濟南某公司在利用米糠、棉殼、玉米心等農(nóng)副產(chǎn)品與稀硫酸共熱, 多糖發(fā)生水解、重排、脫水等反應(yīng)生產(chǎn)某產(chǎn)品時, 排放出的污水成分復(fù)雜, 呈較強的酸性、有機污染負(fù)荷高、水溫及色度較高。廢水中的污染物均屬于低碳有機醛、糖、醇、有機酸等, 還含有硫酸以及多種難生物降解的有機物。其中COD 平均濃度達(dá)20000 mg/ l 以上, pH 值為2. 5~ 3. 0。本研究采用了比濕式氧化學(xué)、吸附法以及萃取法等其它方法更為經(jīng)濟可行的生化學(xué)[ 1, 2] , 并輔以必要的物理、化學(xué)前置預(yù)處理措施, 以降低廢水的毒性, 進(jìn)一步提高廢水的可生化性, 降低廢水中的有機物的含量, 使處理后的出水量終達(dá)標(biāo)排放。
1 廢水的來源及水質(zhì)參數(shù)
本研究中試階段在濟南某公司污水處理站現(xiàn)場，原水取自企業(yè)生產(chǎn)所排放的廢水，其污染物的水質(zhì)情況見表1。
2 工藝路線的選擇及流程的確定
2．1 主體工藝路線及流程
生產(chǎn)廢水本身含有機質(zhì)較多，濃度較高，CODcr最高為23520mg/l，而且酸度大、毒性高，不能直接進(jìn)行生化處理。因此，中試試驗采用物化與生化相結(jié)合的工藝，即電腐蝕-中和反應(yīng)-內(nèi)電解-混凝沉淀-厭氧-好氧工藝(見圖1)。
本工藝的選擇主要是基于以下幾點來考慮的：
(1)電腐蝕池是利用電化學(xué)腐蝕原理，酸性廢水中的H+與鐵屑反應(yīng)，使廢水的pH 值升高，提高廢渣的沉降性能，同時廢水中的COD也可降低。而且Fe(OH)2，也是良好的絮凝劑，在后續(xù)單元可節(jié)省大量的藥劑，降低處理成本。
(2)在中和反應(yīng)單元能發(fā)生多步化學(xué)反應(yīng)，通過藥劑的加入，有利于將廢水中的小分子朋機物氧化，提高難降解有機物的可生化性，還可將廢水中的大分子有機物混凝去除。
(3)在內(nèi)電解單元中，以廢鐵屑和活性炭作為填料，形成原電池，同時加入催化劑組成新的氧化一還原體系。正極產(chǎn)生的新生態(tài)[H]與負(fù)極產(chǎn)生的Fe2+具有較高的化學(xué)活性，與廢水中的一些組分發(fā)生氧化-還原反應(yīng)。在鐵屑中抽的活性炭的表面含有大量酸性基團(tuán)或堿性基團(tuán)，使得活性炭不僅具有吸附能力，而且還具有催化能力。同時，電池的電極周圍存在電場效應(yīng)，經(jīng)過電極反應(yīng)，還能破壞污染物的分子結(jié)構(gòu)，進(jìn)而達(dá)到了去除廢水中的污染物的目的，并且能夠提高廢水的可生化性。
(4)混凝沉淀單元中，通過混凝劑、助凝劑及廢水中所存在的Fe2+／Fe3+的作用，破壞廢水中膠體的穩(wěn)定性，使細(xì)小的膠體微粒凝聚成較大顆粒沉淀下來，可以較大量地去除廢水中的COD。廢水中存在的緩沖體系，還可以保證后續(xù)的厭氧生物處理過程中存在足夠的堿度。另外，廢水中殘存的鐵也會在廢水的生物處理過程中產(chǎn)生應(yīng)有的作用。
(5)生產(chǎn)廢水經(jīng)過預(yù)處理后，污染負(fù)荷已大大降低、pH 值升高、毒性降低，可生化性提高。但必須再經(jīng)過一定的生化處理，才能保證最后出水達(dá)標(biāo)排放。
(6)厭氧處理單元特點是：采用纖維束作為填料，這不僅可以增加生物量，又可阻截污泥流失，提高反應(yīng)器滯留污泥的能力。廢水進(jìn)入反應(yīng)器后，在厭氧菌的充分作用下，長鏈分子被打斷、分解，廢水中有機物濃度降低，容易被后續(xù)的好氧菌分解。
(7)好氧工藝采用處理能力大、去除率高、耐負(fù)荷變動的沖擊力強、運行靈活、生物量高的生物接觸氧化法。此法剩余污泥量少、運行及管理方便，污染物去除能力穩(wěn)定在一定的水平上，克服了傳統(tǒng)活性污泥法的污泥膨脹問題，基本上不需要污泥回流。
2．2 工藝流程圖
3 主要構(gòu)筑物工藝設(shè)計
3．1 電腐蝕池
提高廢渣的沉降性能，減少石灰用量，降低處理成本。構(gòu)筑物尺寸4000×3000×3000mm，內(nèi)裝廢鐵屑作為填料，停留時問為8 h。鋼混結(jié)構(gòu)，需做防酸防腐蝕處理，采用穿孔管曝氣混合。COD去除率可達(dá)22％左右，pH上升至3．4。
3．2 中和塔
本單元為地上式，工藝尺寸為￠1000×4500mm，材質(zhì)不銹鋼。在本單元中加入石灰乳，pH值可調(diào)至5～6，便于下一步的內(nèi)電解工藝，COD去除率在80％左右。
3．3 內(nèi)電解塔
鐵屑和活性炭構(gòu)成原電池的正極和負(fù)極，以充入的廢水為電解質(zhì)溶液，鐵屑腐蝕后形成大量的Fe2+離子，與加入的催化劑產(chǎn)生了新的氧化還原體系，強化了有機物的去除能力，CODcr去除率達(dá)50％~62％ ，色度去除率60％~70％ 。內(nèi)電解最佳工藝條件為：反應(yīng)時間以15 min為宜，催化劑加入量以0．16％ 為佳，根據(jù)經(jīng)驗Fe／C比為3：2。本單元設(shè)備材質(zhì)為不銹鋼，用耐酸管道泵提升。
3．4 混凝沉淀池
在廢水中加入混凝劑和助凝劑，破壞膠體的穩(wěn)定性，使細(xì)小的膠體微粒凝聚成較大的顆粒沉淀下來。本單元采用地上式鋼混結(jié)構(gòu)，停留時間為8h，配套加藥裝置一套，pH值調(diào)至7．54～8．0，混凝劑為聚鋁溶液，用量1．0％~2．0％。COD去除率為40％，色度去除率為80％。
3．5 厭氧池
厭氧工藝?yán)脜捬跣约?xì)菌破壞水中的大分子有機物結(jié)構(gòu)，或?qū)τ袡C物進(jìn)行降解，去除廢水中的COD，并提高廢水的可生化性。本處理單元為鋼混半地上式結(jié)構(gòu)，工藝尺寸；6000×6000×9000mm，內(nèi)裝組合或半軟件性填料6000×6000×5000mm(180m3)，COD去除率為85％以上。
3．6 生物接觸氧化池
利用填料層所附著的生物膜形成的生物菌了群系統(tǒng)在好氧條件下分解較低濃度廢水中的污染物質(zhì)，使廢水得到了凈化。本單元分三格設(shè)計，根據(jù)污染物負(fù)荷的變化合理分配曝氣系統(tǒng)的配風(fēng)量，做到既達(dá)到凈化水質(zhì)的目的，又能節(jié)約能耗。構(gòu)筑物工藝尺寸：6000×4000×4000mm，內(nèi)裝組合或半軟性填料6000×4000×2500mm(60m3)，曝氣裝置采用微孔曝氣器，SSR型羅茨鼓風(fēng)機送風(fēng)，半地下鋼混結(jié)構(gòu)，COD去除率為80％ 以上。
4 中試試驗結(jié)果
廢水處理中試試驗結(jié)果見表2。
5 主要技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)
本高濃度酸性廢水工藝中試研究已通過了山東省科委成果鑒定，并且已付諸工程實踐。根據(jù)中試結(jié)率及實踐應(yīng)用，本工藝的技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)如下。
5．1 主要污染物處理指標(biāo)
5．2 主要經(jīng)濟指標(biāo)
(1)廢水處理運行成本：3．29元／噸水，其中含人工0．84元，電耗0．82元，藥劑1．6l元，其它0．02元。按去除CODcr計：0．166元／kg，CODcr。
(2)每年排放達(dá)標(biāo)廢水，年去除有機污染物以CODcr計：約1700噸，以BODc計約780噸，有機污染物的去除相當(dāng)于1．5萬噸城鎮(zhèn)生活水的去除能力。具體參見http://m.northcarolinalenders.com更多相關(guān)技術(shù)文檔。
6 結(jié)論
6．1 本研究以實驗室試驗為基礎(chǔ)，經(jīng)過生產(chǎn)性試驗驗證和完善，對高濃度驗性廢水的水質(zhì)特性進(jìn)行深入的分析，首次提出以鐵屑腐蝕一內(nèi)電解作為廢水預(yù)處理工藝，完整提出了廢水后續(xù)生化處理工藝，技術(shù)先進(jìn)，實用性強，為國內(nèi)高濃度廢水處理開創(chuàng)了新路，與實施潔生產(chǎn)相互補充，確保在最不利條件下實現(xiàn)廢水的達(dá)標(biāo)排放，為企業(yè)擴大規(guī)模奠定了基礎(chǔ)。
6．2 鑒于高濃度酸性廢水水量規(guī)模不大，但有機污染物濃度高，污染物組分復(fù)雜，特別是呈較強酸性的特點，通過鐵屑腐蝕一內(nèi)電解等單元組成的預(yù)處理系統(tǒng)，可有效提高廢水的pH 值，改善廢水的可生化性，減少石灰或其它堿的用量，實現(xiàn)以廢治廢，大大降低運行費用；產(chǎn)生的Fe2+本身是良好的絮凝劑，在調(diào)節(jié)pH 的同時，發(fā)生絮凝沉淀反應(yīng)，既節(jié)約了其它絮凝劑的用量，又進(jìn)一步改善水質(zhì)；催化劑的投加，使反應(yīng)器內(nèi)形成新的氧化一還原體系，對大分子和難降角如上所述有機物進(jìn)行分解，去除效率明顯提高，對處理系統(tǒng)最終達(dá)標(biāo)排放具有決定性的作用。
6．3 充人發(fā)研究了后續(xù)生化處理的工藝，使整個系統(tǒng)趨于完善、合理，預(yù)處理和生化處理互相作用，互為補充，確保整套工藝流程技術(shù)的先進(jìn)性，經(jīng)濟的合理性。
6．4 研究確定的工藝參數(shù)經(jīng)過生產(chǎn)中試確認(rèn)，對今后高濃度酸性化工廢水處理的工程設(shè)計、調(diào)試具有很高的借監(jiān)價值，并且已進(jìn)入了實際生產(chǎn)應(yīng)用階段。
