1 引言
难降解有机废水处理难度大、成本高,一直是水污染防治的重点。目前处理难降解有机废水的方法很多,如:化学氧化法、溶剂萃取法、吸附法、光催化氧化法、生化处理法等。生化处理法由于投资少、操作简单、处理成本低、效果稳定,一直是难降解有机废水处理优先采用的方法。由于难降解有机物的难降解性及对微生物的毒害和生化抑制作用,因此在生化处理前往往需对难降解有机废水进行必要的预处理,并采用各种厌氧、好氧组合工艺进行处理,同时各种生物强化技术亦得到应用,如:粉末活性炭活性污泥法、磁种强化活性污泥法、优势微生物法、生物铁法等。
生物铁法(bioferric process)是向曝气池内或进水中投加铁盐 ,以提高普通活性污泥法处理废水的效能 ,强化和扩大活性污泥法净化功能的方法。前人采用生物铁法对难降解有机废水 ,如:焦化废水、制革废水、印染废水等进行了研究和应用 ,取得了较好的效果。生物铁填料法( bio - iron filling process)是在生化池中适当位置安装铁复合填料 ,通过零价铁的还原溶出 ,向池内连续补充铁离子 ,形成生物铁活性污泥 ,达到强化生化处理效果的目的。该法已在抗生素废水、中药废水等的处理研究中获得成功。本文将对生物铁法和生物铁填料法处理原理及其处理难降解有机废水的研究和应用情况进行介绍。
2 生物铁法和生物铁填料法处理原理
在曝气池内(或进水中)投加铁盐(氢氧化铁、氯化铁等)的生物铁法可强化活性污泥的处理效果 ,其原理基于:铁是微生物生长的必要元素 ,是生物氧化酶系中细胞色素的重要组成部分 , 在生物氧化中通过 Fe →Fe2 +Ζ Fe3 +氧化还原反应起着电子传递作用;而且铁盐是一种很好的混凝剂 ,水解后形成的氢氧化铁对悬浮物和胶体物质有很强的吸附凝聚作用 ,生成的絮凝物结构密实、比重大 ,可以有效地提高曝气池中的污泥浓度 ,同时使污泥易于沉淀 ,改善混合液的分离效果。
在生化池中适当位置安装铁复合填料的生物铁填料法,能够强化生化法的处理效果。其原理是:铁复合填料主要组分是废铸铁屑,有效成分是铁,铁是活泼金属,电极电位 E0(Fe2 +/ Fe) = - 0. 440V ,具有还原能力,可将某些难降解有机物及氧化性较强的离子或化合物还原;Fe2 +具有还原性,E0(Fe3 +/ Fe2 +) = 0.771V ,因而废水有氧化剂存在时,Fe2 +进一步氧化成Fe3 +;废铸铁屑含有炭及其它杂质,当它浸没在废水中时,铁与炭或其它元素之间形成无数个微小的原电池,发生原电池反应,难降解有机物参与原电池反应,发生脱氯、硝基有机物还原成胺基有机物、还原降解等作用,废水可生化性得以提高。另外,铁的溶出起到了同向生化池中投加铁盐的生物铁法相同的效果。
3 生物铁法在难降解有机废水处理中的研究和应用
3. 1 印染废水的处理
孙天华等人对高浓度难降解印染废水采用生物铁法进行了处理研究。研究结果表明: (1)在普通的活性污泥池中加入一定量铁盐以后,经过一段时间的培养驯化成为成熟的生物铁活性污泥,这种污泥呈粒状、结构密实、比表面积大、沉降快、能使曝气池保持较高的污泥浓度。当进水 CODcr 高于 1000mg/ L、BOD5/ CODcr < 0. 2时,生物铁法对 CODcr 的去除率平均达88 %,比普通活性污泥法在相同条件下高出 18个百分点; (2)生物铁法主要依靠铁的一些物化和生化效应,与微生物结合生成比重大、 SVI低、絮凝沉降性能和压实性能良好的生物铁絮体,使回流污泥浓度提高,进而使曝气池保持较高的污泥浓度,形成在高浓度CODcr进水时的低污泥负荷的运行条件,故能获得很高的CODcr去除率; (3)生物铁法的低污泥负荷,产生了类似于延时曝气的泥龄很长的污泥,这不仅有利于各种世代和种属的细菌的存在生长和各种难降解有机物的分解,还可以减少污泥的增殖量和剩余污泥量,节省污泥处理费用; (4)由于生物铁法污泥对氧的利用率优于普通法,因而尽管生物铁法污泥浓度成倍增加,但普通法改为生物铁法并不需增加供氧能力。
3. 2 含酚、氰废水的处理
焦化废水含酚、氰等难降解有机物 ,成分复杂 ,毒性较强 ,采用活性污泥法处理焦化废水效果不理想。而生物铁法为焦化废水的处理提供了较好的治理途径 ,目前生物铁法已在国内多家焦化厂的废水处理中得到应用。如马鞍山钢铁公司早在 1982 年试用生物铁法并开始投入运行 ,多年的工程实践表明: (1)生物铁法优于一般的活性污泥法; (2)生物铁法能维持较高的生物量 ,污泥浓度一般可维持(5～7) g/ L 左右 ,因而在同样的水质情况下 ,生物铁法污泥所承受的污泥负荷低一些 ,因而处理效果优于普通活性污泥法 ,且更能承受有机负荷的冲击; (3)生物铁法的污泥沉降性能好 ,沉降速度快 ,回流污泥浓度高 ,保证了曝气池有较高的污泥浓度。
李向富等人采用粉末活性炭及生物铁复合法处理大庆石化总厂含氰废水 ,小试及工业放大实验结果表明: (1)复合法提高了菌胶团的吸附氧化性能和再生能力 ,与普通活性污泥法相比 ,COD 去除率能够提高20 %左右 ,BOD去除率提高 30 %左右; (2)复合法能提高生化系统的抗温度冲击能力 ,在水温达到40 ℃时 ,COD的去除率仍能达到 65 %左右; (3)复合法受有机物冲击恢复时间较普通活性污泥法缩短了7d左右。
3. 3 制革废水的处理
裴保安等人应用生物接触氧法处理制革废水 ,对投加铁盐和不投加铁盐的试验进行对比。结果表明: (1)生物铁法能够强化生物氧化 ,提高制革废水 COD、 BOD的去除率; (2)生物铁法产生的污泥沉降性能要高于非生物铁法产生的污泥 ,二沉池悬浮物去除率提高了16. 0 %。
3. 4 半合成抗生素等废水的处理
卓世孔等人采用微电解 ──厌氧水解 ──生物铁法 ──混凝串联工艺处理头孢类半合成抗生素化学制药高浓度有机废水 ,在厌氧水解池和生物铁池中均安装适量的生物铁填料。试验结果表明: (1)生物铁复合填料厌氧池与一般塑料填料厌氧池相比 ,CODcr 去除率高出 18 %左右 ,B/ C高出 0. 1 ; (2)生物铁法曝气池 CODcr 去除率达 93 % ,而一般活性污泥法对照试验 CODcr 去除率在 60 %以下 ,低于生物铁法30个百分点。我们还采用两个方形合建式完全混合曝气沉淀池同时处理经厌氧水解酸化处理后的高浓度中药废水 ,在一个池(强化池)内安装铁复合填料 ,而在另一个池(对照池)内安装总表面积相同的半软性塑料填料。试验结果表明: (1)强化池活性污泥浓度增加 ,比对照池高1617mg/ L ; (2)强化池污泥密度与水的密度之间的差异增加,用SVI表示的活性污泥沉降性能由于铁的溶出而得到改善; (3)由于零价铁的物化及微生物的综合作用,强化池 CODcr、 BOD5 去除率可降至较低水平,CODcr去除率比对照池高16. 3 %。。
我们采用生物铁填料法处理了其它难降解有机废水 ,如印染废水、高盐度环氧树脂废水、调味品废水等 ,试验研究和工程实际应用均表明生物铁填料法不论是应用于好氧处理 ,还是应用于厌氧处理 ,都起到了强化处理效果的作用。
4 结语
生物铁填料法不论是应用于好氧处理 ,还是应用于厌氧处理 ,都表现了强化处理效果。生物铁法和生物铁填料法都可以提高生物池污泥浓度 ,且污泥沉降速度快;还可以提高废水可生化性及有机物去除率 ,并可提高对有机负荷的冲击力。由于生物铁填料法还利用了铁的氧化还原特性、微电解效应 ,故更适宜用于难降解有机废水的处理。目前对生物铁法的试验研究和工业应用报导得不多 ,对在生物池内安装铁填料的生物铁填料法也未见其他人报导。生物铁法和生物铁填料法具有良好的应用前景 ,有必要做深入的研究。来源：水处理师网
