铁屑过滤法预处理可生化性差的印染废水

铁屑过滤法预处理可生化性
差的印染废水
郝瑞霞　程水源　黄群贤
(河北科技大学,石家庄050018)
摘要　采用铁屑过滤法预处理可生化性差的印染废水,能改善废水的可生化性,降低废水的COD和色度,有利于后续生化处理。

关键词　印染废水　铁屑过滤　预处理
印染废水大多采用生化法处理,尤其以好氧生物处理法占绝大多数。

生化法具有BOD5去除率高、工艺成熟、运行费用低等优点。

随着化纤织物的发展和印染后整理技术的进步,聚乙烯醇和羧甲基纤维素化学浆料、新型染料助剂等难生物降解的有机物大量进入废水,一方面使废水的COD增高,由原先的数百mg/L上升到2000～3000m g/L,另一方面使废水的可生化性降低。

有人对印染工业使用的300多种化学药剂进行了研究,发现其中40%药品的BOD5只占其本身重量的10%以下,属于难生物降解物质,给废水处理增加了难度〔1〕。

笔者采用铁屑过滤法预处理可生化性差的混纺印染废水,研究结果表明,印染废水经预处理后可明显提高其可生化性,为后续生化处理创造了条件,同时对色度、COD也有一定的去除率。

1　铁屑过滤机理
用铁屑过滤法改善废水水质是基于电化学反应的氧化还原、电池反应产物的絮凝、铁屑对絮体的电附集、新生絮体的吸附以及床层过滤的综合作用,其中电化学反应的氧化还原作用是主要的〔2〕。

铸铁屑是铁碳合金,在废水中形成许多微原电池,碳的电位高,形成无数微阴极;铁的电位低成为微阳极。

为促进电化学反应,可在铁屑中混入部分含炭粒料,铸铁屑与含炭粒料接触,形成较大的原电池。

这些原电池发生的电极反应为:
阳极
Fe-2e→Fe2+
E-0(F e2+/Fe)=-0.44V
阴极
　2H++2e→2〔H〕→H2(酸性溶液中)
E-0(H+/H2)=0.00V
O2+4H++4e→2H2O(酸性溶液中)
E-0(O2/H2O)=1.22V
O2+2H2O+4e→4O H-(中性或碱性溶液中)
E-0(O2/O H-)=0.41V
电极反应产物具有高的化学活性,其中新生态的〔H〕和Fe2+能与废水中的许多组分发生氧化还原作用,破坏染料的发色或助色集团,失去发色能力;使大分子物质分解为小分子物质,使难生物降解的物质转变成容易生物降解的物质,提高废水的可生化性。

新生态的Fe2+和Fe3+是良好的絮凝剂,并具有高活性,其水解产物能将废水中的染料分子交联在一起,形成具有较高表面能的以Fe2+或Fe3+的水解产物为胶凝中心的胶粒或微絮
1998-10-12收到初稿,1998-12-23收到修改稿。

体,进一步吸附废水中的污染物以降低其表面能,最终聚结成较大的絮体沉淀。

另外,在微原电池周围电场的作用下,废水中以胶体状态存在的污染物可在很短时间内完成电泳沉积过程,附聚在滤料表面。

2　试验方法
2.1　废水水质
试验废水取自石家庄市某印染厂,废水水质见表1。

表1　废水水质
COD /(mg ・L -1)BO D 5/(mg ・L -1)
色度/倍pH BO D 5/COD 1000～1500
250～400
200～800
10～12
0.20～0.27
该印染厂是以加工涤棉混纺、纯化纤织物为主的印染厂,废水综合性强,具有代表性。

该厂使用的染料包括士林、还原、硫化、直接等大类,还有各种浆料和助剂,废水的可生化性差。

2.2　试验材料及流程
铸铁屑取自本校机械厂机械加工废料,用稀盐酸浸泡除去表面氧化物,按比例混入两种不同孔隙率的含炭粒料,装填成600mm 高的铁屑过滤柱。

试验装置及流程如图1
所示。

图1　铁屑过滤-SBR 法试验流程
1.贮水池;
2.计量泵;
3.铁屑过滤器;
4.序列式生化反应器;
5.搅拌器;
6.气泵;
7.曝气头。

2.3　测定项目及分析方法
测定项目有pH 、COD 、BOD 5、色度和总铁。

分析方法采用《水和废水标准监测分析方法》(第三版)。

3　试验结果及讨论
3.1　正交试验结果
影响铁屑过滤效果的因素有进水pH 、停留时间、铁炭比、运行时间、滤柱高度等。

其中停留时间与滤柱高度有关,可只考虑其中一个因素。

铁屑过滤器运行一段时间后(一般为20～30d),在铁屑表面形成一层不溶性钝化膜,影响脱色效果和COD 去除率,可用稀盐酸(HCl 质量分数5%)浸泡滤料,再用清水冲洗干净后继续使用。

在铁屑过滤器正常运行期间,主要考虑进水pH 、停留时间和铁炭比3个因素的影响。

采用正交试验法设计试验。

对3个因素分别选取3个不同的水平按L 9(34)正交表进行正交试验,各因素水平见表2。

表2　正交试验因素水平表
水平编号
pH 铁炭比停留时间/min
1
62∶1∶0　5272∶0∶1　83
8
2∶1∶1
12
注　铁炭比为体积比,下同。

为减少试验误差,每一种试验组合均重复试验2～4次,取其平均值作为试验结果。

试验方案和试验结果见表3。

由表3中R j 值可知,3个因素的极差均大于空列极差,说明3个因素对COD 去除率都有较显著的影响,其中以pH 的影响最显著,其次
是停留时间的影响。

由K i值的大小可知,进水pH为6、铁炭比为2∶1∶1、停留时间为12min 是试验的最佳工艺参数组合,此时的COD去除率为39%。

表3　试验方案、试验结果与极差分析
试验编号与数据处理项目pH水
平编号
铁炭比
水平
编号
停留时
间水平
编号
空列水
平编号
CO D去
除率
/%
(1)111130
(2)122235
(3)133339
(4)212331
(5)223136
(6)231232
(7)313228
(8)321327
(9)332128
K1104898994
K299989495
K3839910397
R j2110143
3.2　进水pH和停留时间的影响
由正交试验结果可知,进水pH是影响铁屑过滤效果的主要因素。

pH影响滤柱内的氧化还原反应,同时对出水含铁量及滤柱再生周期也有一定的影响。

进水pH变化范围较宽时的试验结果见图2。

pH低,电极产物以[H]、Fe2+为主,有利于氧化还原作用的进行。

考虑到铁屑过滤出水不应影响后续生物处理,因此进水pH宜控制为中性或偏酸性。

停留时间对COD去除率的影响也是不可低估的。

停留时间变化范围较宽时的试验结果见图3。

停留时间长,氧化还原等作用进行得完全,COD去除率高。

但是停留时间长导致出水含铁量增加,影响出水色度,同时增加设备投
资。

图2　pH对铁屑过滤处理效果的影响
试验条件:铁炭比2∶1∶1,停留时间12min。

是质量浓度的符号,下同。

图3　停留时间对铁屑过滤处理效果的影响
试验条件:进水pH6;铁炭比2∶1∶1。

3.3　铁屑过滤预处理稳定运行结果
废水铁屑过滤预处理试验稳定运行结果见表4。

由表4可见,废水经铁屑过滤预处理后,废水的可生化性有明显提高,BOD5/COD增加至0.35以上。

3.4　铁屑过滤对后续生化处理的影响
为定量判断铁屑过滤对后续生物处理的影响,采用序列式活性污泥法(SBR法)和铁屑过滤-SBR法两种工艺处理印染废水,分别测定其生化反应速度常数。

将SBR视为完全混合生化系统,对该系统的基质做物料衡算,得:
表4　铁屑过滤预处理印染废水稳定运行结果
序号进水
COD
/(mg ・L -1)BOD 5
/(mg ・L -1)
色度/倍
出水
COD
/(mg ・L -1)BOD 5
/(mg ・L -1) (总铁)
/(mg ・L -1)
色度/倍
BOD 5/COD
COD 去除率/%色度去除率/%1129825480074326022.52000.3542.
77521558403200100939219.2<1000.3935.3>503112027540076127415.7<1000.3632.1>754
99624640068724021.1<100
0.35
31.
>75
注　试验条件:进水pH 为6,铁炭比为2∶1∶1,停留时间为12min 。

Q S o +V d s d t ・t
24=Q S e (1)
式中:
Q ——进水量,L /d
S o ——进水基质质量浓度,m g /L S e ——出水基质质量浓度,m g/L V ——SBR 容积,L
t ——每天进水和曝气时间,h d s
dt
——基质降解速度按Eckenfelder 一级反应动力学方程[3]
:
　d s dt
=-K X S e
(2)
式中:
K ——减速增长期基质降解速度常数,L /
(mg ・d )X ——SBR 中污泥质量浓度,m g/L 式(1)可表示为:　Q (S o -S e )V X ×24
t
=K S e
(3)
令Q (S o -S e )V X ×24
t
=U s ,于是:
　U s =K S e
(4)
式中:
U s ——以基质去除量为基础的污泥负荷,kg /(kg ・d )
当水中存在不可生物降解物质时,则:
　U s =K (S e -S n )(5)
式(5)S e 中包括不可生物降解物质,其浓
度为S n 。

由式(4)、(5)可知,污泥负荷U s 与出水浓
度S e 成线性关系。

利用最小二乘原理对试验数据进行线性拟合,得图4。

图4　铁屑预处理对生化处理的影响
○——未经预处理的废水;●——经预处理后的废水。

印染废水不经铁屑过滤预处理,直接进行生化处理的线性回归方程为:
　U s =0.0041(S e -201.5)
(6)
废水经过铁屑过滤预处理后,生化处理的
线性回归方程为:
　U s =0.0051(S e -130.6)
(7)
采用相关系数检验法[4],经计算U s 与S e
之间的线性关系十分显著。

比较式(6)和式(7)可知,废水经铁屑过滤
预处理后,生化反应速度常数K增大,不可生物降解物质的浓度下降。

分析原因为:
(1)由于铁是生物氧化酶系中细胞色素的重要组成部分,通过Fe3+ Fe2+氧化还原反应进行电子传递[5],铁屑过滤出水中新生态铁离子能参与这种电子传递,对生化反应有促进作用,提高了生化反应速度。

(2)铁屑过滤柱内形成的铁炭微原电池产生的电池反应及其次级反应,使废水中难生物降解的大分子有机物转化为易生物降解的物质,如硝基化合物转化为胺基物。

从而提高了废水的可生化性,为后续生化处理提供了有利条件。

(3)铁屑过滤出水中的铁离子进入SBR后形成密度较大的生物铁絮凝体,使污泥沉降性能得到改善,使SBR达到较高的污泥浓度,从而降低了污泥负荷。

4　结论
(1)铁屑过滤是基于铁屑在废水中形成微原电池发生电化学反应的原理使废水中的胶体粒子和杂质通过氧化还原、吸附、凝聚、电泳沉积等作用而被去除。

(2)影响铁屑过滤处理效果的主要因素为pH、停留时间及铁屑与含炭粒料的比例。

当后续处理采用生化方法时,铁屑过滤进水pH宜控制在中性或偏酸性范围内。

(3)废水经铁屑过滤预处理后可提高废水的可生化性,有利于后续生化处理。

试验结果表明,废水经铁屑过滤预处理后,BOD5/COD由0.20～0.27提高到0.35以上;后续生化处理过程中,生化反应速度明显增大。

参　考　文　献
1　何强.印染废水治理技术评价.给水排水,1995,
(5):47.
2　曹曼.铁屑过滤法处理印染废水的研究.纺织学报,1991,12(1):45～48.
3　顾夏声等.水处理工程.北京:清华大学出版社, 1985.158～202.
4　张铁茂,丁建国.试验设计与数据处理.北京:兵器工业出版社,1990.31～33.
5　孙天华等.生物铁法处理高浓度难降解印染废水的研究.中国环境科学,1991,11(2):138～141.
Pretreatment of Less-Biodegradable Printin g and Dyeing Wastewater
by Iron Chipping-Filtration Process
H ao Ruix ia,Cheng S huiy uan,H uang Qunx ian
(Hebei University of Science and T echnolog y,S hijiazhu ang050018)
Abstract:The less-biodegr adable printing and dyeing w astew ater has been pretreated by an iron chipping-filtration process.The results indicate that the pretreatment pro cess can improve bio degradability of the w astew ater and reduce COD and color ity,r esulting in the benefit to the fo llow-up biolo gical treatment.
Keywords:printing and dy eing wastew ater,iron chipping-filtr ation,pretreatment.。