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一、概述

垃圾渗滤液、工业排放废水中有机物、重金属离子是水体污染以及影响人的健康重要因素。这些污水中含有通常说的有机物、重金属氧化物，会对天然水体、土壤、空气造成长期污染，污染物质伴随食物链进入人体，是人健康损害的重要因素。为保护环境、保护人的健康，对垃圾渗滤液、单位废水治理就显得非常重要。而通常化学、生物、光解等废水治理工艺由于场地、投资高、周期长、费用高，单位用户无法接受，推广普及难。市场需要一种快捷、高效、广谱的治理工艺装备。

为实现体积小、广谱高效、运营投资少的快捷治理，针对垃圾渗滤液、医疗废水、工农业废水研发了一套集合国际工艺的路线、满足中小排废水用户使用的一体化设备，实现废水复用。

二、主要创新

1、快速分离废水中的COD组分——使用水中电场形成的分子筛分动力，将废水中的有机质分子团以及极细颗粒分离出来。针对COD值1000至150000废水分离效率高于95%，具有瞬时分离，无膜装置，不使用蒸发热能，不加药剂，不占土地等特点。

2、使用无形电场膜筛分阴阳离子——使用电场电极在水中形成的电场动力捕捉、筛分废水中阴离子以及阳离子，形成人工肾作用，筛分水和阴离子、阳离子。去除废水中的盐以及有害阴离子。去除效率大于90%，不使用阳极膜、阴极膜；不使用分子筛以及活性炭。无阻力低能耗。

3、分离出来的COD组分可以作为燃料（选装工艺）——利用高浓度COD组分所携带的氢氧以及有机质，作为燃料使用，可以循环自持燃烧，进一步干化分离出来的COD组分。

4、分离出来的盐以及阴离子可以不断浓缩为析出盐和金属固体（选装工艺）——开发废水二次利用。也可以单独使用作为污水提盐、海水制盐、中水除盐；可以作为工业水软化；自来水去硬等使用。

染料废水在工业废水的排放中占有重要的比例，且其组成复杂，有机物污染物的含量很高，同时还具有水质水量波动大、色度高等特点。染料废水的处理难度不断加大，排放标准也日益严格。目前，染料的种类已达到上万种，人造丝皂化物、PVA浆料和新型助剂广泛应用，抗氧化、抗生物降解和抗光解的染料技术快速发展，这使得废水中COD质量浓度已经上升到2000～3000mg/L。其中，偶氮染料的种类和数量位居，孔雀石绿是偶氮染料的一种。

目前，主要采用生物法、化学法、吸附等方法处理染料废水，然而，传统的物理、化学、生物方法都难以让废水达到排放标准。高级氧化法能够提高废水的可生化性，降解有毒有害物质，实现染料废水的达标排放，具有很好的处理效果和应用前景。电Fenton法利用电化学产生的H2O2和Fe2+作为Fenton试剂的持续来源，二者反应产生的•OH氧化废水中污染物质，同时Fe3+在阴极被还原为Fe2+。三维电极－电Fenton法是三维电极法和电Fenton法的耦合，即在二维电Fenton的基础上，引入粒子电极作为第三电极。三维电极－电Fenton系统增大了物质传质效果，使反应区域从电极表面延伸到整个三维空间，粒子电极在电场的作用下发生极化现象，构成微电解池，在正负两极分别发生电化学氧化反应和还原反应，极大地提高了反应效率。石岩等研究了三维电极－电Fenton法处理垃圾渗滤液的处理效果和影响因素，发现在最佳反应条件下反应180min后有较好的处理效果，COD、氨氮和色度去除率分别达80.8%、55.2%和98.6%，同时垃圾渗滤液的BOD5/COD由0.125提高至0.486。班福忱利用三维电极－电Fenton试剂法对废水进行了处理，在最佳操作条件下，对去除率和COD去除率分别达到了97.27%和89.97%，且出水水质稳定;同时对比了三维电极－电Fenton法和二维电Fenton法的去除效果，试验结果表明：在相同条件下，三维电极－电Fenton法对的去除率比二维电Fenton法对的去除率高20%左右，在去除率相同时，三维电极－电Fenton法的能耗仅为二维电Fenton法的一半左右。说明三维电极－电Fenton法是值得研究的水处理方法。

基于此，笔者采用三维电极－电Fenton法处理孔雀石绿染料废水，分析了反应时间、初始pH值、电解质种类和质量浓度、电解电压、极板间距和曝气强度等因素对处理效果的影响，为处理染料废水提供了一种高效的处理方法。

1、试验材料与方法

1.1 试验用水

试验选用孔雀石绿为处理对象，为更好的分析三维电极－电Fenton系统中各因素处理效果的影响和控制参数，排除干扰因素，试验选用自配染料废水，将孔雀石绿与去离子水按一定质量浓度进行混合，控制水质色度为500～600倍，COD的质量浓度为500～600mg/L，并避光稳定24h后进行试验，以色度和COD去除率作为水质指标。

1.2 试剂与仪器

试剂：过氧化氢(H2O2)、孔雀石绿(C23H25N2Cl)、(Na2SO4)、氯化钠(NaCl)、锕化钠(NaAc)、七水合(FeSO4•7H2O)、氢氧化钠(NaOH)、硫酸银(AgSO4)、邻苯二甲酸氢钾(C8H5KO4)、钼酸铵，为分析纯;重铬酸钾(K2Cr2O7)、浓硫酸(H2SO4)，为优级纯。

仪器：UV759紫外可见光分光光度计、EL104电子分析天平、JJ－4A电动搅拌器、LZB－3WB转子流量计(气)、X－6500空气压缩机、80－2B离心机、DHG－9246A鼓风干燥箱、330f型便携式pH计、HS－60－12直流稳压电源、42L6－A电流表、DH3－AV电压表等。

1.3 试验方法

三维电极－电Fenton反应装置由反应容器、阴阳电极板、极板固定夹、粒子电极、电动搅拌器、电流表、电压表、空气压缩机组成。其中反应容器采用有效容积为2000mL的烧杯，阳极为铁板电极，阴极为石墨板电极，电极尺寸为：20cm×6cm×0.3cm，与直流稳压电源连接。第三电极由质量比为3：1的活性炭柱(粒径3mm)与纳米铁粒子(粒度为5/3～5/2μm)组成，投加质量浓度为16g/L。

取2000mL配置好的孔雀石绿染料废水放入反应器内，加入32g三维粒子电极，用浓度为1mol/L的硫酸和氢氧化钠调节废水pH值，极板固定夹固定并调节极板间距，加入一定质量浓度的电解质溶液，用空气压缩机向反应器内通入一定速率的空气，电动搅拌机进行搅拌，调节直流稳压电源使反应在一定电压下进行。分别改变试验的不同反应因素，主要包括反应时间、初始pH值、电解质种类和质量浓度、电解电压、极板间距和曝气强度因素，测定色度和COD质量浓度。

1.4 分析测定方法

pH值的测定采用330f型便携式pH计，COD的测定采用快速密闭催化消解法，色度的测定采用稀释倍数法《中华人民共和国国家标准水质色度的测定》(GB11903—1989)。

2、试验结果与讨论

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2.1 反应时间对处理效果的影响

控制反应条件为：pH=4，电压14V，极板间距为7cm，电解质采用Na2SO4，投加量为5g/L，曝气量为1.0L/min，在反应3h内，每隔20min从反应容器中取样一次，测定孔雀石绿染料废水的色度去除率和COD去除率

常规工艺中，油墨废水酸析后，水中产生大量悬浮的小固体析出物，沉降速度慢。沉淀池应设计较小的负荷，增加停留时间，尽可能使悬浮颗粒物沉淀进入污泥中。通常在实际操作中，部分颗粒物在水中以悬浮状态存在，无法在沉淀池沉淀，进入后续处理流程，导致CODCr去除率低。改进工艺中增加了混凝和絮凝的工艺，通过选择合适的混凝剂，能有效减少颗粒物进入后续处理流程，提高CODCr去除率。

“混凝”是通过电中和方式使水中胶体微粒子“脱稳”，再通过吸附架桥和网捕方式将微粒子相互粘结和聚集在一起的过程。通常使用的混凝剂主要是铝、铁盐及其聚合物，如聚合氯化铝（PAC）、聚合硫酸铁（PFS）、硫酸铝、氯化铁等。“絮凝”是采用聚合物高分子链使悬浮的颗粒与颗粒之间发生架桥而凝聚成大颗粒的过程，的絮凝剂是聚丙烯酰胺（PAM）。

混凝、絮凝过程是多种因素综合作用的结果，其过程和效果与混凝剂、絮凝剂分子结构、电荷密度、悬浮颗粒表面性质、介质（水）的pH值等因素有关。几种常用的混凝剂适用pH对比（如表1）。该工艺中，絮凝、沉淀后废水pH值在4~6之间，后续进入芬顿氧化工艺，反应的pH值需控制在3左右，为了节约药剂成本，应选择pH值适用范围更广的混凝剂。其中，聚合硫酸铁是一种无机高分子化合物，分子通式一般可表示为[Fe2（OH）n（SO4）3-n/2]m，具有立体的聚合结构。在水解时很快形成[Fe2（OH）33+]、[Fe2（OH）24+]、[Fe3（OH）45+]、[Fe4（OH）66+]等多核心、多分支的络合水解产物[2]，通过吸附、架桥、网捕等作用，使水中胶体快速凝结在一起，促使胶粒快速凝结沉淀，能有效去除常规工艺无法去除析出的悬浮状态油墨颗粒，提高CODCr去除率。

车间排放的生产废水经厂区废水管道收集后进入格栅井，通过转鼓格栅去除药渣等悬浮颗粒物后进入调节池均质均量，调节池内设置机械搅拌加强混合和防止沉淀。由于废水可生化性较好，在前端有一定的酸化效果，经水泵提升后进入混凝沉淀池，通过调节pH值，投加混凝剂和助凝剂，加强对细微悬浮物及胶体的去除。混凝沉淀池出水进入ABR折板厌氧池，通过折板形成的水力折流加强泥水混合，在厌氧条件下经过水解、酸化、产甲烷等阶段将有机物分解。厌氧出水进入生物接触氧化池，通过微孔鼓风曝气方式进行充氧，依靠生长在生物填料中的好氧生物膜将废水中的有机物进一步降解，同时将废水中的氨氮硝化为硝酸盐。好氧出水经斜管沉淀池固液分离，出水进入曝气生物滤池(BAF)，通过滤料及其上附着生长的微生物对废水中的污染物过滤、吸附、降解去除。出水经清水池和规范排放口后达标排放。

曝气生物滤池采用清水池储水作为反冲洗水源，反冲洗排水排入调节池。混凝沉淀池和斜管沉淀池剩余污泥排入污泥浓缩池进行重力浓缩，加药调理后泵入叠螺式污泥脱水机，脱水后外运处置。

2.3 主要构筑物及设计参数

(1)格栅井和调节池：1座，工艺尺寸18.0×12.0×5.0m，按照远期规模一次性建设，停留时间10h，底部安装2台潜水搅拌机和1台转鼓式格栅机。

(2)混凝沉淀池：1座，工艺尺寸9.0×3.5×5.5m，分2组，反应区停留时间30min，设置机械搅拌装置和酸碱调节加药装置；沉淀区为竖流式沉淀，表面负荷0.93m3/(m2•h)，设置导流筒和反射板。

(3)ABR厌氧反应器：1座，工艺尺寸9.0×19.0×5.5m，分两组，水力停留时间24h，容积负荷3.2kgCOD/(m3•d)。采用密封式结构，分9231个隔室串联，上升段流速0.5m/h，最后一格设蜂窝斜管填料层。设置沼气收集管道，经脱硫除湿后进入内燃式沼气燃烧系统。

(4)生物接触氧化池：1座，工艺尺寸8.6×19.0×5.5m，分两组，水力停留时间22h，容积负荷0.8kgCOD/(m3•d)。池内设置组合填料，采用微孔曝气管曝气，气水比30∶1。

(5)斜管沉淀池：1座，工艺尺寸8.6×19.0×5.5m，分两组，表面负荷0.8m3/(m2•h)，内置蜂窝斜管填料。

(6)曝气生物滤池：1座分2格，工艺尺寸7.0×3.5×5.0m，容积负荷0.12kgBOD/(m3滤料•d)，水力负荷1.85m3/(m2•h)。采用气水联合反冲洗，反冲水强度6L/(m3•s)，反冲气强度15L/(m3•s)。

(7)污泥处理系统：初沉池污泥和生化剩余污泥均排入污泥浓缩池，污泥浓缩池采用重力浓缩，有效容积56m3，配置1台叠螺式污泥脱水机，泥饼外运处置。

3、工程调试与运行

3.1 调试过程

工程于2016年11月竣工，12月进入生产调试。预处理调试选用多种药剂进行试验研究，结果表明：在预处理阶段投加烧碱以调节废水pH值并以PAC为混凝剂以PAM为助凝剂可取得较好的沉淀和后续生化效果。生化调试采用厌氧好氧调试分步进行，初期采用静态方式进行，以市政污水处理厂脱水污泥接种、培养和驯化菌种。调试过程中，对厌氧影响较大的主要是pH值和温度，由于水质酸化的影响必须调整至适合的pH值进入厌氧环节，并观察pH值变化与COD降解效率之间的关系；本项目调试期间正值冬季，水温偏低，微生物驯化工作进展较慢，温度回升后进展迅速。好氧调试在达到设计厌氧处理50%效果后进行，逐步调节进水量和曝气量，并按比例投加氮源和磷源。大约经历近461个月的时间，ABR池内形成黑色絮状污泥，生物接触氧化池填料上形成稳定的黄褐色生物膜。通过显微镜观察，微生物生长稳定，表明污泥培养成功，整个系统进入正常运行状态。