摘要

　　本文講述了一種新型納米鐵作為預(yù)處理藥劑，采用“納米鐵預(yù)處理+生化處理”組合工藝、小試加中試的試驗(yàn)方法，處理江蘇吳江某印染廠廢水，研究納米鐵對(duì)廢水中銻（Sb）、COD、色度等的去除效果及相關(guān)機(jī)理。試驗(yàn)結(jié)果表明：納米鐵對(duì)銻的去除效果遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出目前普遍采用的處理工藝，在進(jìn)水水質(zhì)銻（Sb）含量300~500 μg/L、COD 700~1200 mg/L情況下，投加250~300 ppm的納米鐵預(yù)處理后生化處理，出水銻（Sb）含量穩(wěn)定在30 μg/L以下、COD穩(wěn)定在150 mg/L以下，出水色度穩(wěn)定在30倍以下，完全達(dá)到該地區(qū)納入管網(wǎng)排放要求。

關(guān)鍵詞：納米鐵；預(yù)處理；生化處理；印染廢水；銻（Sb）、COD、色度

1、背景

　　金屬銻(Sb)污染是近年來(lái)印染工業(yè)污染防治中面臨的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。銻主要來(lái)源于兩個(gè)方面：一是紡織原料聚酯纖維生產(chǎn)的主要催化劑是醋酸銻；二是織造印染過(guò)程中添加劑的使用。印染廢水中的銻主要以Sb(OH)6- （SbV）的形式存在，需將其還原為單質(zhì)銻或Sb(OH)3（SbⅢ）才可以有效去除，但是目前沒(méi)有一種藥劑或污水處理工藝印染廢水中的銻完全達(dá)到排放的要求。同時(shí)，由于金屬銻（Sb）具有高毒性、高致癌性等危害，國(guó)家與各地政府相繼出臺(tái)了新的控制金屬銻（Sb）排放的標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)銻的排放提出了更高的要求。以江蘇為例，新標(biāo)準(zhǔn)要求金屬銻（Sb）排放在80μg/L以下，太湖流域要求50μg/L以下，吳江地區(qū)要求20μg/L以下這對(duì)絕大多數(shù)印染廠來(lái)說(shuō)是無(wú)法完成的。因此，加強(qiáng)印染工業(yè)廢水的金屬銻（Sb）污染治理迫在眉睫。

　　目前針對(duì)含銻（Sb）印染廢水的處理工藝主要以聚合硫酸鐵預(yù)處理，采用“混凝—?dú)飧　炷钡墓に?，但是此種工藝存在較大弊端，主要表現(xiàn)為聚合硫酸鐵投加量大，導(dǎo)致污泥產(chǎn)量增多；受pH影響大，需要加堿回調(diào)；出水色度高；銻的去除達(dá)不到排放標(biāo)準(zhǔn)；工藝復(fù)雜、運(yùn)行費(fèi)用高；聚鐵中的鐵離子容易污染MBR膜難以清洗。

　　針對(duì)高價(jià)金屬銻難以有效去除的問(wèn)題，我們利用我公司獨(dú)有的核心技術(shù)——納米零價(jià)鐵系列產(chǎn)品，針對(duì)性地設(shè)計(jì)出具有強(qiáng)還原性的零價(jià)鐵納米材料，并結(jié)合生化處理增強(qiáng)此類(lèi)工業(yè)污水的處理效能。納米零價(jià)鐵在其中起到三個(gè)重要作用：一是還原銻元素使之轉(zhuǎn)化成易于降解的化學(xué)形態(tài)；二是能夠迅速轉(zhuǎn)化染料分子從而提高色度脫除效率；三是能夠提高染料在廢水中的可生化性。通過(guò)在試驗(yàn)工廠的應(yīng)用實(shí)踐證明，此成套工藝遠(yuǎn)勝于目前的處理工藝，故撰寫(xiě)此文。

2、成套工藝流程

2.1試驗(yàn)工廠特點(diǎn)

　　試驗(yàn)工廠在江蘇吳江某印染廠，該廠印染廢水排放特點(diǎn)如下：

　?。?）水溫高。廢水溫度保持在50℃左右。

　　（2）水量波動(dòng)大。廢水排量隨生產(chǎn)變化而變，日平均處理水量3000噸，有條件盡可能回用。

　?。?）水質(zhì)變化大。由于該廠沒(méi)有設(shè)置調(diào)節(jié)池，減量水和酸析水隨產(chǎn)隨排，廢水pH在6.5~13之間波動(dòng)，COD在700~1200mg/L。

　?。?）廢水色度較大，一般原水色度300~600倍。

　　（5）含有大量油性物質(zhì)。

2.2納米零價(jià)鐵處理含銻廢水作用機(jī)理

　　印染廢水中銻的去除主要是將五價(jià)銻還原為三價(jià)銻，從而固定在污泥中去除，主要氧化還原反應(yīng)如下：

Fe + H2O - 2e- = Fe2+ + H+ + OH-

Sb(OH)-6 + 3H+ + 2e- = Sb(OH)3↓ + 3H2O

納米零價(jià)鐵中的單質(zhì)態(tài)的鐵元素具有極強(qiáng)的還原性，在水中發(fā)生強(qiáng)烈的氧化還原反應(yīng)釋放電子、產(chǎn)生原子態(tài)的氫，將Sb(V)還原成Sb(Ⅲ) 以Sb(OH)3的形式沉淀，從而達(dá)到去除廢水中的金屬銻的目的。同時(shí)，產(chǎn)生的鐵離子的膠體具有良好的絮凝作用，可以將Sb(OH)3沉淀及懸浮物等絮凝沉淀；產(chǎn)生的原子態(tài)的氫還原染料中的顯色基團(tuán)、廢水中的長(zhǎng)鏈有機(jī)物等，提高染料在廢水中的可生化性。

2.3“納米零價(jià)鐵+生化處理”運(yùn)行方案

圖1運(yùn)行方案流程圖

　　我公司針對(duì)該廠印染廢水排放特點(diǎn)給出如圖1所示的運(yùn)行方案，排放的廢水在不調(diào)節(jié)pH的情況下直接投加納米鐵，隨后加入陽(yáng)離子PAM混凝沉淀，沉淀出水進(jìn)入好氧生化池，經(jīng)生化處理后二沉池出水可達(dá)到納管排放要求。根據(jù)廢水的水量水質(zhì)情況，相應(yīng)調(diào)節(jié)納米鐵的投加量。納米零價(jià)鐵對(duì)金屬銻(Sb)的還原作用受廢水pH、水溫等的影響極小，因此采用該工藝無(wú)需對(duì)廢水進(jìn)行任何預(yù)先調(diào)整。另外，相關(guān)研究表明，鐵元素可促進(jìn)好氧菌體內(nèi)酶的合成，從而有助于好氧菌的生長(zhǎng)和繁殖，提高了對(duì)COD的去除效果。

3、試驗(yàn)運(yùn)行結(jié)果與討論

　　本試驗(yàn)采取“小試+中試”的方式同步進(jìn)行，具體試驗(yàn)過(guò)程如下：

3.1小試試驗(yàn)

3.1.1小試方案

　　小試試驗(yàn)采用“納米零價(jià)鐵預(yù)處理+SBR”工藝，采用某綜合污水廠MBR池混合液為接種污泥，原水來(lái)自試驗(yàn)工廠印染生產(chǎn)排水，每次更換水量50 %，曝氣時(shí)間2.5 h，沉淀30 min，連續(xù)運(yùn)行8次。

3.1.2小試結(jié)果

表一：SBR工藝運(yùn)行記錄

圖2污水處理前后水質(zhì)對(duì)比圖

　　由表1和圖2可以看出，“納米零價(jià)鐵預(yù)處理+SBR”工藝在金屬銻（Sb）的去除、COD去除、色度脫除方面效果極佳。出水COD基本能穩(wěn)定在100 mg/L左右，出水銻（Sb）30μg/L以下，色度30倍以下。

3.2中試試驗(yàn)

3.2.1中試污水處理工藝流程

中試設(shè)備如下：

圖3中試處理工藝流程

圖4中試裝置實(shí)物圖片

中試裝置運(yùn)行參數(shù)如下：

處理水量：150～160L/h；污泥濃度：3000～4000mg/L；SV：30%～50%；好氧段停留時(shí)間：8～9h；好氧池末端DO：2～4mg/L；二沉池停留時(shí)間：2.5～4h；回流比：80～150%。

3.2.2運(yùn)行結(jié)果

表二：中試裝置運(yùn)行結(jié)果記錄

　　由上表可知，根據(jù)不同的進(jìn)水水質(zhì)，納米零價(jià)鐵投加量250～300 ppm，經(jīng)生化處理后COD穩(wěn)定在150 mg/L以下，銻（Sb）穩(wěn)定在30 μg/L以下，大部分在20μg/L以下，出水色度30倍以下，全部達(dá)到納管排放標(biāo)準(zhǔn)。

3.3原有處理工藝與納米鐵預(yù)處理工藝比較

表3原工藝和新工藝比較表

4、結(jié)論

1、采取納米零價(jià)鐵促進(jìn)生化處理成套工藝可以保證高含銻印染廢水處理后銻排放優(yōu)于國(guó)家及地方最新標(biāo)準(zhǔn)。

2、該工藝流程簡(jiǎn)單，現(xiàn)場(chǎng)的技術(shù)改造難度低，成本節(jié)約空間大。

3、該工藝化學(xué)品投加量大幅減少，污泥產(chǎn)量也大幅減少，對(duì)環(huán)境更友好。如果后續(xù)根據(jù)出水水質(zhì)情況加大回用，將會(huì)產(chǎn)生更大的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。