高，出水氨氮接近15 mg/L，并呈進一步下降的趨勢。這是由于硝化細菌屬于自養微生物，其較異養微生物更難于培養。試驗結果表明，MBBR 對經過鐵炭微電解與混凝沉淀預處理的腈綸廢水中的污染物具有高效穩定的去除能力。

3 結論

（1）V（Fe）/V（C）、進水pH、反應時間是影響鐵炭微電解裝置處理腈綸廢水的3個關鍵因素，其中最為重要的影響因素是進水pH，其次是反應時間，V（Fe）/V（C）的影響最小。

（2）在鐵炭微電解裝置填充率為70%及曝氣的工況下，當V（Fe）/V（C）為0.5、進水pH 為5、反應時間為2.0 h 時，鐵炭微電解+混凝沉淀對腈綸廢水COD去除率可達80%以上，同時可生化性顯著提高。

（3）MBBR 對經過上述鐵炭微電解+混凝沉淀工藝處理過的腈綸廢水具有高效穩定的去除能力。在反應器連續運行20 d 后，MBBR 出水COD 穩定至100 mg/L 以下，出水氨氮接近15 mg/L，并呈進一步下降的趨勢。

（4）鐵炭微電解―混凝沉淀―MBBR 工藝可以避免傳統腈綸廢水處理工藝的弊端，能夠明顯地降低腈綸廢水的COD 與氨氮，這一工藝是處理腈綸廢水的有效方法。

［參考文獻］

［1］張亞雷，趙建夫，顧國維. 二步法腈綸廢水有機污染物的理論生物降解性［J］. 同濟大學學報：自然科學版，2001，29（6）： 715-719.

［2］孫靖霄. 移動床生物膜反應器處理腈綸廢水的試驗研究［D］. 哈爾濱：哈爾濱工業大學，2006.

［3］吳海鎖，朱光燦. 微電解工藝在染料廢水治理中的應用［J］. 環境導報，1999 （2）：18-20.

［4］黃青華，王化軍，曹從榮. 內循環三相流化床的生物膜的培養［J］. 北京科技大學學報，2006，28（4）：330-334.

［作者簡介］沃原（1983—），2008 年畢業于哈爾濱工業大學，碩士，工程師。