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珍藏资料】零价铁与生物耦合技术讲解

2019-09-27来源:中国小康新闻网


           “铁基水处理材料”培训班详情


一、主讲专家:

主讲专家为同济大学城市污染控制国家工程研究中心马鲁铭等四位教授研究员。

二、培训时间及地点
2019年1月18日—20日 上海市
2019年3月29日-31日   南京市

三、结业证书:
统一颁发城市污染控制国家工程研究中心“铁基水处理材料”培训结业证明。 


联系人:孙丽13341053140 微信同号

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与水解酸化耦合——零价铁与生物耦合技术之一(1)



生物法是末端处理的核心工艺,对于浓度低、污染物种类繁杂的实际工业污水来说,充分利用生物处理方法是一般原则。生物处理法最初只是好氧生物法,以去除BODCOD为目的。但随着生物法的发展,以脱氮、除磷、或以提高污水好氧可生化性为目的各种单元技术诞生之后,工况要求精细化,物化与生化方法的耦合往往能展示出更大的优势。

先讨论零价铁(FeCu/Fe)与水解酸化耦合技术。

水解酸化技术是难得的适用性较广的工业废水生物预处理技术。但它名称展示的却是生活或食品工业等易生化废水呈现的特征,即废水经兼性微生物的处理后,产生大量的小分子挥发性脂肪酸VFApH值下降。但在预处理一般工业废水时,如纺织印染废水,该工艺单元中pH并不下降,自然称之为“酸化”有些欠缺。由此,在污水处理一线的不少同仁处于直观感觉,怀疑水解酸化工艺的作用。水解酸化,据信是我国纺织界环保科研人员在上世纪七十年代的科研成果。不少研究成果表明,它有扎实的理论依据和可靠的效果,因此不能轻易否定该工艺。

水解酸化,从生物化学过程来看,它是“发酵”过程;即在微生物代谢过程中,得失电子的物质都是有机物。之所以处理工业废水时不产生有机酸,是水质原因,即进水中缺乏产生有机酸的前提物,如易降解的碳水化合物、蛋白质等。从这一角度,就容易理解它对工业污水的预处理作用:

1、水解作用

对于一些高聚物,在水解酸化段比在好氧生物段,“水解”作用进行得更充分,即“大分子变为小分子”,由此可生化性提高。如我们的研究,水解酸化处理实际印染废水中的PVA(聚乙烯醇),对降低聚合度有显著的作用,如图1;而好氧生物处理工艺对PVA的降解,明显弱于水解酸化过程,如图2;经过水解酸化预处理后,好氧生物处理去除有机物的效果明显提高。

这里要强调:有机物分子量的大小,并不是判断有机物可生化性的充分依据,影响可生化性的主要因素是有机物的性质。举例:硝基苯,分子量并不大,但它的好氧可生化性很差;溶解性淀粉,分子量并不小,但它的好氧可生化性很好。但对没有特征官能团的高聚物来说,分子量越小、可生化性越好,是一般规律。

2、生物还原作用

  我们在“预处理”理论基础中,一再强调“还原”对转化毒害有机物的意义;我们同样认为:水解酸化作为工业废水的预处理工艺,其主要机理是对毒害有机物的还原作用。前面讲过,这是“发酵”过程,在这一过程中,有的有机物是电子供体,如易生物降解的碳水化合物等;有的有机物是电子受体,如具有吸电子基团(-NO2)的硝酸苯等,更容易接收电子,由此还原转换为好氧生物毒性小的有机物,如氨基苯酚、苯胺等物质,从而废水的可生化性得到提高。这方面已有大量的科研成果报道,其规律毋容置疑。

很多工业废水主要污染物并非有机高聚物,毒害有机物的存在,是影响生物处理的关键。因此,对于染料、医药、农药化工等精细化工业废水,水解酸化的“生物还原”作用,是其主要机理。同时,再次强调一句:对于上述精细化工废水,不宜采用不完全氧化法作为好氧生物预处理。

弄清了水解酸化机理后,零价铁与水解酸化耦合的优势,就很容易分析论证了,将在下次阐述。


本文数据,引自宋梦琪学位论文。

 

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与水解酸化耦合——零价铁与生物耦合技术之一(2)

上次我们强调了水解酸化工艺对毒害有机物的“生物还原”作用,而零价铁(FeCu/Fe)体系对毒害有机物可起到化学还原作用。因此,两种方法就有了工艺耦合的基础。

水解酸化,本质仍是生物法,毒害有机物对它仍然起到抑制作用;甚至高浓度的S2-离子,都会对水解酸化工艺产生严重破坏。而零价铁体系,却不存在上述问题;反而是在中性或偏碱性范围,零价铁腐蚀形成的氢氧化物或羟基氧化物滞留在铁表面(钝化和垢层),影响零价铁的还原作用。因此,水解酸化产酸,有利于零价铁的腐蚀(即化学还原);而零价铁被腐蚀(氧化)过程中产生的Fe2+,可以形成溶解积很小的FeS沉淀,大幅度减少S2-浓度,保护水解酸化菌。这就是零价铁与水解酸化耦合形成的两大优点。还有其它的一些好处,如:pH中性时,微生物细胞表面带负电荷,Fe2+可对其表面改性,大大有利于微生物在载体表面的挂膜,对生物膜法很有利;充实的Fe2+,对微生物酶活性有好处。

可能会有同行从微生物学角度提出质疑:水解酸化并非严格的厌氧阶段;而硫酸还原菌是严格的厌氧菌,怎么可能在水解酸化池形成S2-呢?实际上,微生物并非如此听话,当长期供应含有大量硫酸根的废水、而水温又适宜时,硫酸还原菌就会大量生长,最终导致水解酸化段的破坏,见图5.

在土建结构上,水解酸化池、厌氧释磷池、反硝化池都是一样的,但它们的生化作用却有本质的区别,原因在于进池的水质、微生物来源的不同。

实例:某印染厂污水,B/C0.1COD1325mg/LSO42-=460mg/LPVA=375mg/LpH8.4(图中所谓催化铁为Cu/Fe系统,本文称之为零价铁系统)。零价铁与水解酸化耦合后的效果四张图中明确可见。

由图7说明:催化铁组微生物活性最高,说明催化铁对微生物生长有促进作用;催化铁- SO42-组和空白组中微生物活性基本持平,说明催化铁的加入大大削弱了硫化物的毒害抑制作用(本文数据,引自宋梦琪学位论文)。


零价铁与水解酸化耦合技术,到目前都没有得到大规模的应用。工程实施究竟有什么难点和问题呢?将在下次讨论。



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一、主讲专家:

主讲专家为同济大学城市污染控制国家工程研究中心马鲁铭等四位教授研究员。

二、培训时间及地点
2019年1月18日—20日 上海市
2019年3月29日-31日   南京市

三、结业证明:
统一颁发城市污染控制国家工程研究中心“铁基水处理材料”培训结业证明。 


联系人:唐娜13741053140 微信同号


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