化工廢水一直以來都是廢水處理研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)和難點(diǎn)之一。苯甲酸是重要的有機(jī)化工原料，在醫(yī)藥、食品、化工方面具有廣泛的應(yīng)用。苯甲酸的排放給環(huán)境帶來了嚴(yán)重的污染，開發(fā)有效的處理方法具有社會(huì)和經(jīng)濟(jì)意義。由于苯甲酸是具有毒性、酸性腐蝕性的化學(xué)物質(zhì)，如果直接采用生物處理工藝將對(duì)微生物產(chǎn)生抑制性或毒性。該廢水傳統(tǒng)的處理方法包括：萃取法和大孔樹脂吸附法。

　　綜合考慮廢水的處理成本、處理效果等因素，本研究對(duì)某化工廠苯甲酸廢水采用微電解預(yù)處理，該法以廢鐵屑為原料，經(jīng)濟(jì)實(shí)用，在去除去除部分COD的同時(shí)，又破壞了苯甲酸的結(jié)構(gòu)，大幅提高了廢水的可生化性。微電解處理后再進(jìn)入到生化系統(tǒng)進(jìn)行生物處理，取得了較好的處理效果，為工程設(shè)計(jì)提供了依據(jù)。

　　1 實(shí)驗(yàn)部分

　　1.1 試劑及儀器

　　石灰，H2SO4，NaOH：分析純;

　　ABR 生化反應(yīng)器，接觸氧化反應(yīng)器。

　　1.2 廢水水質(zhì)

　　實(shí)驗(yàn)用水取自武漢某化工廠，廢水水質(zhì)：COD 為20000～30000 mg/L，pH 為2～3。

　　1.3 實(shí)驗(yàn)用菌種

　　ABR厭氧生化反應(yīng)器和接觸氧化反應(yīng)器接種研發(fā)的高效復(fù)合菌種，該復(fù)合菌種包括：氧化葡糖桿菌(Gluconobacter  oxydans)、發(fā)酵乳桿菌(Lactobacillus fermentum)、短乳桿菌(Lactobacillus  brevis)、藤黃微球菌(Micrococcus leutus)、暈輪微球菌(也稱喜鹽微球菌， Micrococcus halobius)  、產(chǎn)堿假單胞菌(Pseudomonas alcaligenes)、致金假單胞菌(Pseudomonas  aureofaciens)、綠葉假單胞菌(Pseudomonas chlororaphis)、硝酸還原假單胞菌(Pseudomonas  nitroreducens)、核黃素假單胞菌(Pseudomonas riboflavina)、和敏捷假單胞菌 (Pseudomonas  facilis)等，以活性炭為微生物載體。

　　1.4 工藝流程與裝置

　　廢水處理工藝流程見圖1。

　　圖1 工藝流程

　　Fig.1 Technological process

　　微電解反應(yīng)器用Φ160 mm×300 mm的有機(jī)玻璃制成，加入塊狀的廢鑄鐵。裝入反應(yīng)器里鑄鐵先用NaOH  溶液清洗，再用HCl進(jìn)行活化[7]。反應(yīng)器底部裝有曝氣頭。

　　然后，將廢水不調(diào)pH直接加入反應(yīng)器里，每隔1h取出一定量的水樣用石灰調(diào)節(jié)pH至9～10之間進(jìn)行攪拌15min，混凝沉淀后測濾液的COD，并將濾液加適量水稀釋作為ABR反應(yīng)器的進(jìn)水。

　　ABR厭氧生物反應(yīng)器為UPVC材質(zhì)，中間用隔板隔成四個(gè)均等的單元格，總?cè)莘e為20L，在每個(gè)單元格的底部加入0.5 kg粒徑為3～6  目的活性炭顆粒作為微生物的載體。從上部進(jìn)水，從另一端的上部出水。進(jìn)水用計(jì)量泵控制流速來控制停留時(shí)間，水力停留時(shí)間約為48  h，每天定時(shí)檢測出水的COD。加入菌種后，進(jìn)行一周時(shí)間的馴化。

　　兩個(gè)好氧反應(yīng)器均為柱狀，容積為20 L，內(nèi)加2 kg粒徑為30～80  目的活性炭顆粒作為微生物的載體。加入菌種后，進(jìn)行2周曝氣馴化，是菌種充分的負(fù)載在活性炭上。

　　1.5 分析方法

　　COD 采用重鉻酸鉀法測定。

　　2 結(jié)果與討論

　　2.1 微電解實(shí)驗(yàn)

　　微電解設(shè)備中的廢鑄鐵的主要成分為鐵和碳，鑄鐵在酸性廢水中，隨著鑄鐵被腐蝕不斷的溶解，由于鐵和碳之間的電極電位差，廢水中會(huì)形成無數(shù)個(gè)微原電池。原電池反應(yīng)生成的H  和Fe2+等均能與廢水中的許多組分發(fā)生氧化還原反應(yīng)，能破壞有色廢水中的發(fā)色物質(zhì)的發(fā)色結(jié)構(gòu)，達(dá)到脫色的目的;能使有機(jī)物斷鏈，有機(jī)官能團(tuán)發(fā)生變化，使廢水的可生化性顯著提高，為后續(xù)生化處理提供有利條件;經(jīng)過微電解預(yù)處理后廢水的酸度大大降低，減少了中和劑的使用量。微電解出水加堿調(diào)節(jié)pH  后，鐵的絮凝作用可凝聚廢水中的懸浮物，另外，原電池周圍的電場可附集廢水中的膠體，從而去除部分的COD。

　　在不加酸調(diào)節(jié)pH的條件下，考察微電解反應(yīng)時(shí)間對(duì)COD去除率的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖2。

　　圖2 反應(yīng)時(shí)間對(duì)COD 去除率的影響

　　Fig.2 Variation of removal rate of with time

　　由圖2 可知：隨著微電解反應(yīng)時(shí)間的增加，COD 的去除效率逐漸升高，但到3 h 以后，COD 去除率基本穩(wěn)定，不再繼續(xù)升高，最高去除率為38  %。這是因?yàn)閯傞_始時(shí)，廢水的pH 較低，溶液中所含的H+和Fe2+較多，氧化還原反應(yīng)劇烈。隨著反應(yīng)時(shí)間的延長，pH  不斷升高，生成的H+和Fe2+逐漸減少。同時(shí)，由于微電解材料用的是廢鑄鐵塊，表面積較小，所以，反應(yīng)的時(shí)間較鐵屑要長，但塊狀的不易板結(jié)。

　　2.2 ABR 實(shí)驗(yàn)

　　將微電解出水用石灰調(diào)節(jié)pH 至9～10 之間混凝沉淀后，加入適量的稀釋水配制成不同COD 濃度的廢水，廢水COD 濃度分別為：2000  mg/L，3000 mg/L，4000 mg/L，5000 mg/L，6000 mg/L，7000 mg/L，用計(jì)量泵打入ABR 反應(yīng)器。一種廢水運(yùn)行5  d，COD去除率達(dá)到一定數(shù)值后再換更高COD 的進(jìn)水，當(dāng)進(jìn)水達(dá)到7000mg/L 后，連續(xù)進(jìn)水12 d。停留時(shí)間控制為48 h。處理效果如圖3所示。

　　由圖3 可知，COD 的去除率基本是隨著運(yùn)行時(shí)間的延長而增加;進(jìn)水的第1 天COD 的去除率均在30 %以上，到第5 天，COD去除率達(dá)到了60  %～80 %。

　　這說明ABR 反應(yīng)器里的微生物群體對(duì)該廢水的生化性較好。當(dāng)進(jìn)水COD 達(dá)到7000 mg/L 時(shí)，更進(jìn)行了12 d 的進(jìn)水，從第5天開始，COD  去除率基本穩(wěn)定在75 %左右，出水基本穩(wěn)定在1700mg/L 左右。基本達(dá)到了預(yù)期的效果，為后續(xù)的生化處理奠定了基礎(chǔ)。

　　圖 3 ABR 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

　　Fig.3 The lab result of ABR reaction

　　2.3 接觸氧化實(shí)驗(yàn)

　　ABR 出水進(jìn)入一級(jí)接觸氧化反應(yīng)器，停留時(shí)間為24 h，廢水處理結(jié)果見圖4。由圖4 可見，一級(jí)接觸氧化反應(yīng)出水COD  是隨著運(yùn)行時(shí)間的延長而降低，COD 去除率基本保持在80 %～90 %，這說明接觸氧化的處理效果較好。

　　一級(jí)接觸氧化出水再進(jìn)入二級(jí)接觸氧化反應(yīng)器，停留時(shí)間為24 h，COD 去除效果見圖5。

　　實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，出水無色透明，COD 去除率在80 %～90 %之間，出水COD 在100 mg/L，實(shí)現(xiàn)達(dá)標(biāo)排放。

　　圖4 一級(jí)接觸氧化實(shí)驗(yàn)結(jié)果

　　Fig.4 The lab result of the first class Bio-contact oxidation frocess

　　圖5 二級(jí)接觸氧化實(shí)驗(yàn)結(jié)果

　　Fig.5 The lab result of the two class Bio-contact oxidation frocess

　　3 結(jié)論

　　(1)廢水較低的pH 有利于微電解反應(yīng)的進(jìn)行，在廢水不調(diào)pH的條件下進(jìn)行微電解反應(yīng)，COD 去除率可達(dá)到38  %，可生化性大大的提高，為廢水的后續(xù)生物處理創(chuàng)造了有利條件。

　　(2)當(dāng)ABR 進(jìn)水COD 達(dá)到7000 mg/L，停留時(shí)間為48 h 時(shí)，去除率為75 %。

　　(3)COD 為7000 mg/L 以下的苯甲酸廢水經(jīng)過ABR+二級(jí)接觸氧化工藝處理后，最終出水小于100  mg/L，達(dá)到GB8978-1996《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。