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第２卷 第９期环境工程学报Ｖｏｌ．２，Ｎｏ．９２００８年９月ＣｈｉｎｅｓｅＪｏｕｒｎａｌｏｆＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＳｅｐ２００８动态混合曝气微电解预处理维生素Ｂ１生产废水谢 琴 孙力平 于静洁 陈修辉 安 莹（天津城市建设学院环境与市政工程系，天津３００３８４）摘 要 维生素Ｂ１生产废水具有有机污染物浓度高、色度大、水量冲击大和可生化性差等特点。为了减轻后续生化处理的压力，提出了动态混合曝气微电解工艺进行预处理，通过单因素对比试验考察了各因素对出水效果的影响，得出最佳控制参数为：进水ｐＨ值为５，曝气时间为２ｈ，铁碳体积比为０．５，气水比为２００，充水比为０．５，混凝体积比为５。ＴＯＣ（原水５２１２０ｍｇ／Ｌ）和色度（原水为１０００倍）去除率分别达到３４．９％和４４％，为后续生化处理奠定了坚实的基础。关键词 维生素Ｂ１制药废水 动态混合曝气微电解 预处理中图分类号 Ｘ７０３１ 文献标识码 Ａ 文章编号 １６７３９１０８（２００８）０９１１８５０４ＰｒｅｔｒｅａｔｍｅｎｔｏｆｗａｓｔｅｗａｔｅｒｆｒｏｍｖｉｔａｍｉｎＢ１ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎｂｙｄｙｎａｍｉｃｍｉｘｉｎｇａｅｒａｔｉｏｎｍｉｃｒｏｅｌｅｃｔｒｏｌｙｓｉｓｐｒｏｃｅｓｓＸｉｅＱｉｎ ＳｕｎＬｉｐｉｎｇ ＹｕＪｉｎｇｊｉｅ ＣｈｅｎＸｉｕｈｕｉ ＡｎＹｉｎｇ（ＤｅｐａｒｔｍｅｎｔｏｆＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｎｄＭｕｎｉｃｉｐａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＴｉａｎｊｉｎＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＵｒｂａｎＣｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ，Ｔｉａｎｊｉｎ３００３８４）Ａｂｓｔｒａｃｔ ＷａｓｔｅｗａｔｅｒｆｒｏｍｖｉｔａｍｉｎＢ１ｆａｃｔｏｒｙｈａｓｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｈｉｇｈｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ，ｂａｄｂｉｏｃｈｅｍｉｃａｌｄｅｇｒａｄａｂｉｌｉｔｙ，ｍａｎｙｃｈｒｏｍｉｎａｎｃｅｓｕｂｓｔａｎｃｅａｎｄｈａｒｄｌｙｂｅｂｉｏｃｈｅｍｉｃａｌｔｒｅａｔｅｄ．Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏｒｅｄｕｃｅｌａｔｔｅｒｂｉｏｃｈｅｍｉｃａｌｒｅｍｏｖａｌ’ｓｐｒｅｓｓｕｒｅ，ｄｙｎａｍｉｃｍｉｘｉｎｇａｅｒａｔｉｏｎｍｉｃｒｏｅｌｅｃｔｒｏｌｙｓｉｓｐｒｏｃｅｓｓｉｓｐｒｏｐｏｓｅｄ，ｋｉｎｄｓｏｆｅｆｆｅｃｔｓａｒｅｔａｋｅｎｉｎｔｏａｃｃｏｕｎｔＴｈｅｂｅｓｔｃｏｎｔｒｏｌｌｉｎｇｐａｒａｍｅｔｅｒｓａｒｅｇａｉｎｅｄｂｙｃｏｎｔｒａｓｔｉｎｇｅｆｆｅｃｔｆａｃｔｏｒｓｏｎｅｂｙｏｎｅ，ｔｈｅｓｅｆａｃｔｏｒｓｉｎｓｅｐａｒａｔｅｌｙａｒｅａｓｆｏｌｌｏｗｓ：ｉｎｌｅｔｐＨｉｓ５，ａｅｒａｔｉｏｎｔｉｍｅｉｓｔｗｏｈｏｕｒｓ，ｖｏｌｕｍｅｒａｔｉｏｏｆＦｅａｎｄＣ，ｒａｔｉｏｏｆｇａｓａｎｄｗａｔｅｒ，ｗａｔｅｒｆｉｌｌｉｎｇｒａｔｉｏａｎｄｖｏｌｕｍｅｒａｔｉｏｏｆｃｏａｇｕｌａｔｉｎｇａｒｅ０．５，２００，０．５，ａｎｄ５ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ．ＲｅｍｏｖａｌｒａｔｅｓｏｆＴＯＣ（ｗａｓｔｅｗａｔｅｒ’ｓＴＯＣｉｓ５２１２０ｍｇ／Ｌ）ａｎｄｃｈｒｏｍａｔｉｃｉｔｙ（ｗａｓｔｅｗａｔｅｒ’ｓｃｈｒｏｍａｔｉｃｉｔｉｓ１０００ｔｉｍｅｓ）ａｒｅ３４９％ａｎｄ４４％ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ，ｉｔｌａｙｓａｓｔａｂｌｅｆｏｕｎｄａｔｉｏｎｆｏｒｌａｔｔｅｒｂｉｏｃｈｅｍｉｃａｌｔｒｅａｔｍｅｎｔ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ ｗａｓｔｅｗａｔｅｒｆｒｏｍｖｉｔａｍｉｎＢ１ｐｈａｒｍａｃｅｕｔｉｃａｌｆａｃｔｏｒｙ；ｄｙｎａｍｉｃｍｉｘｉｎｇａｅｒａｔｉｏｎｍｉｃｒｏｅｌｅｃｔｒｏｌｙｓｉｓｐｒｏｃｅｓｓ；ｐｒｅｔｒｅａｔｍｅｎｔ收稿日期：２００８－０３－１６；修订日期：２００８－０４－２０作者简介：谢琴（１９８１～），女，硕士研究生，主要从事污水资源化的研究工作。Ｅｍａｉｌ：ｘｉｅｑｉｎ１１１１＠ｙａｈｏｏ．ｃｏｍ．ｃｎ 维生素Ｂ１制药废水具有有机污染物（ＣＯＤ）和ＴＯＣ浓度高、色度大、可生化性差和水量冲击负荷大等特点，任意排放使得水体发黑、变臭，对环境造成极大的污染。由于其可生化性差，常规的水处理工艺很难使其出水达到国家排放标准，所以本试验采用动态混合曝气微电解对维生素Ｂ１嘧啶废水进行预处理，为后续生化处理奠定了坚实的基础。微电解（ｍｉｃｒｏｅｌｅｃｔｒｏｌｙｓｉｓ）法又称内电解法，被广泛研究与应用。它是利用铁屑中的铁和碳组分构成原电池，以各类废水为电解质溶液，通过电化学反应，集合多种去污作用，实现大分子有机污染物的断链、发色与助色基团脱色的一种水处理方法，用此法对生物难降解废水进行预处理可提高废水的生化性，同时具有良好的絮凝吸附作用，从而利于后续生化反应的进行，达到“以废治废”的目的［１，２］。１ 试验部分１．１ 试验水质本试验所用废水取自我国北方某城市的维生素Ｂ１厂的嘧啶工序实际废水，稀释１倍后加入试验装置。稀释后的废水ＣＯＤ为７３６００ｍｇ／Ｌ，ＴＯＣ为２６０６０ｍｇ／Ｌ。原水水质为：ＣＯＤ１４７２００ｍｇ／Ｌ，ＴＯＣ５２１２０ｍｇ／Ｌ，ＮＨ＋４Ｎ７３９３ｍｇ／Ｌ，色度１０００倍，ｐＨ为１０２。环境工程学报第２卷１．２ 试验装置及流程曝气微电解装置采用自制柱状反应器，有效容积为２Ｌ，采用间歇进水排水的方式反应，铁碳床由颗粒活性炭和刨铁花混合而成，在铁碳床下方放置曝气头，曝气量可调节。微电解出水加入石灰乳调节ｐＨ值到１０，并在烧杯中进行混凝沉淀试验。１．３ 试验方法废水首先进入曝气微电解反应器，经曝气微电解最佳处理条件下的出水直接与原废水混合，进行混凝沉淀，此工艺叫动态混合曝气微电解工艺，并将曝气微电解反应的出水与原废水混合的体积成为混凝体积比。曝气微电解工艺的出水与原废水混合时，将出水ｐＨ值用石灰乳调到１０，ｐＨ值在此范围内的沉淀效果较好，并且在微生物出现的适宜的ｐＨ值范围内。该工艺得到了很好的处理效果，在提高可生化性的同时提高了处理效率，并且减小了嘧啶废水对调节池有较大的冲击。１．４ 动态混合曝气微电解基本原理动态混合曝气微电解工艺建立在微电解的基础上。微电解反应基本原理为：（１）氧化还原反应；（２）原电池反应；（３）电化学附集作用；（４）物理吸附作用；（５）铁的混凝作用；（６）铁离子的沉淀作用［１～４］。曝气的作用是增加废水中的溶解氧，用以增加电子受体的数量，强化微电解的作用，加速铁的溶出，促进铁碳表面物质的去除。动态混合曝气微电解工艺一方面充分利用了微电解反应产生的新生态［ＯＨ］、Ｈ、Ｆｅ２＋和Ｆｅ３＋，将其与原废水混合沉淀达到降低色度，去除污染物的目的。这样既充分利用了曝气微电解的产物资源，又减轻了调节池的冲击负荷，同时提高了处理效率。２ 结果与讨论２．１ 铁碳体积比对处理效果的影响在进行曝气微电解试验前先用浓度为１％的稀盐酸浸泡铁屑，以去除铁屑表面的氧化物，再用清水洗净。试验中考察铁碳体积比分别为０．２５、０．５、１、１．５和２．５时的出水效果。其他条件分别为：进水ｐＨ值５，充水比（进水体积和反应器中填料体积比）０．５，曝气时间２ｈ，气水比２００（曝气量为０．１ｍ３／Ｌ），试验结果如图１所示。由图１可知，铁碳体积比对ＴＯＣ和色度去除率有较大影响。随着铁碳体积比的提高，废水中铁的图１ 铁碳体积比对ＴＯＣ和色度去除率的影响Ｆｉｇ．１ ＩｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆＦｅａｎｄＣｖｏｌｕｍｅｒａｔｉｏｏｎｒｅｍｏｖａｌｒａｔｅｓｏｆＴＯＣａｎｄｃｈｒｏｍａｔｉｃｉｔｙ含量增多，废水的ＴＯＣ和色度的去除率呈上升趋势，但是当铁碳体积比超过０．５时，ＴＯＣ和色度的去除率又呈下降趋势。只有当投加的铁碳体积比合适时取得好的处理效果。其原因主要是体系中铁屑含量越多，形成的原电池数量越多，可提高对有机物等的去除率，铁屑过多时，反而抑制了原电池的电极反应，更多的表现为碳的吸附，而碳对有机物等的去除率影响不大，并且碳的成本较高。因此，从处理效果和经济因素考虑，最佳铁碳体积比为０．５，此时ＴＯＣ的去除率为４５．７％，色度的去除率为６４％。２．２ 进水ｐＨ值对处理效果的影响试验过程中将进水ｐＨ值分别调至２、３、４、５、７和１０，考察不同ｐＨ值条件下出水的效果，其他试验条件分别控制为：铁碳体积比０．５，充水比０．５，曝气时间２ｈ，气水比２００。试验结果如图２所示。图２ 进水ｐＨ值对ＴＯＣ和色度去除率的影响Ｆｉｇ．２ ＩｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆｐＨｏｎｒｅｍｏｖａｌｒａｔｅｓｏｆＴＯＣａｎｄｃｈｒｏｍａｔｉｃｉｔｙ由图２可知，进水ｐＨ值对ＴＯＣ和色度去除率的影响较大。当ｐＨ值低于５时ＴＯＣ的去除率随着进水ｐＨ值的升高而提高，ｐＨ值为５时去除率最大为４６．８％。当进水ｐＨ值大于５时随着进水ｐＨ值的升高反而引起ＴＯＣ去除率的降低，而色度的去除率在进水ｐＨ值逐渐升高时有上下波动的趋势，但当ｐＨ值为５时色度的去除率最大为４５．８％，其主６８１１第９期谢 琴等：动态混合曝气微电解预处理维生素Ｂ１生产废水要原因是进水ｐＨ值越低，体系中有大量的Ｈ＋，原电池的电极反应进行得越快，越有利于微电解各种作用的实现。但当ｐＨ值越低，耗铁量将加大，低的ｐＨ值会改变产物的存在形式，如破坏反应后生成的絮体，并且水中溶解铁含量增高，出现出水色度升高的现象，并且试验表明，在偏酸性条件下的ｐＨ值范围内，废水的微电解处理效果较显著［５］。２．３ 曝气时间对处理效果的影响试验过程中，将曝气时间分别控制在３０、６０、９０、１２０、１５０和１８０ｍｉｎ考察其对处理效果的影响。其他条件分别为：铁碳比０．５，进水ｐＨ值５，充水比０．５，气水比为２００。试验结果如图３所示。图３ 曝气时间对去除率的影响Ｆｉｇ．３ ＩｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆａｅｒａｔｉｏｎｔｉｍｅｏｎｒｅｍｏｖａｌｒａｔｅｓｏｆＴＯＣａｎｄｃｈｒｏｍａｔｉｃｉｔｙ由图３可知，ＴＯＣ和色度的去除率随着曝气时间的增加而提高，曝气１２０ｍｉｎ时，ＴＯＣ和色度的去除率都达到峰值，分别为４６．５％和６３％。曝气２ｈ后随着曝气时间的增加，ＴＯＣ和色度的去除率都有下降趋势。其主要原因：在铁屑微电解床中，产生了大量的Ｆｅ２＋，而Ｆｅ２＋的絮凝沉淀效果没有Ｆｅ３＋好，曝气正是起到氧化亚铁离子的作用，然后通过沉淀达到去除废水中污染物的目的。在酸性环境中随着曝气时间的增加，原电池的电位差增大，电解反应就更充分。曝气１２０ｍｉｎ时，ＴＯＣ和色度的去除率都达到最大值，之后再延长曝气时间对ＴＯＣ和色度的去除效果作用不大，其原因可能是原电池的电位差增加有极限值，达到这个极限值之后再曝气原电池的电位差也不再增加，此时Ｆｅ２＋的生成量减少，导致铁离子的生成量也减少。２．４ 充水比对去除效果的影响试验过程中将充水比（进水体积和反应器中填料体积比）分别控制为０．５、１、１．５和２，其他条件分别控制为：铁碳比０．５、进水ｐＨ值５，充水比０．５，曝气时间为２ｈ，气水比为２００。试验结果如图４所示。图４ 充水比对去除率的影响Ｆｉｇ．４ ＩｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆｗａｔｅｒｆｉｌｌｉｎｇｒａｔｉｏｏｎｒｅｍｏｖａｌｒａｔｅｓｏｆＴＯＣａｎｄｃｈｒｏｍａｔｉｃｉｔｙ从图４中很明显能看出ＴＯＣ和色度去除率都随着充水比的增加而降低，并且在充水比为０．５时ＴＯＣ和色度的去除效率分别降至１９．７％和２２％。其主要原因是因为通过曝气提供了充足的氧，促进了原电池阳极反应的进行，同时也起到了搅拌、振荡的作用，减弱浓差极化，加速电极反应的进行。另一方面随着进水的增加，反应器中的原电池数量不够，导致一部分废水还没和原电池接触充分便被排出反应器。此阶段进入反应器的废水不能太多，避免对后续的生物处理造成不利影响。综合考虑采用的充水比为０．５。２．５ 气水比对去除效果的影响试验过程中将气水比（曝气量与水的体积比）分别调为１００、２００、４００、６００、８００和１０００以考察其对出水效果的影响。其他条件控制为：铁碳比０．５，进水ｐＨ值５，充水比０．５，曝气时间１２０ｍｉｎ。去除效果如图５所示。图５ 气水比对去除率的影响Ｆｉｇ．５ Ｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆｇａｓｗａｔｅｒｒａｔｉ