膜生物反应器处理印染废水

印染废水具有有机物含量高、色度高、可生化性差的特点，属于难以直接生化处理的工业废水。目前印染废水的处理方法有化学法(氧化和混凝)、生物法(厌氧和好氧工艺)和物理化学法(吸附和膜技术)。但这些方法都存在效果一般、处理成本高、处理过程难以控制等缺点。近年来，国内外印染废水的电化学处理取得了良好的进展。印染废水的电化学处理主要包括铁炭微分解、电凝聚和电浮以及电催化氧化。而铁炭微分解法是通过废水中导电介质的易氧化、易还原和自发反应来达到废水处理的目的，在印染废水的脱色和生化预处理方面有很好的效果。

为了进一步提高废水处理的出水水质，电化学方法与其他工艺相结合也是近年来的研究热点。膜生物反应器(Membrane bioreactor，MABR)是一种通过疏水性中空纤维膜对微生物进行无气泡曝气的方式，通过生物膜对废水中有机物的降解和氧化来净化高浓度有机废水，对废水中的COD具有较高的去除率。

采用铁炭内电解-MABR组合工艺处理河北某纺织厂印染废水，探索去除废水中污染物的最佳运行条件。

1.实验部分

1.1废水质量

该厂生产的染料主要是酸性染料，如弱酸性红GL、弱酸性黄RXL、酸性橙AGT等系列染料。因此，原水水质具有酸性、高COD和低BOD5的特点。实验中废水COD为900mg/L，BOD5为190mg/L，pH为5.0，SS浓度为400mg/L，色度为360倍。考察了废水中COD和色度(印染废水处理的难点)的去除情况。

COD、BOD5等的测定方法。都符合文献记载。其中，COD用重铬酸钾法测定，BOD5用稀释接种法测定，色度用稀释倍数法测定，SS含量用过滤法测定，pH用酸度计测定。

1.2实验方法

采用物化方法对回收废水进行预处理。其目的是降低污染物的含量，提高污染物的可生化性。铁炭内电解可将工业废水中的长链或难降解有机物转化为易降解有机物。优化物理化学反应条件。之后，物化处理后的废水接入MABR系统进行优化。

物理和化学处理

取5个500mL烧杯，分别加入300mL水样，放入烧杯中；加入不同比例的铁碳混合物；调节不同的pH值，在烧杯中引入与气泵相连的曝气头，然后取上清液测量COD和色度。

对于水样，采用铁与碳的质量比(1:1、2:1、3:1、4:1、5:1)、不同pH值(2.0、3.0、4.0、5.0)和不同反应时间(1、2、3、4、5、6小时)考察COD、COD和COD。

1.2.2生化处理

MABR实验装置如图1所示。

反应器由有机玻璃制成，有效容积为3.8L，废水体积流量为10.5mL/min。曝气膜材料为聚丙烯，膜的平均孔径为50纳米。系统温度保持在室温，进水pH值保持在6 ~ 9。压缩空气由气泵供给到膜的内腔。气体压力和流量由阀门控制，并由气体流量计调节。膜压力保持在25kPa。在生物膜培养阶段，反应器中投加1升活性污泥，进水COD逐渐升高，持续15 ~ 20天。在稳定的生物膜形成后，驯化被认为是成功的。

优化物化处理后废水的COD负荷和水力停留时间(HRT)。

2.结果和讨论

2.1物理化学处理

2.1.1铁碳质量比的影响

当pH为5(原水)，曝气反应时间为5h时，进行不同铁碳质量比的单因素实验。不同铁碳质量比下出水COD和色度去除率的变化如图2所示。

从图2可以看出，不同的铁碳质量比对应不同的COD和色度去除率。对于COD，当铁碳质量比为3:1时，去除率较高。原因是合适的铁碳比可以使微电池的数量更大，从而释放更多的自由基，去除污染物。对于色度去除，铁盐具有脱色作用，所以铁的含量占优势，导致铁碳比的色度去除有一定的提高。一般来说，选择铁与碳的质量比为3:1比较好。

ph值的影响

当铁碳质量比为3:1，曝气反应时间为5h时，通过调节不同的pH值进行单因素实验，结果见表1。

从表1可以看出，pH越低，COD和色度的去除率越高，这是由铁炭微电解的性质决定的。但去除率相差不大，原水原来的pH值是5.0，偏酸性。从经济角度考虑，选择原pH为5是合适的。

2.1.3曝气反应时间的影响

当铁与碳的质量比为3:1，pH为5.0(原水)时，选择不同的曝气反应时间进行单因素实验，结果如图3所示。

从图3可以看出，反应时间越长，去除效果越好。当反应时间为6小时时，去除率与5小时基本相同，说明后期已经进行了铁碳微电解。因此，反应时间选择5h为宜。

2.1.4优化反应条件下的处理

由以上实验可知，最佳反应条件为:铁碳质量比为3:1，pH为5.0(原水)，曝气反应时间为5h。在此优化条件下，反应后的废水质量如表2所示。

从表2可以看出，COD和色度都得到了很大的去除(去除率分别为55.2%和75.0%)。在微电解反应中，新生态氢和新生态Fe2+具有高活性。在水中溶解氧的存在下，它们能与污染物发生氧化还原反应，破坏某些有机物的分子结构，达到降解有机物的目的。正因为如此，水中的BOD5才会提高。同时，由于Fe2+的氢氧化物和盐既是良好的脱色剂，又是优良的混凝剂，因此可以很好地去除悬浮物。

铁炭微电解原水和处理水的红外光谱分析如图4所示。

从图4中可以看出，原水含有多种有机物，如芳香族取代物(波数1200cm-1)、苯环取代物(波数750cm-1)等，波峰波动明显。经过微电解处理后，特征吸附明显降低，难降解有机污染物也大大去除。

2.2生化处理

2 . 2 . 1 mabr的成膜

取污水处理工厂曝气池中的活性污泥混合物，加入反应器中，循环24h，然后重新加入混合物，继续循环。一周后，继续进水，逐渐增加水负荷。15天后，膜表面出现黄色生物膜，逐渐增厚，覆盖在膜表面。认为生物膜形成是成功的。此时引入物化处理后的废水，对反应器进行优化。

COD负荷优化

当水力停留时间为6h时，不同的COD负荷(4，5，6，7，8，9g/(m2 & # 8226；d)进行单因素实验。出水COD和色度去除率随COD负荷的变化如图5所示。

从图5可以看出，COD负荷为4 ~ 7g/(m2 & # 8226；d)、去除率逐渐增加；然而，随着COD负荷的进一步增加，去除率下降。原因是负荷低时，微生物营养不足，需要底料满足生理需要；如果负荷过高，微生物的生长会受到抑制。同样的，色度去除也会出现同样的情况。综合考虑选择COD负荷为7g/(m2 & # 8226；d)进行测试.

2.2.3 HRT优化

在COD负荷为7g/(m & # 8226；2d)，选择不同HRT(2，3，4，5，6，7h)进行单因素实验，结果如图6所示。

从图6中可以看出，COD和色度的去除率随着HRT的增加而增加，但6h和7h的HRT去除率相差不大，所以从经济的角度选择6h。这与王菽一的研究结果相似。

2.3联合工艺处理效果

组合工艺处理后的出水水质(稳定运行30天)见表3。

从表3可以看出，经过组合工艺处理后，出水水质可以满足GB4287-2012的要求。COD、BOD5、SS和色度的去除率分别可达93.8%、88.9%、92.5%和91.6%。

3.结论

采用铁炭微电解-曝气膜生物反应器(物化-生化)组合工艺处理河北省某印染厂的工业废水。在铁碳微电解处理中，在铁碳质量比为3:1、pH值为5、曝气反应时间为4h的优化条件下，COD和色度的去除率分别为55%和75%。在MABR处理中，COD负荷为7g/(m & # 8226；2d)，HRT为6h，处理效果极佳。

组合工艺对印染废水COD和色度的平均去除率分别为93.8%和91.6%，处理后的出水水质可达到GB4287-2012的排放要求。(来源:唐山市规划建筑设计研究院环境工程研究所)

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