关于铁炭微电解的研究与分析

论文导读:：本文对高有机磷废水采用铁炭微电解+光催化氧化+生化工艺进行处理，经过八个月调试，污水处理系统运行稳定，处理效果好。进水（平均）COD12890mg/L ，BOD53472mg/L、NH3-N118mg/L、总磷664mg/L，出水（平均）COD96mg/L，BOD519mg/L、NH3-N13mg/L、总磷0.45mg/L，达到了GB8978-1996《污水综合排放标准》一级标准。
论文关键词：铁炭微电解，光催化氧化，有机磷废水

　　磷是造成水体富营养化的重要原因，对高有机磷废水的处理一直是工业企业环境污染治理的难题。虽然对处理高有机磷的研究一直没有中断过，但目前处理效果好、运行费用低的方法还不多。这是因为磷的排放标准较高（GB8978-1996《污水综合排放标准》中磷的一级排放标准为不超过0.5mg/l），且处理成本较高，一般企业难以承受。
　　1工程概况
　　某化工企业主要生产卤代烷基磷酸酯阻燃剂，废水主要来自生产车间的碱洗、酸洗、水洗及部分水冲泵废水。废水呈强酸性，COD、SS、P等较高。针对该废水有机磷含量高的特点，采用铁炭微电解+光催化氧化+生化工艺，经过八个月调试，废水处理系统运行稳定，且达标排放。废水设计参数见表1。
　　

项目	ρ(COD) （mg·L-1）	ρ(BOD5) （mg·L-1）	ρ（总磷） （mg·L-1）	ρ（NH3-N） （mg·L-1）	pH
进水水质	≤13000	≤3500	≤675	≤121	2～3
出水水质	≤100	≤20	≤0.5	≤15	6～9

表1 废水设计参数
　　Table 1 Designparameters of wastewater
　　2工程设计
　　2.1 工艺设计
　　废水处理工艺流程见图1。
　　
　　图1废水处理工艺流程图
　　Fig.1 Technological process for wastewatertreatment
　　废水由业主自行收集至调节池后，先进入沉淀回收池进行沉淀回收，上清液通过铁炭微电解，绝大部分大分子有机物被氧化分解为小分子物质，经沉淀，去除大部分总磷。再通过光催化氧化作用, 出水的生化性大大提高。废水经泵提升进入UASB塔后自流进入A/O池， 降解大部分COD。废水中的有机磷也被氧化水解成无机磷，经沉淀后可基本去除总磷。
　　2.2 主要构筑物单元参数
　　(1)调节池：尺寸为10.0m×3.0m×3.0m，主要起收集、调节废水作用。
　　（2）沉淀回收池：内置斜管填料，尺寸为5.0m×2.0m×4.7m，表面负荷1.0m3/(m2·h)。调节池的废水经自吸泵（2台，1备1用，Q=10m3/h，N=2.2 kW）提升至沉淀回收池，回收利用部分物料。
　　（3）铁炭氧化池：尺寸为5.5m×2.5m×4.0m龙源期刊，停留时间约为4.8h。悬空两层、190袋铁炭（铁屑和焦炭混合比为1：2），控制铁炭池内的pH 4～5；池底布设穿孔曝气管，气水比为5：1。
　　（4）初沉池：采用竖流式沉淀池，尺寸为φ1.8 m×5.0 m，设计流量10 m3/h，表面负荷1.1m3/(m2·h)，沉淀时间1.1h，有效水深4.5 m，同时设导流筒1个。
　　（5）光催化氧化池：2级串联，内置50根Ф325mm×H1500mm管式光催化氧化单元组合装置，且内壁涂复纳米级TiO2光催化剂涂层、涂层粘合选用氟碳漆。单体尺寸为3.0m×3.0m×2.5m，停留时间为4.5h。采用波长200～250nm 的UV光氧化降解废水中的有机污染物，提高污水的可生化性。
　　（6）UASB塔：并联两个碳钢结构UASB塔，内设循环泵（Q=15m3/h，N=5.5 kW，H=25m，1备1用），塔底采用穿孔管均匀进水，塔顶设三相分离器。单体尺寸为φ4.5 m×12 m，停留时间36h，COD容积负荷为7.5kg/(m3·d)。
　　（7）A/O池：三格式，内置弹性填料，采用罗茨风机（Q=4.94m3/min，N=6.80kW， H=0.5kgf/cm2）进行微孔曝气，内设循环泵（Q=30m3/h，N=3kW）进行硝化与反硝化，废水中污染物被进一步氧化、吸附。
　　A池：单格尺寸为3.0 m×1.5 m×5.0m，微孔曝气器共26套，水力停留时间为9.72 h，DO控制在0.5mg/L以下。
　　O池：单格尺寸为6.0m×1.5 m×4.5m，微孔曝气器共54套，有效容积为108m3,停留时间为10.8h，设计BOD5容积负荷0.25kg/(m3·d)，DO控制在2～3mg/L。
　　（8）二沉池：内置斜管填料，尺寸为4.5m×2.0m×4.7 m，设计流量10 m3/h，表面负荷1.1m3/(m2·h)，沉淀时间约1h，有效水深4.4 m，出水回调pH6～9。
　　（9）污泥浓缩池：尺寸为2.5m×2.5 m×2.5m ，超高0.5 m，总有效容积15.6 m3。污泥通过螺杆泵进入板框压淲机（S=28 m2）进行脱水。
　　3 调试与运行
　　1) UASB池调试：工程安装完成后，开始进行污泥培养，污泥采用城市污水处理厂剩余污泥。UASB池投加牛粪当作菌种，控制碳、氮、磷比例在200：5：1，用NaHCO3调节pH。调试过程中的悬浮污泥从塔顶排出，三个月后，当悬浮颗粒污泥开始形成时，慢慢提高进水浓度，同时增加进水量龙源期刊，进行污泥驯化。
　　2) A/O池调试：先调节A/O池碳：氮：磷=（200～300）：5：1，连续闷曝24h后静止2 h，排掉池中的悬浮物，再补充营养液进行污泥培养。10天后填料表面开始挂膜，继续加入营养液并间歇补充生活污水，控制好DO和pH等条件。25天后观察膜上有微生物出现，继续培养30天后出现钟虫、草履虫、轮虫、线虫等微生物，且手摸膜有黏性、滑腻感，说明生物膜已经成长。此后开始进行污泥驯化。
　　3)废水处理：生化调试成功后开始进行废水处理。经过铁炭的微电解作用，可把大部分有机磷氧化分解成无机磷，出水调节pH，并加石灰水，磷去除率可达90%。再通过光催化氧化作用，废水的可生化性大大提高。经过八个月的调试运行，出水达到了GB8978-1996《污水综合排放标准》一级标准。运行结果见表2、表3。
　　表2调试期间的运行结果
　　Table 2 The result in debugging
　　

采样时间 （运行稳定后）	CODCr（mg/L）	BOD5（mg/L）	NH3—N（mg/L）	总磷（mg/L）
进水	出水	进水	出水	进水	出水	进水	出水
4月 5月	12500 13165	3375 2750	3450 3320	450 418	121 115	70 72	675 678	45 36
6月	12950	2180	3427	370	130	56	670	29
7月	13100	1642	3567	328	125	48	645	12
8月	12840	1053	3482	260	108	37	660	6
9月	13170	475	3465	153	112	45	658	2
10月	12675	215	3384	46	120	16	638	0.39
11月	12890	96	3472	19	118	13	664	0.45

表3 12月份主要工艺段运行结果
　　Table 3 The main running result inDecember
　　

	CODCr	BOD5	NH3-N	总磷
进水 Mg/L	出水 Mg/L	去除 率%	进水 Mg/L	出水 Mg/L	去除 率%	进水 Mg/L	出水 Mg/L	去除 率%	进水 Mg/L	出水 Mg/L	去除 率%
调节池	12890	－	－	3472	－	－	118	－	－	664	－	－
铁炭氧化池	9697	6958	28.2	2610	2088	20.0	98	89	9.1	675	629	6.8
初沉池	6958	6120	12.0	2088	1566	25.0	89	76	14.6	629	67	89.3
光催化氧化池	6120	4654	23.9	1566	1174	25.0	76	71	6.5	67	58	13.4
UASB池	4654	930	80.0	1174	234	80.0	71	113	－	58	31	46.6
A/O池	930	136	85.3	234	25	89.3	113	18	84.1	31	9	70.9
二沉池	136	96	29.4	25	19	24.0	18	13	27.7	9	0.45	95.0

4 经济分析
　　 工程总投资约220万元，日处理水量150m3/d，运行费用8.7元/吨。具体费用见表4。
　　表4 废水处理费用
　　

电费	人工费	药剂费
45 KW	3人	PAM	PAC	H2O2	石灰	液碱	硫酸
0.7元/KW﹒h	1500元/月	12000元/t	2000元/t	1300元/t	500元/t	2000元/t	800元/t
3.024元/m3	1.0元/m3	0.8元/m3	0.2元/m3	2.21元/m3	0.41元/m3	0.4元/m3	0.063元/m3
废水处理费用：8.7元/ m3

The wastewater treatment cost
　　table45 结论
　　4) 利用铁炭微电解+光催化氧化+生化工艺处理高有机磷废水是可行的，且运行稳定，运行费用相对较低，出水达到GB8978-1996《污水综合排放标准》一级标准。
　　5) 采用铁炭微电解+光催化氧化对废水进行预处理具有处理效率高，对提高B/C比和后续的生化处理有很好的作用。
　　6) UASB塔去除化工废水中的COD 具有耐冲击负荷强、去除效率高、占地面积小等优点。
　　6 存在问题
　　7) 铁炭寿命问题：随着运行时间的延长，Fe3+不断损耗，铁炭板结，COD去除率下降，影响到其后处理单元的效果。
　　8)污泥问题：由于工艺中石灰是除磷的关键药剂，石灰投加不足则降低除磷效率，投加过量又产生大量污泥，增加污泥处理成本。