专利名称：活性污泥－微电解法处理工业废水的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种工业废水的处理方法。
2.背景技术目前，处理工业废水最普遍采用的方法是活性污泥法，该法具有经济、有效和容易工业实施等特点，但对于那些含有难生物降解物质的工业废水，如腈纶废水、印染废水等，采用活性污泥法的处理往往达不到预期的效果，因此人们常常在活性污泥法前增加预处理措施。铁屑过滤，也称微电池法或腐蚀电池法，即是一种重要的预处理方法。此法具有适用范围广、处理效果好、成本低廉及操作维护方便的特点，并且使用的铁屑多是来自切削工业的垃圾，也不需要消耗有限的电力资源，具有“以废治废”的意义。该法从某种程度上改变了传统废水处理系统的投资大、运行费用高的缺点。
铁屑过滤法处理工业废水是基于电化学中的电池反应，我们知道将金属阳极直接和阴极材料接触在一起，浸没在电解质溶液中则发生电池反应而形成腐蚀电池，就发生所谓的腐蚀反应，金属阳极被腐蚀而消耗。腐蚀电池又可分为微观腐蚀电池和宏观腐蚀电池，前者是指在金属表面由于存在许多极微小的电极而形成的电池，后者是指由肉眼可见到的电极所构成的“大电池”。铁屑是铁和碳的合金，即由纯铁和碳化铁及一些杂质组成。碳化铁和其它杂质颗粒以极小的颗粒的形式分散在铁屑内，由于它们的电极电势比铁的低，当处在电解质溶液中时就形成了无数个腐蚀微电池，在它的表面就有电流在成千上万个细小的电池内流动，铁作为阳极被腐蚀消耗，当体系中有活性炭等宏观阴极材料存在时，又可以组成宏观腐蚀电池。电极反应生成的新生态Fe2+及进一步氧化生成的Fe3+及它们的水合物具有较强的吸附—絮凝活性，特别是在加碱调pH值后原位生成Fe(OH)2和Fe(OH)3胶体聚凝剂，它的吸附能力高于一般药剂水解得到的Fe(OH)3，能大量吸附废水中分散的微小颗粒、金属离子及有机大分子，而絮凝沉淀下来。在中性或偏酸性的环境中，铁屑电极本身及其所产生的新生态H、Fe2+等能与废水中许多组分发生氧化还原反应。比如能破坏有色废水中的有色物质的发色基团或助色基团，甚至断链，可以脱色、降低COD及提高可生化性，还可以还原重金属离子，降低其毒性等，对难降解废水中的有机物具有较好的去除效果。
用腐蚀电池法处理废水自从它诞生开始，就引起广泛重视，并进行了大量研究。《环境工程》1999，17卷第4期《微电解-水解酸化/接触氧化工艺处理染化废水的研究》采用微电解-H/O工艺对染化废水进行了处理研究，其缺点在于，微电解处理时为达到较好的处理效果，需要消耗大量酸调整进水pH值在强酸性范围内，小于1.8最好。这是因为，pH值越低，H+浓度高，反应生成的Fe2+也越多，有利于还原发色基团且Fe(OH)2生成也较多，有利于絮凝反应，之后还要用碱调整pH值以便进行后续处理，使得工序变得繁琐，酸碱消耗又增加了运行成本。此外，该微电解法对于那些含有难生物降解物质的工业废水的COD去除率较低。
《西安建筑科技大学学报》1997，29卷第3期《微曝气在铁屑法处理印染废水中的作用探讨》一文中，通过曝气增加废水中的溶解氧，强化了微电解作用又促进铁屑表面物质的排除，在一定程度上提高了铁屑法的处理效率。该工艺仍存在以下缺点铁屑腐蚀电池法处理工业废水时需将铁屑与活性炭或含碳物质混合组成电池系统，增加了处理成本或产渣量，给后续渣的处理造成较大的困难。
3.发明内容本发明在于提供一种高效率的预处理含难生物降解物质的工业废水的方法，包括腈纶废水、印染废水、纺织废水和石油化工废水，该法产渣量低，COD脱除率高，工艺简单，废水处理成本低，易于实施。
根据本发明，提供了一种活性污泥-微电解处理工业废水的方法，包括在普通的活性污泥体系中布置碳钢2(见图1)，调节反应区pH值为3.5～9。所布置的碳钢2可以是角铁，也可以是铸铁，该物质只要是易于生锈的铁和碳的合金，均属本专利发明的范围。
在上述体系中，铁为还原性物质，通过电极反应被氧化时，其提供的两个电子有破坏有机物的结构作用，甚至可以断链。电极反应的产物Fe2+也具有比较强的还原性，有利于Fe3+的生成，产生凝聚力很强的Fe(OH)3胶体，吸附污水中的有机物。当该体系与活性污泥体系共存时，通过曝气，一方面可以起到搅拌和减少浓度极化作用，加速电极反应的进行，同时向活性污泥提供氧气，使活性污泥中微生物更容易将体系中的有机物分解，降低废水COD。
反应区pH值的控制是非常重要的，在上述范围内，既有利于微电解反应的进行，也是活性污泥中微生物可以生存的范围内，活性污泥通过驯化，其忍受的pH值是可以降低的。较好的pH值范围是4.5～6.5，该pH值下有利于加速铁的腐蚀，从而加速活性污泥系统对有机物的去除能力。
反应区内污泥应维持一定的浓度，污泥浓度过高，泥水分离较为困难，空气消耗量大，浓度低则不达到有效地去除有机物的目的，较好的污泥浓度范围是2～4g/L。污泥停留时间应维持在8～12天。反应区溶解氧较好的范围是大于0.5mg/L。水力停留时间应大于2小时，水力停留时间延长可以提高废水的处理效果。反应温度是常温。在本发明体系中进行纯氧曝气或投加粉末活性炭等措施均可以提高本发明方法对有机物的去除效果。
试验开始阶段，活性污泥是需要进行驯化的，对干法腈纶工艺废水在20#碳钢和角铁两种不同材质作为腐蚀介质进行的驯化结果见图2。图中，活性污泥-微电解试验经过大约一周左右的时间，废水COD脱除率开始逐渐上升，两周后COD脱除率即可达到40％以上，说明采用活性污泥-微电解法处理干法腈纶废水的污泥驯化时间较短，工业应用比较容易实现。
该法与常规铁屑腐蚀电池法相比，产渣量大幅度降低。铁屑腐蚀电池法处理工业废水时需将铁屑与活性炭或含碳物质混合组成电池系统，所以反应结束后，大量的活性炭或含碳物质以废渣的形式排出。而本发明方法中采用碳钢块，只有反应产生的Fe(OH)3胶体随剩余污泥的排出而排出，产渣量仅仅是增加了排出的Fe(OH)3胶体，较铁屑腐蚀电池法的产渣量明显降低。
此外，本法对于含有难生物降解的工业废水的COD脱除率高，对于干法腈纶废水，COD脱除率可达51.3％。对于染料废水的COD和色度均有较好的脱除效果。
而且，本法省去了采用酸碱反复调节pH值的步骤，节省酸碱费用且使得工艺变得简单。本法中铁损失量不大，20#碳钢和角铁的腐蚀量分别为31.25mg/L废水和43.33mg/L废水，从经济上考虑，该法经济有效。
4.
图1是活性污泥—微电解法处理工业废水所用装置及流程示意图。在一体式生物反应池1中布置碳钢2，一体式生物反应池1中装有活性污泥，从池子底部布气器3通入压缩空气，底部进水，进水在底部与活性污泥混合后在反应区与碳钢2充分接触，反应后进入沉降区进行泥水分离，活性污泥在沉降区沉降后沿斜边沉降返回反应区，从斜边底部排出剩余污泥，处理后的废水在顶部溢流排出。本发明不仅仅局限于图1所示的一体式生物反应池1，反应区和沉降区可以是分开的。当反应区和沉降区分开时需具有污泥回流系统。
图2是活性污泥-微电解法处理工业废水活性污泥驯化期间COD变化曲线。曲线4是对干法腈纶工艺废水在20#碳钢作为腐蚀介质进行的活性污泥驯化结果；曲线5是对干法腈纶工艺废水在角铁作为腐蚀介质进行的活性污泥驯化结果。
图3是铁屑过滤法处理工业废水装置流程图。6是铁炭固定床，柱高70cm，直径8.2cm，其中的填料7是体积比为1∶1铁屑和活性炭，装填高度42cm。首先用1％盐酸浸泡12小时后用自来水冲洗填料，然后将待处理污水从底部通入铁炭固定床6内，经过铁屑过滤法处理后从顶部出水。
5.实施例控制反应区温度为常温，pH值在4.5～6.5之间，控制溶解氧大于0.5mg/L，污泥浓度2～4g/L，活性污泥的驯化由水力停留时间为24小时开始进行，以后逐步减少水力停留时间，直到水力停留时间控制在10小时内，COD去除率为45％，此时活性污泥驯化结束。
控制pH值在6.0～6.5，水力停留时间10小时，溶解氧2mg/L，污泥浓度3/L，污泥停留时间10天，废水COD脱除率为51.2％。
权利要求
1.一种活性污泥-微电解处理工业废水的方法，包括在普通的活性污泥体系中布置碳钢，调节pH值为3.5～9。
2.按照权利要求1所述的方法，其特征在于所述的pH值为4.5～6.5。
3.按照权利要求1或2所述的方法，其特征在于所述的碳钢是角铁。
4.按照权利要求1或2所述的方法，其特征在于所述的碳钢是铸铁。
5.按照权利要求1或2所述的方法，其特征在于水力停留时间大于2小时。
6.按照权利要求1或2所述的方法，其特征在于污泥停留时间维持在8～12天。
7.按照权利要求1或2所述的方法，其特征在于反应区溶解氧大于0.5mg/L。
8.按照权利要求7所述的方法，其特征在于向体系中通纯氧曝气。
9.按照权利要求1或2所述的方法，其特征在于污泥浓度范围是2～4g/L。
10.按照权利要求1或2所述的方法，其特征在于向体系中投加粉末活性炭。
全文摘要
本发明提供了一种高效率的处理含有难生物降解物质的工业废水的方法，包括腈纶废水、印染废水、纺织废水和石油化工废水，特别是干法腈纶废水的处理。该法产渣量低，COD脱除率高，工艺简单，易于实施。该工艺为活性污泥－微电解法处理工业废水，即在普通的活性污泥体系中布置碳钢，利用微电解原理对工业废水进行处理，调节pH值范围是3.5～9。
文档编号C02F3/12GK1429779SQ01142858
公开日2003年7月16日 申请日期2001年12月30日 优先权日2001年12月30日
发明者黄斌, 邓建利, 张方银, 杨晓奕, 路明义, 潘咸峰, 吕军, 张淑红 申请人:中国石化集团齐鲁石油化工公司