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缺氧和生物接触氧化的组合方法处理印染废水的效果
摘要
印染废水处理的一项研究是实行采用厌氧和生物接触氧化的组合方法。结果显示酸碱值不断地上升，而且氧化还原电位逐渐地下降，在厌氧反应器的格间1到格间6之间下降。当水力的滞留时间是12小时的时候，色度去除率是92%和厌氧反应器排出的水的颜色可以达到中国的纺织品和染色的工业专业的排放标准(等级-1)。总的过程的COD去除效率是86.6%，而且COD可以达到中国的纺织品和染色工业的专业排放标准(等级-2)。

关键词: 印染废水，厌氧反应器，生物的接触氧化法，氧化还原电位法

大纲
1 引言
2 方法
2.1 系统配置
2.2 未处理的废水的特性
2.3 实验的方法
3 结果和讨论
3.1 在厌氧反应器的氧化还原电位和酸碱值
3.2 色度去除
3.3 COD去除
4 结论
参考文献

1 引言
每个年大量的合成染料被用于印染在全世界被生产，而且一部分的染料与废水一起被排放(罗宾森等人，2001)。还有一些染料，泥浆，印染辅助剂、酸或碱、纤维质和无机化合物在印染废水里。此外，一些染料包含硝酰、胺基和重的金属材料，像铜、铬、锌和砷等等(杨和黄, 2002)。成分会因为不同类别的染料，染色处理过程,染料的浓度和设备规模将会被改变(Delee等人,，1998)。因此废水的水质是不稳定的。一般来说，印刷和染色废水是弱碱性的，有很大的流量，高色度浓度,由复杂成分组成，被很重地污染而且难以被生物分解(黄等人, 2001)。因此简单生物处理的使用方法很难使其达到排放标准,而物埋化学处理方法需要高操作费用(Pearce 等人, 2003)。目前，研究人员逐渐地发现新的处理过程,废水首先在缺氧情况之下被分解，然后在需氧的情况被处理(Lourenco等人，2000和Yu等人，2000)。厌氧水解-好氧处理印刷和染色废水已经被认为比传统的方法占优势。因为厌氧水解，水力的滞留时间 (HRT)短，而且废水中的非可能降解有机化合物能被转换成可能降解的物质,也就是，废水的降解性能也大大提高。同时地，部分的COD能被去除。考虑许多厌氧微生物的慢成长率，研究的主要目的是高效反应堆的设计必须要有大量的厌氧污泥和很少缺氧微生物的损失的生物反应器。 因此剩余的好氧污泥回流被利用增加厌氧污泥的数量。同时，污泥在整个废水处理的过程将保持处于均衡的状态(陈等人，1999)。
厌氧的反应器(厌氧反应器)作为一个酸化水解的过程在这个研究中被采用。有一些小的格间在厌氧反应器里，在厌氧反应器中厌氧的酸化水解阶段随着废水的流动可能在每个格间中开始产生。反应器里的水流的类型近似的相当于是单向流动的直流。除这些之外，厌氧反应器有较好的抵抗冲击负载和毒性的优点。它有一些其他的特性，像是容易地启动和没有短流、挤塞和产生回流.(李等人,2001和徐等人，2002)。因此,一个组合的方法,这个组合的方法就是厌氧反应器作为一个水解酸化的过程和生物的接触氧化法作为一个好氧的过程被用于这个研究。
2 方法
2.1 系统配置
实验构造结构的概要示意图显示在图1中。一开始的厌氧反应器由六个格间组成的，其前面的五个格间是当做水解酸化箱和第6个格间则是当做沉淀池。每个格间都有二个取样的水龙头在侧面的上侧和它的下面，而且上面的是一个取样废水的水龙头，而下面的那个是用于污泥取样。在每个格间中都设定一个挡板，酸化水解室被分开成为二个部分。一是废水在下面流动的室，而且另一个是废水在上面流动的酸化水解室。在挡板的底部，有一个45°角的引导的挡板。它是用于确定废水在反应器室中能够充分地和污泥混合。厌氧反应器的尺度是441× 156 ×353 毫米(l × w × h)，而且生物的接触氧化法的氧化池的尺度是430×150 × 400 毫米 (l × w × h)。弹性的填料被填满于生物的接触氧化池中。在厌氧反应器的第六个格间和沉淀池中的污泥被污泥回流泵抽到厌氧反应器的前面进行回流了。

图 1. 实验构造的概要示意图 (1. 废水池; 2. 提升抽水机; 3. 液体流量计; 4. 酸化水解反应器; 5. 污泥回流泵; 6. 生物的接触氧化池; 7. 沉淀池)。

2.2 未处理的废水的特性
未处理的废水是从中国南京市的一些印染公司排出的印染废水。废水的特性依下列各项:外观的颜色是紫色的;色度为200 倍; 酸碱值为12.2，COD为1201.7毫克每升和温度为17.8 °C。
2.3 实验的方法
未处理的废水的酸碱值先被调整至7.05。后来，废水再被抽水机灌入厌氧反应器中了。 废水在厌氧反应器中的停留时间被控制在12小时。之后废水被水解酸化，废水从厌氧反应器中流出进入了生物的接触氧化池中进行好氧的生物处理。最后，混合的液体进入了沉淀池中，而且污泥会在这一个池中被存放。在稳定的情况下，厌氧反应器和生物的接触氧化作用箱中的水样品被收集了。在这些收集的样品中的色度浓度和COD被进行实验测量。同时地，为了要显示废水在生物处理中的反应是稳定的，氧化还原电位(ORP)和酸碱值也被测量了用于检查和控制组合处理系统的是否正常运行。

3 结果和讨论
3.1 在厌氧反应器的氧化还原电位和酸碱值
一般来说，在印刷和染色废水的生物处理中溶解氧、酸碱值和氧化还原电位通常用来检查并且控制生物化学反应器的是否正常的运行,而且用于表示生物化学法的稳定性。但是在非需氧气的情况，可能只有酸碱值和氧化还原电位可以作为相同的目的。传统地，酸碱值是被应用于控制厌氧的消化的一个参数，然而氧化还原电位是可以应用于控制废水生物处理中包含所有的氧化还原作用反应范围的一个参数,这也就是说，氧化还原电位可以用来反映需气的,厌氧和无氧的情况。为了检查并且控制生物化学反应更好的正常运行，在这项研究中酸碱值和氧化还原电位都被用于作为检查和控制的参数。
格间1到6里酸碱值分别是6.90，6.92，7.00，7.15和7.16。废水流进到格间1的时候酸碱值从7.05降低了到了6.90，而且在后者的格间，酸碱值开始呈现出上升的趋势了。在第二或第三个格间，废水的酸碱值的变化非常小，而且酸碱值上升的值只有0.01。此外，其他格间的酸碱值上升的快速而且在最后已经超过了7.15。因为这些，在印刷和染色废水的酸化水解的过程中，我们可以见到废水的酸碱值只在格间1里被降低,而在其他格间都是上升了的。这样的变化规律是如此的不同于通常有机物的水解过程中废水的酸碱值的变化定律。因此，为了找出这个规律的原因，一个紫外线光谱和可见光光谱测量仪被用来测量每个格间的水样品。依照废水水样的紫外线光谱和可见光光谱，我们可以发现一个清楚的特性吸收尖峰出现在254纳米的波长上。沿着厌氧反应器的格间的序号，水样的吸光度符合吸收尖峰依次减少的规律。这表示显示色度的物质很明显被微生物逐渐地消除分解了。在偶氮染料里的二氮化合物的化学键可能被偶氮还原酶在厌氧或者缺氧的情况被分开，然后一个偶氮染料分子被分解成了二个胺分子‘- NH2‘，它可以用下面的这个公式表示如下(Wuhrmann 等人，1980)：
R1-NN-R2 + 4e− + 4H+ → R1-NH2 + R1-NH2
这里，R1 和 R2 是各种不同的苯基和苯酚的残留物。
然后，胺在厌氧的情况下和氢化作用酶和水解酶的一个作用下可以被分解成为氨(陈等人, 1992)。因此，我们可以想像得到这是水解微生物的作用的效果，在未处理的废水的偶氮基生产了有机的胺类和氨。而且这些产生出来的有机的胺类和氨溶液的酸碱度是碱性的, 如此沿着厌氧反应器的格间的序号，废水中有机胺类和氨的数量是逐渐地增大的。为了要证明它,在11.4°C的温度下测量格间1到6里的氨氮的浓度，而且这些浓度分别是18.0个毫克每升，18.8毫克每升，19.4毫克每升，20.7毫克每升，22.4毫克每升，26.8毫克每升。氨氮的浓度从格间1到6之间依次上升，因此，氨氮的浓度的增加在中和了有机碳在其水解和酸化期间酸碱值的降低。结果就出现了，从格间1到6里的酸碱值不断地逐渐上升。
缺氧情况，从氧化作用到还原作用的过渡的情况，对废水的水解和酸化过程是有利的。但是没有任何的氧气参与的还原反应情况是不利废水酸化和分解过程的。因此水解的适宜 氧化还原电位是从+50毫伏至-100毫伏的(沈和王, 1999)。在这实验里，在厌氧反应器的格间1到格间6的氧化还原电位的值被测量了，这些氧化还原电位的数值分别是-53.9毫伏，-58.2毫伏，-61.8毫伏，-68.0毫伏，-88.4毫伏和-92.4毫伏。依照这些氧化还原电位的数值，我们知道沿着厌氧反应器的格间的序号，水样品的氧化还原电位变化的规律是依次降低的。氧化还原电位从在格间 1 中的53.9毫伏降低到在格间6中的92.4毫伏，因此缺氧的程度是沿着格间的序号的改变依次越来越深，但是所有的氧化还原电位的数值被严格地控制在-100毫伏和+50毫伏之间。
3.2 色度去除
在图2中显示的是经过厌氧反应器的每个格间和生物接触氧化作用处理后排出的水的颜色和它的去除的效率.未处理的废水进入厌氧反应器之后, 在格间1中废水的色度会从200倍降低到40倍,然后随着反应的进行而逐渐地降低。在格间6中，废水的色度只有16倍了。 对应厌氧反应器的格间的序号，色度的去除效率从格间1中的80%上升了到了在格间6的92%。 结合紫外光和可见光的光谱分析,我们可以得出印刷和染色废水包含偶氮基的色度的去除效率是非常好的结论。除这些之外，从未处理的废水流经到格间6，废水的外观颜色依次分别是紫色、橙黄色、橙黄色、橙黄色、浅黄色、浅黄色和浅红色和褐色。只有使用厌氧反应器对废水进行预处理，处理后的水流出的颜色的色度才可以到达中国的纺织品和染色的工业专业的排放标准(等级-1)(色度是40倍)(GB4287-92).当从厌氧反应器的流出的废水进入了后面的生物的接触氧化作用的时候，经处理后排出的水的颜色的色度降低到10倍了，而且废水中的色度的去除效率上升到了95%左右。

图2. 在经过厌氧反应器的格间和生物接触氧化作用的处理后排出的水的颜色的色度和它的去除的效率。
3.3 COD去除
图3中显示的是废水经过厌氧反应器的每个格间和生物接触氧化阶段的作用处理后排出的COD和它的去除的效率。在未处理的废水进入了厌氧反应器之后，COD逐渐地沿着格间的序号而依次减少了,具体地，COD从在格间1的829.5个毫克每升减少到在格间6中的513.9个毫克每升。对应于每个格间的序号，废水中的COD的去除效率从31%上升到57.2%。在第一个和第二个格间中的COD的下降的数值是相当大量的。原因是废水中的可能生物降解的物质首先在这二个格间中被分解了。在后面的格间中的时候，非可能生物降解的有机物的化学结构被移转了，而且它们被分解到可能生物降解的中间产物了，因此，后面的格间对COD去除的贡献是比较少的。之后，废水从厌氧反应器中流出进入了生物的接触氧化池和沉淀池中。最后，处理后排出的水的COD只有160.6个毫克每升,和总计废水的的COD去除效率是 86.6%.处理后排出的水的COD可以达到中华人民共和国印染和纺织品工业的排放标准 (等级-2)(CODCr 180 毫克每升)(GB4287-92).

图3 在经过厌氧反应器和生物接触氧化法作用后的废水的COD和它的去除效率。

4 结论
厌氧反应器-生物的接触氧化作用的组合方法被用于研究处理印染废水，在实验室里测量其处理的效果。结果指出组合的方法是处理印染废水的一个较好的方法。

参考文献
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