铁炭微电解-混凝沉淀-MBBR工艺处理腈纶废水

Posted 2023-01-14 腈纶

篇首语：水滴集多成大海，读书集多成学问。本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了铁炭微电解-混凝沉淀-MBBR工艺处理腈纶废水相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

腈纶生产工艺分为干法和湿法纺丝两大类，湿法又分为一步法和二步法。因二步法具有产品质量好、原料单耗低、排放污染物少的明显优点，20 世纪90 年代后的新建项目大多采用国产化二步法工艺。但二步法所产生的腈纶废水是一种较难生化处理的工业废水，B/C 仅为0.1～0.2〔1〕，而且含有SCN-和低聚物，SCN-对生物具有毒害作用，低聚物则易于包裹生物酶，造成污水处理系统中的微生物活性下降，故腈纶废水经传统工艺处理后COD 往往偏高〔2〕。因此，有必要将物化法与生化法相结合，在生化处理前设置预处理工艺来改善腈纶废水的可生化性。

笔者以铁炭微电解―混凝沉淀作为预处理手段，以移动床生物膜反应器（MBBR）作为生化处理工艺，对腈纶废水进行了处理试验，并取得了较好的处理效果。

1 试验部分

1.1 试验废水

试验所用腈纶废水水质：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，浊度13～52 NTU，pH5.9～6.3。

1.2 试验装置

1.2.1铁炭微电解装置

试验采用1 套铁炭微电解装置，连续进水。装置有效容积1.15 L，曝气量4 L/min。以铸铁件加工过程产生的刨花铁屑和饱和活性炭为填料，填充层高16 cm。刨花铁屑尺寸约为1 mm×2 mm，铁屑在使用前先用质量分数为4%的NaOH 溶液浸泡6 h，以去除表面的油污，然后用质量分数为1%的盐酸浸泡活化5 h，去除表面的氧化层，最后用清水洗涤至中性。粒状活性炭尺寸约为1 mm×2 mm，使用前用腈纶废水浸泡24 h，然后放入烘箱中烘干。

1.2.2 MBBR 反应器

反应器有效容积为1 L，采用连续进水方式，鼓风曝气。反应器填装轻质有机填料，填充率为30%。这种填料密度接近于水，在曝气条件下可随水流波动。

1.3 工艺路线与试验方法

1.3.1工艺路线

试验工艺流程如图1 所示。

图1 试验工艺流程

1.3.2铁炭微电解与混凝沉淀试验方法

铁炭比、反应时间、进水pH 是影响铁炭反应效率的3 个关键因素〔3〕，本试验在反应装置其他各项参数基本不变的情况下，将上述3 个关键因素取不同值，进行3因素5水平正交试验。然后对铁炭微电解装置出水进行混凝沉淀。混凝沉淀的具体方法为：

加入NaOH 溶液，将出水pH 调至8.0，搅拌后沉淀30 min，取上清液，测定其COD 和浊度，并以此为评价指标，分析正交试验结果，得出最佳的工艺参数组合。然后在试验组合中选取COD去除率最高的3组，与根据正交试验得出的理论最佳参数组合在原水水质完全相同的情况下进行对照试验，对铁炭微电解预处理腈纶废水的适宜工艺条件进行研究。

1.3.3 MBBR 运行方式

反应器中装入30%填料和取自生活污水厂二沉池的污泥，加入营养物质闷曝24 h 后，倒掉污泥，用清水洗去填料表面泥水后再将填料放回反应器内驯化培养〔4〕。驯化阶段在腈纶废水中加入一定比例的生活污水以加快生物膜的生长。驯化完成后，将经过上述铁炭微电解最佳工艺条件处理过的混凝沉淀出水作为MBBR 的唯一污水来源，连续运行30 d，每日测定反应器出水静沉30 min 后的上清液的COD 和氨氮。

2 结果与分析

2.1 铁炭微电解试验（混凝沉淀后）结果分析

铁炭微电解正交试验结果如表1 所示。

表1 铁炭微电解正交试验结果（混凝沉淀后）

由表1 可以发现，在第4 组、第9 组、第21 组试验工艺条件下，铁炭微电解对废水COD 具有较为显著的去除效果。当V（Fe）/V（C）为0.5、进水pH 为5、反应时间为2.0 h 时，沉淀后废水COD 去除率为83.17%；当V（Fe）/V（C）为1、进水pH 为5、反应时间为2.5 h 时，沉淀后废水COD 去除率为80.42%；当V（Fe）/V（C）为2.5、进水pH 为2、反应时间为2.5 h 时，沉淀后废水COD 去除率为82.11%。铁炭微电解装置对废水COD 去除率的正交试验直观分析见表2。

表2 正交试验的COD 去除率直观分析表

由表2 可知，在影响铁炭微电解反应器效能的3 个关键因素中，最为重要的是进水pH，其次是反应时间，V（Fe）/V（C）影响最小。这可能是因为，铁屑中含有较多的惰性杂质，在不另外加入饱和活性炭的情况下即可与铁形成一个个微小的原电池，使得外加碳元素在铁炭微电池体系中表现为过量状态，对体系分解污水中有机物的能力影响不大。

通过对正交试验均值的分析可以发现，当V（Fe）/V（C）为2.5、进水pH 为2、反应时间为2.5 h时，在理论上，该铁炭微电解装置对腈纶废水的处理能力达到最大，这一理论最佳工艺条件与第21组试验条件完全相同。为了进一步对最佳工艺条件进行确认，在原水水质完全相同，即COD 为2 128.6 mg/L，浊度为26.10 NTU 的情况下，重复第4 组、第9 组、第21 组试验，通过对照试验确定出最佳工艺条件，试验结果见表3。

表3 对比试验结果

由表3 可知，第4 组COD 去除率最高，浊度最低，B/C 达到0.54，可生化性良好，有利于后续生化段对污水的处理。因此，第4 组试验的工艺条件为最佳工艺条件。。

2.2 MBBR 运行结果分析

经过15 d 的挂膜与驯化后，在MBBR 的填料表面微生物附着生长现象明显，形成生物膜。生物膜的外观形态如图2 所示。

图2 MBBR 填料生物膜外观

完成MBBR 的挂膜与微生物驯化培养后，以第4 组试验条件下的铁炭微电解+混凝沉淀后出水为MBBR 的进水，进行为期30 d 的生化试验。试验结果如图3 所示。

图3 MBBR 运行情况

由图3 可知，在连续进水期间，MBBR 对COD的去除率呈现出不断上升的趋势，在第20 天后，出水COD 稳定至100 mg/L 以下，COD 去除率为76%～81%。在试验开始阶段，MBBR 出水中的氨氮浓度与进水氨氮浓度呈明显的正相关关系，在反应器连续运行一段时间后，这种关系不再显著，MBBR 对氨氮的去除率逐渐提高，出水氨氮接近15 mg/L，并呈进一步下降的趋势。这是由于硝化细菌属于自养微生物，其较异养微生物更难于培养。试验结果表明，MBBR 对经过铁炭微电解与混凝沉淀预处理的腈纶废水中的污染物具有高效稳定的去除能力。

3 结论

（1）V（Fe）/V（C）、进水pH、反应时间是影响铁炭微电解装置处理腈纶废水的3个关键因素，其中最为重要的影响因素是进水pH，其次是反应时间，V（Fe）/V（C）的影响最小。

（2）在铁炭微电解装置填充率为70%及曝气的工况下，当V（Fe）/V（C）为0.5、进水pH 为5、反应时间为2.0 h 时，铁炭微电解+混凝沉淀对腈纶废水COD去除率可达80%以上，同时可生化性显著提高。

（3）MBBR 对经过上述铁炭微电解+混凝沉淀工艺处理过的腈纶废水具有高效稳定的去除能力。在反应器连续运行20 d 后，MBBR 出水COD 稳定至100 mg/L 以下，出水氨氮接近15 mg/L，并呈进一步下降的趋势。

（4）铁炭微电解―混凝沉淀―MBBR 工艺可以避免传统腈纶废水处理工艺的弊端，能够明显地降低腈纶废水的COD 与氨氮，这一工艺是处理腈纶废水的有效方法。（）