王新奇, 程爱华

(1.西安文理学院 学报编辑部， 陕西 西安 710065； 2.西安科技大学 地质与环境学院， 陕西 西安 710054)

0 引言

活性污泥法是处理城市污水最常用的方法，但是，随着科技的进步和社会的发展，进水有机物浓度增大，单纯采用活性污泥法处理生活污水，很难达到预期的处理效果.

近年来，活性污泥法与其他技术的联用成为研究的一个热点，而微电解工艺成为联用技术中发展的重要方向.微电解，又称内电解、零价铁法等[1,2].常用铁碳作为填料，其中电位低的铁成为阳极，电位高的碳成为阴极，发生如下反应[3,4]：

阳极(Fe):Fe-2e→ Fe2+

阴极(C):2H++2e→ 2[H]→H2

从反应中看出，产生了初生态的Fe2+和原子H，它们具有高化学活性，能改变废水中许多有机物的结构和特性，使有机物发生断链、开环等作用.作为预处理，提高废水的可生化性[5-7].此外，Fe2+在有氧条件下，可进一步水解生成聚合度大的Fe(OH)3胶体絮凝剂，有效吸附、凝聚水中的污染物，增强净化效果.微电解作为预处理处理采油废水、中药废水、染料废水等难降解废水，取得了较好的效果[8-10].

海绵铁呈灰黑色,为疏松海绵状, 其密度2.30～2.70 g/cm3,堆积密度1.70～1.88 g/cm3，粒径0.50～3.00 mm.由精矿粉和氧化铁磷经过研磨磁选后经高温烧结,然后冷却冲洗破碎,再重新磁选和筛选得到的多孔性颗粒状物质,主要成分为铁氧化物，此外还有少量的碳[11].其成分如表1所示.

表1 海绵铁化学组成

本试验将海绵铁投加到活性污泥处理系统中，形成微电解强化活性污泥系统.通过对微电解强化活性污泥法和传统活性污泥法去除COD的效果的对比，考察微电解强化活性污泥法去除COD的效果及机理.

1 试验部分

1.1 试验材料

采用序批式活性污泥(SBR)工艺，人工配水.接种活性污泥取自西安市北石桥污水处理厂.采用1 L有机玻璃烧杯作为反应器，用砂滤头微孔曝气供氧.微电解强化活性污泥系统与传统活性污泥系统在相同条件下同时运行，确保研究系统的可比性.

1.2 试验方法及进水水质

本试验分为7个周期，分别采用7种不同配比的人工模拟有机废水.一个周期18天，待系统稳定后，测定其出水及处理过程中的COD值.SBR运行方式以12 h为一个周期，周期内，曝气9 h，沉淀2 h，静止1 h，一天运行两个周期.进水、曝气、沉淀和排水等操作均由人工控制.海绵铁的投加方法是通过在多孔椭圆体铁筛中加入海绵铁，并将铁筛浸没于水中，投加量为50 g/L.

1.3 进水水质及指标测试方法

本试验7个周期的水质如表2所示.试验所需的指标测试方法均参考国家环保总局编写的《水和废水检测分析方法》(第四版)[12].COD：重铬酸钾法；氨氮：纳氏试剂分光光度法；无机磷：钼酸铵分光光度法.

2 结果与分析

2.1 COD去除效果试验

2.1.1 COD去除效果

微电解强化活性污泥系统与传统活性污泥系统运行期间对COD的去除效果如图1所示：投加海绵铁之后的活性污泥系统比传统活性污泥系统的出水COD浓度稳定.微电解强化活性污泥系统出水COD浓度范围为6.6～64.8 mg/L，平均浓度是30.1 mg/L,COD平均去除率为92.4%，达到了国家《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)二级排放标准.并且，除第15天出水为64.8 mg/L以外，其他COD出水浓度都在60 mg/L以下，均达一级排放标准.

传统活性污泥系统出水COD浓度变化范围是8.9～154 mg/L，平均浓度为48.3 mg/L，COD平均去除率为88.3%，在进水COD增大时，传统活性污泥法不耐冲击负荷，出水水质恶化，不能达标排放.

试验结果表明，低COD时，微电解强化活性污泥系统与传统活性污泥系统效果相当；高COD时，微电解强化技术表现出明显的优势，COD去除率可提高5.49%；当进水有机负荷发生改变时，微电解强化活性污泥系统出水COD变化不大，显示出较好的抗冲击负荷能力.

图1 强化活性污泥系统与活性污泥处理系统去除COD效果曲线

2.1.2 两组污水处理系统去除COD过程的比较

反应历程和反应速率是评价污水处理系统好坏的标准.以第4周期为例分析和比较各系统去除COD的过程.图2为第4周期两种系统去除COD过程曲线.在去除COD过程中，微电解强化活性污泥处理系统2 h达到反应终点，活性污泥处理系统7 h达到反应终点.此外，与传统活性污泥系统相比，微电解强化活性污泥处理系统出水COD浓度较低.表明在出水水质不变的情况下，强化系统可以大大节约处理时间，减小反应器容积；在反应器容积不变的情况下，强化系统可以增大进水水量，提高处理能力.

图2 第4周期两系统去除COD过程曲线的比较

2.2 碳、氮、磷对微电解强化活性污泥技术去除COD效果的影响

2.2.1 有机负荷对COD去除的影响

第4、6周期除了COD进水浓度不同，其他运行条件一致，进水氨氮、无机磷浓度也基本一致.试验结果表明，随着COD负荷的增大，COD的去除率随之增大.这是因为增加有机负荷微生物可利用的碳源随之增加，有利于微生物的增殖.所以，当COD负荷增大时，该系统的COD处理效果更佳.

图3 有机负荷对COD去除效果的影响

2.2.2 氨氮对COD去除的影响

第2、4、5周期除了氨氮进水浓度不同外，其他运行条件基本一致.由图4可以看出，当氨氮的负荷增加时，COD的出水浓度减小，COD的去除率增大.氮是提供微生物合成蛋白质的原料，增加了氨氮的投加量，微生物可利用的氮源随之增加，微生物可以快速合成自身所需物质，同时有机物降解速率也随之增加.氨氮负荷的增大，可以提高COD的去除率.

图4 氨氮对COD去除效果的影响

2.2.3 无机磷对COD去除的影响

第1、2、3周期除了溶解性无机磷的进水浓度不同外，其他运行条件基本一致.图5是不同无机磷负荷进水时对系统去除COD效果的影响.当磷的负荷增加时，COD的出水浓度有一定波动，但COD的去除率基本保持在90%左右.污泥中磷过多或者不足可能会引起活性污泥活性的降低甚至死亡.

图5 无机磷对COD去除效果的影响

2.3 实际污水验证试验

在完成7个周期的模拟污水试验后，为保证微电解强化活性污泥处理系统的实用性，采用邓家村污水处理厂初沉池的出水作为试验进水，通过测试进出水水质，分析两组处理系统对实际生活污水的去除效果.图6为两组污水处理系统去除实际生活污水COD的进出水浓度.由实验数据可知实际污水的COD平均浓度为350 mg/L，微电解强化活性污泥系统处理后出水COD平均浓度为67 mg/L，活性污泥系统处理后的出水COD平均浓度为85.6 mg/L.微电解强化活性污泥处理系统在去除污水COD效果好于传统活性污泥系统.

图6 两系统处理实际污水的进出水COD浓度比较

3 结论

(1)通过模拟配水和实际废水的试验可知，与传统活性污泥处理系统相比，微电解强化活性污泥

处理系统处理有机物效果更好.强化系统具有较高的抗冲击负荷能力，出水COD浓度低，COD去除速率快等优点，可用于城市污水处理厂的改造.

(2)微电解强化活性污泥处理系统去除COD效果最佳工况为进水COD浓度600 mg/L，氨氮浓度30 mg/L，溶解性无机磷浓度6 mg/L.此时，出水COD平均浓度为20.1 mg/L，COD的平均去除率为96.6%.

(3)对于微电解强化活性污泥系统，随着COD、氨氮负荷增大，COD的去除率也会增大.随着磷负荷的增加，COD的出水浓度有一定的波动.

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