濕法腈綸廢水的生化處理
我國(guó)是腈綸纖維生產(chǎn)大國(guó)。腈綸生產(chǎn)工藝可分為干法紡絲和濕法紡絲兩大類(lèi)，其中濕法紡絲具有產(chǎn)品質(zhì)量好、原料單耗低和污染物排放量少等優(yōu)點(diǎn)[1]，在我國(guó)腈綸生產(chǎn)中占有絕對(duì)優(yōu)勢(shì)。濕法紡絲腈綸廢水COD高、成分復(fù)雜，含有大量的二甲基乙酰胺（DMAC）和丙烯腈（AN）以及其他醛類(lèi)、氰類(lèi)、酚類(lèi)、腈類(lèi)、烷烴類(lèi)等有毒有害物質(zhì)[2]，屬于難降解有毒工業(yè)廢水。
自上世紀(jì)80年代絕大多數(shù)的腈綸生產(chǎn)從發(fā)達(dá)國(guó)家轉(zhuǎn)移到發(fā)展中國(guó)家后，國(guó)外對(duì)濕法腈綸廢水的研究少見(jiàn)報(bào)道。目前國(guó)內(nèi)的濕法腈綸廢水處理技術(shù)主要包括活性污泥法、生物膜法以及活性污泥法與生物膜法相結(jié)合的處理工藝[3-4]。東北某大型濕法紡絲腈綸生產(chǎn)廠采用調(diào)節(jié)—氣浮—水解酸化—活性污泥法處理濕法腈綸廢水，但處理效果不理想。濕法腈綸廢水的可生化性差，其BOD5/COD為0.1～0.2[5]。僅通過(guò)生物方法處理濕法腈綸廢水，出水COD最低只能達(dá)到220~300 mg/L[6-7]。因此對(duì)濕法腈綸廢水處理技術(shù)進(jìn)行系統(tǒng)的研究具有重要意義。
本工作結(jié)合實(shí)際處理工藝，采用高效菌的微生物固定化技術(shù)[8]以及新型氧化混凝劑技術(shù)處理濕法腈綸廢水，處理后廢水可達(dá)標(biāo)排放。該研究結(jié)果為實(shí)際工程的改造提供了基礎(chǔ)技術(shù)參數(shù)。
1 實(shí)驗(yàn)部分
1.1 材料和儀器
C系列氯鐵型氧化混凝劑：北京金科復(fù)合材料有限公司；B-350型高效菌[9]：美國(guó)美德環(huán)保科技有限公司；納米凹凸棒土復(fù)合親水性聚氨酯泡沫結(jié)合型微生物固定化載體：孔徑范圍0.5～1.2 mm，孔隙率大于95%[10]。
接種污泥取自吉林奇峰化纖公司污水處理廠曝氣池。
實(shí)驗(yàn)用廢水取自東北某大型濕法紡絲腈綸生產(chǎn)廠的廢水處理廠，廢水水質(zhì)見(jiàn)表1。
WTW OxiTop型BOD5測(cè)定儀：南通沃特環(huán)？萍加邢薰；PHS-3C型pH計(jì)：上海雷磁公司；AC0-318型電磁式空氣壓縮機(jī)：沈陽(yáng)市氣體壓縮機(jī)廠；LC-310型高效液相色譜儀：北京瑞昂特公司。
表1 廢水水質(zhì)
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1.2 實(shí)驗(yàn)裝置及實(shí)驗(yàn)方法
采用水解酸化—固定化微生物流化床—氧化混凝聯(lián)合工藝處理濕法腈綸廢水。
1.2.1水解酸化
實(shí)驗(yàn)裝置為投加固定化載體、載體填充比為70%、尺寸為10 cm×10 cm×40 cm、有效容積為3L的塑料SBR。將SBR放入生化培養(yǎng)箱，加入4 g/L的菌種進(jìn)行培養(yǎng)馴化。待反應(yīng)器啟動(dòng)成功后進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。SBR按進(jìn)水0.5 h、沉淀0.5 h、瞬時(shí)出水的方式運(yùn)行。
1.2.2固定化微生物流化床
固定化微生物流化床呈圓柱形，由彼此上下聯(lián)通的9格反應(yīng)室組成，總有效容積250.5 L；每格內(nèi)裝有固定化載體；底部進(jìn)水，上端出水。采用電磁式空氣壓縮機(jī)及微孔砂頭曝氣，外設(shè)閥門(mén)和流量計(jì)控制進(jìn)水流量。在固定化微生物流化床1～5號(hào)格室投加高效菌，6～9號(hào)格室投加活性污泥，經(jīng)過(guò)1個(gè)月的馴化培養(yǎng)后進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。
1.2.3氧化混凝
在氧化混凝溫度為25℃、進(jìn)水pH為7.5、進(jìn)水COD為280 mg/L的條件下，在進(jìn)水中加入一定量混凝劑，以400 r/ min的轉(zhuǎn)速攪拌1 min 再以80 r/min攪拌2 min，以1 mL/L的加入量加入聚丙烯酰胺，再在80 r/min的轉(zhuǎn)速下攪拌2 min，靜置5 min，取上清液測(cè)定其COD。
1.3 分析方法
采用重鉻酸鉀法測(cè)定廢水COD[11]；采用BOD5測(cè)定儀測(cè)定BOD5；采用pH計(jì)測(cè)定廢水pH；采用高效液相色譜儀對(duì)固定化微生物流化床出水進(jìn)行分析。
2 結(jié)果與討論
2.1 水解酸化處理效果
分別以活性污泥、高效菌、活性污泥和高效菌（質(zhì)量比為1∶1）為菌種在SBR中進(jìn)行廢水的水解酸化實(shí)驗(yàn)。當(dāng)以活性污泥作為接種菌時(shí)，SBR的啟動(dòng)速率最慢，廢水的COD去除率最低。說(shuō)明活性污泥不適宜作為處理濕法腈綸廢水用SBR的接種菌。
當(dāng)水解酸化溫度為35℃時(shí)，水解酸化運(yùn)行周期對(duì)SBR的COD去除率的影響見(jiàn)圖1。
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由圖1可見(jiàn)：活性污泥和高效菌SBR的COD去除率明顯高于高效菌SBR；當(dāng)水解酸化運(yùn)行周期由8 h增至20 h時(shí)，活性污泥和高效菌SBR的COD去除率由14.0%增至22.0%；高效菌SBR的COD去除率增加不明顯，均為6.0%左右。這是由于活性污泥和高效菌混合后，生物相更加豐富，通過(guò)環(huán)境的馴化能夠形成適合水解酸化處理濕法腈綸廢水的高效微生物菌群。
當(dāng)水解酸化運(yùn)行周期為20 h時(shí)，水解酸化溫度對(duì)活性污泥和高效菌SBR的COD去除率的影響見(jiàn)圖2。由圖2可見(jiàn)：隨水解酸化溫度的升高，COD去除率逐漸增加；當(dāng)水解酸化溫度為42℃時(shí)，COD去除率為26.0%，BOD5/COD由0.37提高至0.39。由于傳統(tǒng)活性污泥法的最高反應(yīng)溫度為35℃[12]，為此廢水廠需對(duì)廢水進(jìn)行降溫。而本方法可在較高溫度下進(jìn)行，既有效提高了水解酸化工段的處理效果又降低了處理成本。
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2.2 流化床處理效果
流化床HRT對(duì)流化床的COD去除率的影響見(jiàn)圖3。由圖3可見(jiàn)：隨流化床HRT的增加，COD去除率略有增加；當(dāng)流化床HRT為20 h時(shí)，流化床的COD去除率為54%，出水COD降至300 mg/L左右。由此可見(jiàn)，延長(zhǎng)流化床HRT有助于提高COD的去除率。
流化床進(jìn)出水的液相色譜譜圖見(jiàn)圖4。由圖4可見(jiàn)，經(jīng)流化床處理后，廢水中所含物質(zhì)種類(lèi)有所減少，但仍有部分物質(zhì)未完全降解。由此可見(jiàn)，流化床作為生化處理工藝能有效降解某些特征污染物，但只依靠生化處理工藝不能將有機(jī)污染物完全降解，因此必須增加后續(xù)深度處理，以解決濕法腈綸廢水達(dá)標(biāo)排放的問(wèn)題[13-14]。
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2.3 氧化混凝處理效果
混凝劑加入量對(duì)氧化混凝工藝出水水質(zhì)的影響見(jiàn)圖5。由圖5可見(jiàn)：隨混凝劑加入量的增加，出水COD逐漸下降；當(dāng)混凝劑加入量為15 mL/L時(shí)，出水COD降至66 mg/L，去除率可達(dá)76.0%以上，出水pH約為7.4。氧化混凝劑及助凝劑的使用成本約為1.2元/m3，由此可見(jiàn)該方法經(jīng)濟(jì)、簡(jiǎn)便，適于實(shí)際應(yīng)用。
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2.4 新工藝與現(xiàn)有工藝處理效果對(duì)比
新工藝與現(xiàn)有工藝（調(diào)節(jié)—氣浮—水解酸化—活性污泥法）COD去除效果的對(duì)比見(jiàn)表2。由表2可見(jiàn)，在進(jìn)水COD基本相同的條件下，新工藝的總COD去除率可達(dá)89.4%，較現(xiàn)有工藝提高了37.7％。由此可見(jiàn)，新工藝中采用的高效菌微生物固定化技術(shù)及新型氧化混凝技術(shù)均對(duì)濕法腈綸廢水有較好的去除效果。
表2 新工藝與現(xiàn)有工藝COD去除效果的對(duì)比
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3 結(jié)論
a）采用水解酸化—固定化微生物流化床—氧化混凝聯(lián)合工藝處理濕法腈綸廢水。在水解酸化溫度為42℃、水解酸化運(yùn)行周期為20 h的條件下，接種活性污泥和高效菌的SBR的COD去除率為26.0%。
b）經(jīng)流化床工藝處理后，出水COD可控制在300 mg/L左右；液相色譜分析表明流化床出水中仍有部分難降解物質(zhì)未被完全去除。
c）在新型氯鐵型氧化混凝劑加入量為15 mL/L的條件下，混凝出水COD可降至66 mg/L。水解酸化—固定化微生物流化床—氧化混凝聯(lián)合工藝的總COD去除率可達(dá)89.4％。
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[作者簡(jiǎn)介] 李杰（1964-），男，甘肅省天水市人，博士，教授，主要研究方向?yàn)閺U水處理。
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