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零价铁和水反应(零价铁去除水体中的硝酸盐)

【技术猿】零价铁(Fe、Cu/Fe)与水解酸化耦合技术

零价铁和水反应(零价铁去除水体中的硝酸盐)

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VFA,pH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。

零价铁和水反应(零价铁去除水体中的硝酸盐)

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。

零价铁和水反应(零价铁去除水体中的硝酸盐)

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。

零价铁和水反应(零价铁去除水体中的硝酸盐)

零价铁和水反应(零价铁去除水体中的硝酸盐)

零价铁和水反应(零价铁去除水体中的硝酸盐)

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(Fe、Cu/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/C<0.1,COD为1325mg/L,SO42-=460mg/L,PVA=375mg/L,pH为8.4(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。

零价铁和水反应(零价铁去除水体中的硝酸盐)

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来源:水气固 环保技术合集

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