1 引言

難降解有機廢水處理難度大、成本高,一直是水污染防治的重點。目前處理難降解有機廢水的方法很多,如:化學氧化法、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、操作簡單、處理成本低、效果穩(wěn)定,一直是難降解有機廢水處理優(yōu)先采用的方法。由于難降解有機物的難降解性及對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難降解有機廢水進行必要的預處理,并采用各種厭氧、好氧組合工藝進行處理,同時各種生物強化技術(shù)亦得到應用,如:粉末活性炭活性污泥法、磁種強化活性污泥法、優(yōu)勢微生物法、生物鐵法等。

生物鐵法(bioferric process)是向曝氣池內(nèi)或進水中投加鐵鹽 ,以提高普通活性污泥法處理廢水的效能 ,強化和擴大活性污泥法凈化功能的方法。前人采用生物鐵法對難降解有機廢水 ,如:焦化廢水、制革廢水、印染廢水等進行了研究和應用 ,取得了較好的效果。生物鐵填料法( bio - iron filling process)是在生化池中適當位置安裝鐵復合填料 ,通過零價鐵的還原溶出 ,向池內(nèi)連續(xù)補充鐵離子 ,形成生物鐵活性污泥 ,達到強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。本文將對生物鐵法和生物鐵填料法處理原理及其處理難降解有機廢水的研究和應用情況進行介紹。

2 生物鐵法和生物鐵填料法處理原理

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

在生化池中適當位置安裝鐵復合填料的生物鐵填料法,能夠強化生化法的處理效果。其原理是:鐵復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物及氧化性較強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,Fe2 +進一步氧化成Fe3 +;廢鑄鐵屑含有炭及其它雜質(zhì),當它浸沒在廢水中時,鐵與炭或其它元素之間形成無數(shù)個微小的原電池,發(fā)生原電池反應,難降解有機物參與原電池反應,發(fā)生脫氯、硝基有機物還原成胺基有機物、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廢水處理中的研究和應用

3. 1 印染廢水的處理

孫天華等人對高濃度難降解印染廢水采用生物鐵法進行了處理研究。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)過一段時間的培養(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、比表面積大、沉降快、能使曝氣池保持較高的污泥濃度。當進水 CODcr 高于 1000mg/ L、BOD5/ CODcr < 0. 2時,生物鐵法對 CODcr 的去除率平均達88 %,比普通活性污泥法在相同條件下高出 18個百分點; (2)生物鐵法主要依靠鐵的一些物化和生化效應,與微生物結(jié)合生成比重大、 SVI低、絮凝沉降性能和壓實性能良好的生物鐵絮體,使回流污泥濃度提高,進而使曝氣池保持較高的污泥濃度,形成在高濃度CODcr進水時的低污泥負荷的運行條件,故能獲得很高的CODcr去除率; (3)生物鐵法的低污泥負荷,產(chǎn)生了類似于延時曝氣的泥齡很長的污泥,這不僅有利于各種世代和種屬的細菌的存在生長和各種難降解有機物的分解,還可以減少污泥的增殖量和剩余污泥量,節(jié)省污泥處理費用; (4)由于生物鐵法污泥對氧的利用率優(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、氰等難降解有機物 ,成分復雜 ,毒性較強 ,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內(nèi)多家焦化廠的廢水處理中得到應用。如馬鞍山鋼鐵公司早在 1982 年試用生物鐵法并開始投入運行 ,多年的工程實踐表明: (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 ,且更能承受有機負荷的沖擊; (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合法處理大慶石化總廠含氰廢水 ,小試及工業(yè)放大實驗結(jié)果表明: (1)復合法提高了菌膠團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)復合法能提高生化系統(tǒng)的抗溫度沖擊能力 ,在水溫達到40 ℃時 ,COD的去除率仍能達到 65 %左右; (3)復合法受有機物沖擊恢復時間較普通活性污泥法縮短了7d左右。

3. 3 制革廢水的處理

裴保安等人應用生物接觸氧法處理制革廢水 ,對投加鐵鹽和不投加鐵鹽的試驗進行對比。結(jié)果表明: (1)生物鐵法能夠強化生物氧化 ,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)工藝處理頭孢類半合成抗生素化學制藥高濃度有機廢水 ,在厭氧水解池和生物鐵池中均安裝適量的生物鐵填料。試驗結(jié)果表明: (1)生物鐵復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 93 % ,而一般活性污泥法對照試驗 CODcr 去除率在 60 %以下 ,低于生物鐵法30個百分點。我們還采用兩個方形合建式完全混合曝氣沉淀池同時處理經(jīng)厭氧水解酸化處理后的高濃度中藥廢水 ,在一個池(強化池)內(nèi)安裝鐵復合填料 ,而在另一個池(對照池)內(nèi)安裝總表面積相同的半軟性塑料填料。試驗結(jié)果表明: (1)強化池活性污泥濃度增加 ,比對照池高1617mg/ L ; (2)強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)由于零價鐵的物化及微生物的綜合作用,強化池 CODcr、 BOD5 去除率可降至較低水平,CODcr去除率比對照池高16. 3 %。

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

4 結(jié)語

生物鐵填料法不論是應用于好氧處理 ,還是應用于厭氧處理 ,都表現(xiàn)了強化處理效果。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物去除率 ,并可提高對有機負荷的沖擊力。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 ,故更適宜用于難降解有機廢水的處理。目前對生物鐵法的試驗研究和工業(yè)應用報導得不多 ,對在生物池內(nèi)安裝鐵填料的生物鐵填料法也未見其他人報導。生物鐵法和生物鐵填料法具有良好的應用前景 ,有必要做深入的研究。

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