湘西自治州某制藥有限公司是生產中藥提取物、中成藥和中藥制劑的中藥專業生產廠。工廠廢水主要來自原藥箭汁與提取的工藝殘液、工藝設備和管道沖洗廢水及車間地面沖洗水等;由于工藝生產為非連續操作,廢水的水質和水量變化大,廢水中含有各種天然有機污染物,且因在不同時期生產不同的中藥提取物而導致廢水水質出現較大的差異;其主要成分大多含有木質素、色素、生物堿、甙、多糖、蹂質、蒽醌類物質及其它水解產物等污染物,廢水中污染物的濃度較高。工廠廢水的水質水量見表1。

        本工程污水的BOD/COD介于0.10~0.15之間,屬不易生化的有機廢水,直接采用生化處理的難度很大。必須考慮采用其它的預處理方法以改善廢水
的可生化性。根據染料工業和其它工業廢水處理的經驗,在弱酸性條件下,采用鐵屑還原法對工程廢水進行預處理。

        當將鐵屑和少量的惰性焦碳顆粒浸于電解質溶液中時,在少量氧氣的作用下就會形成具有無數個微小的原電池;在電極電位較低的鐵陽極,鐵失去電子生成Fe2+進入溶液中,惰性的焦碳則使溶液中的溶解氧吸收電子生成OH-、在酸性溶液中陰極還會產生析氫反應而產生氫氣,其電極反應如下:

        陽極:Fe-2e→Fe2+
        EO(Fe/Fe2+)=0.44V
        陰極:2H++2e→2[H]→H2
        EO(H+/H2)=0.00V
        O2+H2O+4e→4OH-
        EO(O2/OH-)=0.41V

        從以上的電極反應可知,由于Fe2+的不斷生成,能有效的克服陽極的極化,從而形成具有較高吸附活性的絮凝劑,以去除廢水中的顆粒態和膠態雜質;陰極反應所產生的新生態[H]能與溶液中的許多組分發生化學反應并破壞有機物質的發色基團,達到使有機物斷鏈和脫色的目的。由此可見,鐵屑還原法處理廢水的機理是氧化還原、中和絮凝、吸附沉淀和化學反應綜合作用的結果。不易生化的有機廢水在經過鐵屑還原法處理后,其BOD/COD將會顯著提高,極大地提高了廢水的可生化性,同時可去除較多的有機雜質并脫色。同時,氫氧化鐵的沉淀會吸附大量的生物污泥,這種污泥逐步馴化而形成具有特殊結構的生物鐵污泥,由于這種結構緊密的團粒狀污泥具有良好的沉降性能,因而曝氣池可以維持很高的活性污泥濃度,提高了單位池容的處理能力。

        鐵屑還原池:設計鐵屑還原池有效容積為45m3,(名義停留時間)HRT=6 h、反應時間TE=3h;主體尺寸5.2m×2.5m×4.5m,鐵屑填料高=2.0m,采用鋼結構承托,穿孔UPVC板支撐;系統設計氣水比=3:1~5:1。還原池采用鋼筋砼結構,池內壁采用環氧類涂料防腐。

        工藝流程

        經鐵屑還原池處理過的廢水，不僅可去除40%以上的CODcr;還可顯著提高廢水的可生化性,其BOD/COD將由0.1~0.15提高到0.30以上,為后續的生化處理提供了穩定的水質。

        該系統后續用UASB+SBR反應器生化處理,效果穩定,未出現過系統堵塞現象,UASB反應器和SBR反應器內顆粒污泥形成良好,未出現污泥膨脹和其它不良運行工況。系統半年來的運行結果統計表見表2。