1 引言

難降解有機(jī)廢水處理難度大、成本高,一直是水污染防治的重點(diǎn)。目前處理難降解有機(jī)廢水的方法很多,如:化學(xué)氧化法、溶劑萃取法、吸附法、光催化氧化法、生化處理法等。生化處理法由于投資少、操作簡(jiǎn)單、處理成本低、效果穩(wěn)定,一直是難降解有機(jī)廢水處理優(yōu)先采用的方法。由于難降解有機(jī)物的難降解性及對(duì)微生物的毒害和生化抑制作用,因此在生化處理前往往需對(duì)難降解有機(jī)廢水進(jìn)行必要的預(yù)處理,并采用各種厭氧、好氧組合工藝進(jìn)行處理,同時(shí)各種生物強(qiáng)化技術(shù)亦得到應(yīng)用,如:粉末活性炭活性污泥法、磁種強(qiáng)化活性污泥法、優(yōu)勢(shì)微生物法、生物鐵法等。

生物鐵法(bioferric process)是向曝氣池內(nèi)或進(jìn)水中投加鐵鹽 ,以提高普通活性污泥法處理廢水的效能 ,強(qiáng)化和擴(kuò)大活性污泥法凈化功能的方法。前人采用生物鐵法對(duì)難降解有機(jī)廢水 ,如:焦化廢水、制革廢水、印染廢水等進(jìn)行了研究和應(yīng)用 ,取得了較好的效果。生物鐵填料法( bio - iron filling process)是在生化池中適當(dāng)位置安裝鐵復(fù)合填料 ,通過(guò)零價(jià)鐵的還原溶出 ,向池內(nèi)連續(xù)補(bǔ)充鐵離子 ,形成生物鐵活性污泥 ,達(dá)到強(qiáng)化生化處理效果的目的。該法已在抗生素廢水、中藥廢水等的處理研究中獲得成功。本文將對(duì)生物鐵法和生物鐵填料法處理原理及其處理難降解有機(jī)廢水的研究和應(yīng)用情況進(jìn)行介紹。

2 生物鐵法和生物鐵填料法處理原理

在曝氣池內(nèi)(或進(jìn)水中)投加鐵鹽(氫氧化鐵、氯化鐵等)的生物鐵法可強(qiáng)化活性污泥的處理效果 ,其原理基于:鐵是微生物生長(zhǎng)的必要元素 ,是生物氧化酶系中細(xì)胞色素的重要組成部分 , 在生物氧化中通過(guò) Fe →Fe2 +Ζ Fe3 +氧化還原反應(yīng)起著電子傳遞作用;而且鐵鹽是一種很好的混凝劑 ,水解后形成的氫氧化鐵對(duì)懸浮物和膠體物質(zhì)有很強(qiáng)的吸附凝聚作用 ,生成的絮凝物結(jié)構(gòu)密實(shí)、比重大 ,可以有效地提高曝氣池中的污泥濃度 ,同時(shí)使污泥易于沉淀 ,改善混合液的分離效果。

在生化池中適當(dāng)位置安裝鐵復(fù)合填料的生物鐵填料法,能夠強(qiáng)化生化法的處理效果。其原理是:鐵復(fù)合填料主要組分是廢鑄鐵屑,有效成分是鐵,鐵是活潑金屬,電極電位 E0(Fe2 +/ Fe) = - 0. 440V ,具有還原能力,可將某些難降解有機(jī)物及氧化性較強(qiáng)的離子或化合物還原;Fe2 +具有還原性,E0(Fe3 +/ Fe2 +) = 0.771V ,因而廢水有氧化劑存在時(shí),Fe2 +進(jìn)一步氧化成Fe3 +;廢鑄鐵屑含有炭及其它雜質(zhì),當(dāng)它浸沒(méi)在廢水中時(shí),鐵與炭或其它元素之間形成無(wú)數(shù)個(gè)微小的原電池,發(fā)生原電池反應(yīng),難降解有機(jī)物參與原電池反應(yīng),發(fā)生脫氯、硝基有機(jī)物還原成胺基有機(jī)物、還原降解等作用,廢水可生化性得以提高。另外,鐵的溶出起到了同向生化池中投加鐵鹽的生物鐵法相同的效果。

3 生物鐵法在難降解有機(jī)廢水處理中的研究和應(yīng)用

3. 1 印染廢水的處理

孫天華等人對(duì)高濃度難降解印染廢水采用生物鐵法進(jìn)行了處理研究。研究結(jié)果表明: (1)在普通的活性污泥池中加入一定量鐵鹽以后,經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的培養(yǎng)馴化成為成熟的生物鐵活性污泥,這種污泥呈粒狀、結(jié)構(gòu)密實(shí)、比表面積大、沉降快、能使曝氣池保持較高的污泥濃度。當(dāng)進(jìn)水 CODcr 高于 1000mg/ L、BOD5/ CODcr < 0. 2時(shí),生物鐵法對(duì) CODcr 的去除率平均達(dá)88 %,比普通活性污泥法在相同條件下高出 18個(gè)百分點(diǎn); (2)生物鐵法主要依靠鐵的一些物化和生化效應(yīng),與微生物結(jié)合生成比重大、 SVI低、絮凝沉降性能和壓實(shí)性能良好的生物鐵絮體,使回流污泥濃度提高,進(jìn)而使曝氣池保持較高的污泥濃度,形成在高濃度CODcr進(jìn)水時(shí)的低污泥負(fù)荷的運(yùn)行條件,故能獲得很高的CODcr去除率; (3)生物鐵法的低污泥負(fù)荷,產(chǎn)生了類(lèi)似于延時(shí)曝氣的泥齡很長(zhǎng)的污泥,這不僅有利于各種世代和種屬的細(xì)菌的存在生長(zhǎng)和各種難降解有機(jī)物的分解,還可以減少污泥的增殖量和剩余污泥量,節(jié)省污泥處理費(fèi)用; (4)由于生物鐵法污泥對(duì)氧的利用率優(yōu)于普通法,因而盡管生物鐵法污泥濃度成倍增加,但普通法改為生物鐵法并不需增加供氧能力。

3. 2 含酚、氰廢水的處理

焦化廢水含酚、氰等難降解有機(jī)物 ,成分復(fù)雜 ,毒性較強(qiáng) ,采用活性污泥法處理焦化廢水效果不理想。而生物鐵法為焦化廢水的處理提供了較好的治理途徑 ,目前生物鐵法已在國(guó)內(nèi)多家焦化廠的廢水處理中得到應(yīng)用。如馬鞍山鋼鐵公司早在 1982 年試用生物鐵法并開(kāi)始投入運(yùn)行 ,多年的工程實(shí)踐表明: (1)生物鐵法優(yōu)于一般的活性污泥法; (2)生物鐵法能維持較高的生物量 ,污泥濃度一般可維持(5～7) g/ L 左右 ,因而在同樣的水質(zhì)情況下 ,生物鐵法污泥所承受的污泥負(fù)荷低一些 ,因而處理效果優(yōu)于普通活性污泥法 ,且更能承受有機(jī)負(fù)荷的沖擊; (3)生物鐵法的污泥沉降性能好 ,沉降速度快 ,回流污泥濃度高 ,保證了曝氣池有較高的污泥濃度。

李向富等人采用粉末活性炭及生物鐵復(fù)合法處理大慶石化總廠含氰廢水 ,小試及工業(yè)放大實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明: (1)復(fù)合法提高了菌膠團(tuán)的吸附氧化性能和再生能力 ,與普通活性污泥法相比 ,COD 去除率能夠提高20 %左右 ,BOD去除率提高 30 %左右; (2)復(fù)合法能提高生化系統(tǒng)的抗溫度沖擊能力 ,在水溫達(dá)到40 ℃時(shí) ,COD的去除率仍能達(dá)到 65 %左右; (3)復(fù)合法受有機(jī)物沖擊恢復(fù)時(shí)間較普通活性污泥法縮短了7d左右。

3. 3 制革廢水的處理

裴保安等人應(yīng)用生物接觸氧法處理制革廢水 ,對(duì)投加鐵鹽和不投加鐵鹽的試驗(yàn)進(jìn)行對(duì)比。結(jié)果表明: (1)生物鐵法能夠強(qiáng)化生物氧化 ,提高制革廢水 COD、 BOD的去除率; (2)生物鐵法產(chǎn)生的污泥沉降性能要高于非生物鐵法產(chǎn)生的污泥 ,二沉池懸浮物去除率提高了16. 0 %。

3. 4 半合成抗生素等廢水的處理

卓世孔等人采用微電解 ──厭氧水解 ──生物鐵法 ──混凝串聯(lián)工藝處理頭孢類(lèi)半合成抗生素化學(xué)制藥高濃度有機(jī)廢水 ,在厭氧水解池和生物鐵池中均安裝適量的生物鐵填料。試驗(yàn)結(jié)果表明: (1)生物鐵復(fù)合填料厭氧池與一般塑料填料厭氧池相比 ,CODcr 去除率高出 18 %左右 ,B/ C高出 0. 1 ; (2)生物鐵法曝氣池 CODcr 去除率達(dá) 93 % ,而一般活性污泥法對(duì)照試驗(yàn) CODcr 去除率在 60 %以下 ,低于生物鐵法30個(gè)百分點(diǎn)。我們還采用兩個(gè)方形合建式完全混合曝氣沉淀池同時(shí)處理經(jīng)厭氧水解酸化處理后的高濃度中藥廢水 ,在一個(gè)池(強(qiáng)化池)內(nèi)安裝鐵復(fù)合填料 ,而在另一個(gè)池(對(duì)照池)內(nèi)安裝總表面積相同的半軟性塑料填料。試驗(yàn)結(jié)果表明: (1)強(qiáng)化池活性污泥濃度增加 ,比對(duì)照池高1617mg/ L ; (2)強(qiáng)化池污泥密度與水的密度之間的差異增加,用SVI表示的活性污泥沉降性能由于鐵的溶出而得到改善; (3)由于零價(jià)鐵的物化及微生物的綜合作用,強(qiáng)化池 CODcr、 BOD5 去除率可降至較低水平,CODcr去除率比對(duì)照池高16. 3 %。

我們采用生物鐵填料法處理了其它難降解有機(jī)廢水 ,如印染廢水、高鹽度環(huán)氧樹(shù)脂廢水、調(diào)味品廢水等 ,試驗(yàn)研究和工程實(shí)際應(yīng)用均表明生物鐵填料法不論是應(yīng)用于好氧處理 ,還是應(yīng)用于厭氧處理 ,都起到了強(qiáng)化處理效果的作用。

4 結(jié)語(yǔ)

生物鐵填料法不論是應(yīng)用于好氧處理 ,還是應(yīng)用于厭氧處理 ,都表現(xiàn)了強(qiáng)化處理效果。生物鐵法和生物鐵填料法都可以提高生物池污泥濃度 ,且污泥沉降速度快;還可以提高廢水可生化性及有機(jī)物去除率 ,并可提高對(duì)有機(jī)負(fù)荷的沖擊力。由于生物鐵填料法還利用了鐵的氧化還原特性、微電解效應(yīng) ,故更適宜用于難降解有機(jī)廢水的處理。目前對(duì)生物鐵法的試驗(yàn)研究和工業(yè)應(yīng)用報(bào)導(dǎo)得不多 ,對(duì)在生物池內(nèi)安裝鐵填料的生物鐵填料法也未見(jiàn)其他人報(bào)導(dǎo)。生物鐵法和生物鐵填料法具有良好的應(yīng)用前景 ,有必要做深入的研究。

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