微電解-Fenton氧化-混凝沉淀-A/O工藝對蒽醌染料廢水處理效能及機(jī)制探究一、引言1.1研究背景與意義隨著工業(yè)化進(jìn)程的加速，染料工業(yè)迅速發(fā)展，蒽醌染料作為一類重要的合成染料，被廣泛應(yīng)用于紡織、印染、造紙等行業(yè)。蒽醌染料具有色澤鮮艷、染色牢度高、化學(xué)穩(wěn)定性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，能夠滿足不同領(lǐng)域?qū)ι实男枨蟆Ｈ欢?，在蒽醌染料的生產(chǎn)和使用過程中，會產(chǎn)生大量的廢水，這些廢水若未經(jīng)有效處理直接排放，將對環(huán)境和人類健康造成嚴(yán)重危害。蒽醌染料廢水具有高色度、高化學(xué)需氧量（COD）、成分復(fù)雜等特點(diǎn)。其中，高色度廢水會降低水體的透明度，影響水生生物的光合作用和生存環(huán)境，同時也會對水體的美學(xué)價值造成破壞，給人們帶來視覺上的污染；高COD表明廢水中含有大量的有機(jī)污染物，這些有機(jī)物在水體中分解時會消耗大量的溶解氧，導(dǎo)致水體缺氧，進(jìn)而破壞水生態(tài)系統(tǒng)的平衡；而成分復(fù)雜則意味著廢水中除了含有蒽醌染料本身外，還可能含有多種有機(jī)中間體、無機(jī)鹽、重金屬離子等有害物質(zhì)，這些物質(zhì)往往具有生物毒性，難以被生物降解，會在環(huán)境中積累，通過食物鏈傳遞，最終危害人類健康。例如，廢水中的苯胺類物質(zhì)可能導(dǎo)致人體中毒，引發(fā)血液系統(tǒng)疾病；硝基苯類物質(zhì)則具有致癌、致畸、致突變的“三致”效應(yīng)。傳統(tǒng)的蒽醌染料廢水處理方法包括物理法、化學(xué)法和生物法。物理法如吸附法、膜分離法等，雖然能夠去除部分污染物，但存在處理效率低、成本高、易造成二次污染等問題。例如，吸附法中的活性炭吸附，吸附能力有限，且活性炭再生困難，使用后的活性炭若處理不當(dāng)，會成為新的污染源；膜分離法需要昂貴的設(shè)備和定期更換膜組件，運(yùn)行成本高昂，同時膜污染問題也限制了其大規(guī)模應(yīng)用。化學(xué)法如化學(xué)氧化法、混凝法等，雖然在一定程度上能夠降解污染物，但往往需要消耗大量的化學(xué)藥劑，產(chǎn)生大量的污泥，增加了處理成本和后續(xù)污泥處理的難度。以化學(xué)氧化法中的Fenton氧化為例，該方法需要投加大量的過氧化氫和亞鐵離子，反應(yīng)后會產(chǎn)生大量的含鐵污泥，這些污泥的處理和處置成為了難題。生物法如厭氧法、好氧法等，由于蒽醌染料廢水的可生化性差，微生物難以適應(yīng)廢水中的有毒有害物質(zhì)，導(dǎo)致處理效果不理想，出水難以達(dá)標(biāo)排放。為了解決蒽醌染料廢水處理的難題，尋找一種高效、節(jié)能、環(huán)保的處理技術(shù)迫在眉睫。微電解-Fenton氧化-混凝沉淀-A/O工藝作為一種新型的組合工藝，結(jié)合了多種處理方法的優(yōu)勢，具有廣闊的應(yīng)用前景。微電解工藝?yán)描F屑和焦炭等材料組成的微電池，通過電化學(xué)作用和化學(xué)反應(yīng)，使廢水中的有機(jī)物發(fā)生氧化還原反應(yīng)，從而降低廢水的COD和色度；Fenton氧化則利用過氧化氫和亞鐵離子產(chǎn)生的羥基自由基，對有機(jī)物進(jìn)行深度氧化降解，進(jìn)一步提高廢水的可生化性；混凝沉淀通過投加混凝劑，使廢水中的懸浮物和膠體物質(zhì)凝聚沉淀，去除部分污染物；A/O工藝則利用厭氧和好氧微生物的協(xié)同作用，對廢水中的有機(jī)物進(jìn)行生物降解，實(shí)現(xiàn)廢水的達(dá)標(biāo)排放。本研究旨在探究微電解-Fenton氧化-混凝沉淀-A/O工藝處理蒽醌染料廢水的可行性和有效性，通過優(yōu)化工藝參數(shù)，提高廢水的處理效率，降低處理成本，為蒽醌染料廢水的實(shí)際處理提供理論依據(jù)和技術(shù)支持。這不僅有助于解決蒽醌染料生產(chǎn)企業(yè)的廢水排放問題，減少對環(huán)境的污染，保護(hù)生態(tài)平衡，還能為其他類似難降解有機(jī)廢水的處理提供參考和借鑒，推動環(huán)保產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，具有重要的環(huán)境意義和經(jīng)濟(jì)價值。1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀在國外，蒽醌染料廢水處理技術(shù)的研究起步較早。20世紀(jì)70年代，日本、俄羅斯和美國就開展了蒽醌類染料廢水較先進(jìn)的電子束脫色處理研究，利用電子束輻照使染料溶液完全脫色，且輻照后廢水的COD下降明顯，廢水中還原性污染物大幅度減少。到了90年代，國外對于蒽醌染料的各種降解方法已趨于成熟，涵蓋了物理、化學(xué)和生物等多個領(lǐng)域。例如，在物理法中，吸附法常采用活性炭等多孔性固體吸附劑，US608406A專利利用活性炭吸附蒽醌染料，雖吸附能力強(qiáng)，但存在不易再生的問題；膜分離法應(yīng)用超濾、納濾和反滲透技術(shù)處理染料廢水，1987年JPS62186986A利用超濾膜處理蒽醌染料廢水，去除率高，但專用設(shè)備投資高，膜易結(jié)垢。化學(xué)法方面，F(xiàn)enton法利用過氧化氫和亞鐵離子產(chǎn)生的羥基自由基降解污染物，如對分散藍(lán)的降解效果良好，不過該方法處理前需調(diào)節(jié)pH為酸性，處理后又需調(diào)回弱堿性，藥劑消耗大且產(chǎn)生污泥。為克服這些缺點(diǎn)，國外也在不斷探索改進(jìn)方法，如采用弱磁場強(qiáng)化H2O2-FeO類芬頓反應(yīng)，提高反應(yīng)速率并擴(kuò)大可利用的pH范圍。生物法中，厭氧-好氧組合工藝較為常見，通過使厭氧和好氧兩種生物群體各自處于適宜的水環(huán)境中，提高對蒽醌染料廢水的降解效率。國內(nèi)對蒽醌染料廢水處理技術(shù)的研究相對較晚，20世紀(jì)90年代末才逐漸出現(xiàn)相關(guān)降解方法，早期主要集中為混凝、傳統(tǒng)生物等簡單處理方法。近年來，隨著對環(huán)保要求的提高和技術(shù)的發(fā)展，國內(nèi)也取得了不少進(jìn)展。在物理吸附法中，出現(xiàn)了多種以廢治廢、變廢為寶的吸附劑，如CN103464090A、CN103406105A等專利中的吸附劑，具有吸附速度快、用量少、無二次污染的優(yōu)點(diǎn)。針對膜分離法的缺點(diǎn)，CN103449572A通過化學(xué)反響對傳統(tǒng)中性超濾膜進(jìn)行荷電改性，獲得不同間隔臂長度的荷電超濾膜，解決了膜易結(jié)垢等問題。化學(xué)法中，高級氧化技術(shù)成為研究熱點(diǎn)，如濕式氧化法、電化學(xué)氧化法、光催化氧化法等。CN105130062A采用濕式氧化法在高溫高壓條件下降解蒽醌染料廢水；電化學(xué)氧化法的研究集中在電極材料的催化性能改良以及提高電流效率降低能耗等方面；光催化氧化則在催化劑及其改性、與氧化劑聯(lián)用以及與其他方法組合等方面展開研究。生物法領(lǐng)域，除了傳統(tǒng)的厭氧-好氧組合工藝，還出現(xiàn)了新興微生物或細(xì)菌吸附或降解法，篩選出多種細(xì)菌、真菌和基因工程菌用于處理蒽醌染料廢水，如氣單胞菌屬、假單胞菌屬、芽孢桿菌屬等細(xì)菌，以及青霉屬、紅酵母屬、曲霉屬等真菌，通過吸附或降解方式對蒽醌類染料進(jìn)行處理，部分菌株處理效果良好。但也存在一些菌株難以適應(yīng)環(huán)境，不能滿足降解要求的問題，因此構(gòu)建基因工程菌成為研究方向之一。盡管國內(nèi)外在蒽醌染料廢水處理技術(shù)上取得了一定成果，但現(xiàn)有處理工藝仍存在一些問題。物理法中的吸附法吸附劑再生困難或成本較高，膜分離法投資和運(yùn)行成本高且易受膜污染影響；化學(xué)法普遍存在藥劑消耗大、產(chǎn)生大量污泥或反應(yīng)條件苛刻等問題，增加了處理成本和后續(xù)污泥處理的難度；生物法受廢水可生化性差的限制，微生物難以適應(yīng)廢水中的有毒有害物質(zhì)，導(dǎo)致處理效果不理想，出水難以達(dá)標(biāo)排放。這些問題限制了現(xiàn)有工藝在蒽醌染料廢水處理中的廣泛應(yīng)用和處理效果的進(jìn)一步提升。因此，開發(fā)一種高效、節(jié)能、環(huán)保且經(jīng)濟(jì)可行的處理工藝具有重要的現(xiàn)實(shí)意義，本研究的微電解-Fenton氧化-混凝沉淀-A/O工藝正是基于這樣的背景展開，旨在綜合多種工藝優(yōu)勢，解決蒽醌染料廢水處理難題。1.3研究目標(biāo)與內(nèi)容本研究旨在開發(fā)一種高效、節(jié)能、環(huán)保的蒽醌染料廢水處理技術(shù)，以解決現(xiàn)有處理工藝存在的問題，實(shí)現(xiàn)蒽醌染料廢水的達(dá)標(biāo)排放，降低對環(huán)境的污染。具體研究目標(biāo)如下：構(gòu)建高效處理工藝體系：建立微電解-Fenton氧化-混凝沉淀-A/O組合工藝體系，通過各工藝單元的協(xié)同作用，提高蒽醌染料廢水的處理效率，降低處理成本，確保出水水質(zhì)達(dá)到國家相關(guān)排放標(biāo)準(zhǔn)。優(yōu)化工藝參數(shù)：系統(tǒng)研究各工藝單元的關(guān)鍵參數(shù)，如微電解的鐵炭比、反應(yīng)時間、pH值；Fenton氧化的H?O?投加量、Fe2?投加量、反應(yīng)時間；混凝沉淀的混凝劑種類、投加量、pH值；A/O工藝的污泥濃度、水力停留時間、溶解氧等，通過單因素實(shí)驗(yàn)和正交實(shí)驗(yàn)等方法，確定各工藝單元的最佳運(yùn)行參數(shù)，優(yōu)化處理流程，實(shí)現(xiàn)最佳處理效果。探究處理機(jī)理：借助現(xiàn)代分析測試技術(shù)，如高效液相色譜（HPLC）、氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀（GC-MS）、傅里葉變換紅外光譜（FT-IR）等，對處理過程中廢水的成分變化、中間產(chǎn)物生成及轉(zhuǎn)化規(guī)律進(jìn)行深入分析，探究微電解-Fenton氧化-混凝沉淀-A/O工藝處理蒽醌染料廢水的作用機(jī)理，明確各工藝單元在污染物降解和去除過程中的作用機(jī)制。建立廢水處理模型：基于實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和處理機(jī)理研究成果，運(yùn)用數(shù)學(xué)建模方法，建立微電解-Fenton氧化-混凝沉淀-A/O工藝處理蒽醌染料廢水的數(shù)學(xué)模型，對處理過程進(jìn)行模擬和預(yù)測，提高處理過程的可控性和穩(wěn)定性，為實(shí)際工程應(yīng)用提供理論支持。圍繞上述研究目標(biāo)，本研究的主要內(nèi)容包括以下幾個方面：蒽醌染料廢水水質(zhì)分析：收集不同來源的蒽醌染料廢水樣品，對其進(jìn)行全面的水質(zhì)分析，測定廢水的化學(xué)需氧量（COD）、生化需氧量（BOD）、色度、pH值、總氮、總磷、重金屬含量等常規(guī)指標(biāo)，以及蒽醌染料的種類、濃度和結(jié)構(gòu)特征等，明確廢水的性質(zhì)和特點(diǎn)，為后續(xù)實(shí)驗(yàn)研究提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。微電解工藝研究：研究微電解工藝中不同鐵炭比、反應(yīng)時間、pH值、廢水初始濃度等因素對廢水COD和色度去除率的影響，通過掃描電子顯微鏡（SEM）、能譜分析（EDS）等手段對微電解反應(yīng)前后鐵炭材料的表面形態(tài)和元素組成變化進(jìn)行分析，探究微電解的作用機(jī)制，確定微電解工藝的最佳運(yùn)行參數(shù)。Fenton氧化工藝研究：考察Fenton氧化工藝中H?O?投加量、Fe2?投加量、反應(yīng)時間、pH值等因素對廢水COD和色度去除率以及可生化性的影響，利用電子自旋共振（ESR）技術(shù)檢測Fenton反應(yīng)過程中產(chǎn)生的羥基自由基（?OH），分析Fenton氧化的反應(yīng)機(jī)理，優(yōu)化Fenton氧化工藝參數(shù)?；炷恋砉に囇芯浚哼x擇不同類型的混凝劑，如聚合氯化鋁（PAC）、聚合硫酸鐵（PFS）、聚丙烯酰胺（PAM）等，研究混凝劑種類、投加量、pH值、攪拌速度和時間等因素對廢水濁度、COD和色度去除率的影響，通過Zeta電位分析和掃描電鏡觀察等方法，探討混凝沉淀的作用原理，確定最佳的混凝劑和混凝條件。A/O工藝研究：研究A/O工藝中污泥濃度、水力停留時間（HRT）、溶解氧（DO）、回流比等因素對廢水COD、氨氮和總氮去除率的影響，通過微生物群落分析技術(shù)，如高通量測序、熒光原位雜交（FISH）等，研究A/O系統(tǒng)中微生物的種類、數(shù)量和分布特征，揭示A/O工藝處理蒽醌染料廢水的微生物學(xué)機(jī)制，優(yōu)化A/O工藝運(yùn)行參數(shù)。組合工藝研究：將微電解、Fenton氧化、混凝沉淀和A/O工藝進(jìn)行組合，研究各工藝單元的連接順序和協(xié)同作用對廢水處理效果的影響，通過中試實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證組合工藝的可行性和穩(wěn)定性，確定最佳的組合工藝方案，為實(shí)際工程應(yīng)用提供技術(shù)支持。處理成本分析：對微電解-Fenton氧化-混凝沉淀-A/O組合工藝處理蒽醌染料廢水的成本進(jìn)行分析，包括設(shè)備投資、藥劑消耗、能源消耗、人工成本、污泥處理成本等，評估該工藝的經(jīng)濟(jì)可行性，提出降低處理成本的措施和建議。1.4研究方法與技術(shù)路線本研究采用實(shí)驗(yàn)室小試與大型示范相結(jié)合的研究方法，全面深入地探究微電解-Fenton氧化-混凝沉淀-A/O工藝處理蒽醌染料廢水的性能與效果。在實(shí)驗(yàn)室小試階段，收集具有代表性的蒽醌染料廢水樣品，運(yùn)用多種先進(jìn)的分析儀器和方法，對廢水的化學(xué)需氧量（COD）、生化需氧量（BOD）、色度、pH值、總氮、總磷、重金屬含量等常規(guī)指標(biāo)，以及蒽醌染料的種類、濃度和結(jié)構(gòu)特征等進(jìn)行精確測定，以明確廢水的性質(zhì)和特點(diǎn)。在此基礎(chǔ)上，搭建微電解、Fenton氧化、混凝沉淀和A/O工藝的實(shí)驗(yàn)裝置，采用單因素實(shí)驗(yàn)和正交實(shí)驗(yàn)等方法，系統(tǒng)地研究各工藝單元的關(guān)鍵參數(shù)對廢水處理效果的影響。例如，在微電解工藝中，考察不同鐵炭比（如1:1、2:1、3:1等）、反應(yīng)時間（30min、60min、90min等）、pH值（3、4、5等）、廢水初始濃度等因素對廢水COD和色度去除率的影響；在Fenton氧化工藝中，探究H?O?投加量（5mmol/L、10mmol/L、15mmol/L等）、Fe2?投加量（2mmol/L、4mmol/L、6mmol/L等）、反應(yīng)時間（30min、60min、90min等）、pH值等因素對廢水COD和色度去除率以及可生化性的影響；在混凝沉淀工藝中，研究不同混凝劑種類（聚合氯化鋁、聚合硫酸鐵、聚丙烯酰胺等）、投加量（50mg/L、100mg/L、150mg/L等）、pH值（6、7、8等）、攪拌速度和時間等因素對廢水濁度、COD和色度去除率的影響；在A/O工藝中，分析污泥濃度（2g/L、3g/L、4g/L等）、水力停留時間（8h、12h、16h等）、溶解氧（2mg/L、3mg/L、4mg/L等）、回流比等因素對廢水COD、氨氮和總氮去除率的影響。通過對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的詳細(xì)分析，確定各工藝單元的最佳運(yùn)行參數(shù)，并借助現(xiàn)代分析測試技術(shù)，如高效液相色譜（HPLC）、氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀（GC-MS）、傅里葉變換紅外光譜（FT-IR）、掃描電子顯微鏡（SEM）、能譜分析（EDS）、電子自旋共振（ESR）、微生物群落分析技術(shù)（高通量測序、熒光原位雜交等），深入探究各工藝單元的作用機(jī)制和污染物降解規(guī)律。在大型示范階段，根據(jù)實(shí)驗(yàn)室小試確定的最佳工藝參數(shù)和運(yùn)行條件，在實(shí)際工程規(guī)模下搭建微電解-Fenton氧化-混凝沉淀-A/O工藝處理裝置，對蒽醌染料廢水進(jìn)行連續(xù)處理。實(shí)時監(jiān)測和分析處理過程中的各項(xiàng)水質(zhì)指標(biāo)，評估工藝的穩(wěn)定性、可靠性和實(shí)際處理效果。同時，對處理成本進(jìn)行詳細(xì)核算，包括設(shè)備投資、藥劑消耗、能源消耗、人工成本、污泥處理成本等，全面評估該工藝在實(shí)際應(yīng)用中的經(jīng)濟(jì)可行性，并根據(jù)實(shí)際運(yùn)行情況提出進(jìn)一步優(yōu)化和改進(jìn)的措施。技術(shù)路線如圖1-1所示，首先對蒽醌染料廢水進(jìn)行全面的水質(zhì)分析，明確廢水特性。接著開展微電解工藝研究，確定最佳鐵炭比、反應(yīng)時間、pH值等參數(shù)，探究其作用機(jī)制。隨后進(jìn)行Fenton氧化工藝研究，優(yōu)化H?O?投加量、Fe2?投加量、反應(yīng)時間等條件，分析反應(yīng)機(jī)理。再進(jìn)行混凝沉淀工藝研究，確定最佳混凝劑種類、投加量、pH值等，探討其作用原理。之后開展A/O工藝研究，優(yōu)化污泥濃度、水力停留時間、溶解氧等參數(shù)，揭示微生物學(xué)機(jī)制。將各工藝單元進(jìn)行組合，研究組合工藝的處理效果，通過中試實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證其可行性和穩(wěn)定性。最后對處理成本進(jìn)行分析，評估經(jīng)濟(jì)可行性，并建立廢水處理模型，為實(shí)際工程應(yīng)用提供技術(shù)支持和理論依據(jù)。[此處插入技術(shù)路線圖1-1][此處插入技術(shù)路線圖1-1]二、蒽醌染料廢水特性分析2.1廢水來源與產(chǎn)生量以某蒽醌染料廠為例，其生產(chǎn)工藝主要包括蒽醌的合成、染料中間體的制備以及染料的合成與復(fù)配等環(huán)節(jié)。在蒽醌合成過程中，以苯酐、乙苯等為原料，通過縮合、環(huán)合、精制等工序生產(chǎn)蒽醌及其副產(chǎn)品。在這一過程中，反應(yīng)釜的清洗廢水、分離過程中的母液以及產(chǎn)品精制過程中的洗滌廢水等都會產(chǎn)生大量的廢水。這些廢水中含有未反應(yīng)完全的原料、反應(yīng)副產(chǎn)物以及殘留的蒽醌等物質(zhì)。例如，在縮合反應(yīng)中，可能會有未反應(yīng)的苯酐和乙苯殘留，而環(huán)合反應(yīng)則可能產(chǎn)生一些具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)的芳烴和雜環(huán)類副產(chǎn)物。在染料中間體的制備環(huán)節(jié)，通常會使用多種化學(xué)試劑進(jìn)行反應(yīng)，如在某些中間體的合成中，會用到亞硝酸鈉、硫酸等，反應(yīng)過程中會產(chǎn)生含有這些試劑以及中間體的廢水。而且，中間體的分離和提純過程也會產(chǎn)生大量的清洗廢水。這些廢水不僅含有高濃度的有機(jī)物，還可能含有重金屬離子等有害物質(zhì)，成分復(fù)雜，處理難度較大。染料的合成與復(fù)配過程同樣是廢水的重要來源。在合成反應(yīng)中，會產(chǎn)生含有未反應(yīng)原料、染料分子以及各種助劑的廢水。復(fù)配過程中，為了調(diào)整染料的性能，會加入各種添加劑，這些添加劑也會隨廢水排出。例如，為了提高染料的溶解性和穩(wěn)定性，可能會添加一些表面活性劑，這些表面活性劑會增加廢水的處理難度。通過對該蒽醌染料廠的生產(chǎn)流程和用水情況進(jìn)行詳細(xì)調(diào)研和分析，估算其廢水產(chǎn)生量。該廠的年生產(chǎn)規(guī)模為5000噸蒽醌染料，根據(jù)生產(chǎn)工藝和設(shè)備的不同，每噸染料產(chǎn)生的廢水量在20-40噸之間。取平均值計(jì)算，該廠每天的廢水產(chǎn)生量約為300-600立方米。具體的廢水產(chǎn)生量還會受到生產(chǎn)負(fù)荷、產(chǎn)品種類以及生產(chǎn)管理水平等因素的影響。當(dāng)生產(chǎn)負(fù)荷較高時，廢水產(chǎn)生量會相應(yīng)增加；不同種類的染料在生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的廢水量也有所差異，一些結(jié)構(gòu)復(fù)雜、合成步驟多的染料產(chǎn)生的廢水往往更多；而良好的生產(chǎn)管理可以通過優(yōu)化生產(chǎn)工藝、提高水資源利用率等措施，在一定程度上減少廢水的產(chǎn)生量。2.2水質(zhì)特點(diǎn)以某典型蒽醌染料生產(chǎn)企業(yè)的廢水為例，對其水質(zhì)指標(biāo)進(jìn)行詳細(xì)分析。該企業(yè)排放的廢水pH值通常處于強(qiáng)酸性或強(qiáng)堿性范圍，在生產(chǎn)過程中，由于使用大量的酸和堿作為反應(yīng)試劑或調(diào)節(jié)pH值，導(dǎo)致廢水的pH值波動較大，一般在2-12之間。例如，在某些合成反應(yīng)中，需要在酸性條件下進(jìn)行，反應(yīng)結(jié)束后未中和的酸會隨廢水排出，使廢水pH值降低；而在后續(xù)的分離和精制過程中，又可能使用堿性物質(zhì)，若處理不當(dāng)，廢水的pH值就會升高。廢水的色度極高，達(dá)到10000-100000倍，這是由于廢水中含有各種結(jié)構(gòu)復(fù)雜的蒽醌染料分子，這些染料分子具有特殊的共軛結(jié)構(gòu)，能夠吸收特定波長的光線，從而使廢水呈現(xiàn)出深顏色。即使廢水中染料的濃度較低，也能產(chǎn)生明顯的顏色，嚴(yán)重影響水體的視覺效果和透光性。化學(xué)需氧量（COD）在2000-6000mg/L之間，這表明廢水中含有大量的還原性有機(jī)污染物。這些有機(jī)物主要來源于未反應(yīng)完全的原料、反應(yīng)副產(chǎn)物以及殘留的蒽醌染料等。如在蒽醌染料的合成過程中，會使用苯酐、乙苯、苯胺、硝基苯等有機(jī)原料，反應(yīng)過程中可能會產(chǎn)生多種芳烴和雜環(huán)類副產(chǎn)物，這些物質(zhì)都增加了廢水的COD值。生化需氧量（BOD）相對較低，BOD?/COD比值一般小于0.1，可生化性極差。這是因?yàn)檩祯玖蠌U水含有較多的多環(huán)芳香族化合物，其分子結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，不易被微生物分解利用。這些化合物中的化學(xué)鍵能較高，微生物難以通過自身的酶系統(tǒng)將其斷裂并轉(zhuǎn)化為無害物質(zhì)，導(dǎo)致微生物在處理這類廢水時生長受到抑制，處理效果不佳。氨氮含量在50-200mg/L之間，主要來源于有機(jī)胺類化合物在生產(chǎn)過程中的分解或殘留。在染料合成過程中，部分有機(jī)胺類物質(zhì)作為原料或中間體參與反應(yīng)，反應(yīng)不完全或后續(xù)處理不當(dāng)會使這些氨氮物質(zhì)進(jìn)入廢水中?？偭缀肯鄬^低，一般在5-20mg/L左右，但也不能忽視其對水體富營養(yǎng)化的潛在影響?？偭椎膩碓纯赡馨ㄉa(chǎn)過程中使用的含磷試劑，如磷酸三辛酯等，以及原料中含有的少量磷元素。此外，廢水中還可能含有重金屬離子，如銅、鉛、鋅等，雖然含量較低，但由于重金屬具有毒性和累積性，會對生態(tài)環(huán)境和人體健康造成長期危害。這些重金屬離子可能來自于生產(chǎn)設(shè)備的腐蝕、催化劑的殘留或原料中的雜質(zhì)。例如，在某些反應(yīng)中使用的金屬催化劑，在反應(yīng)結(jié)束后可能會有少量殘留并進(jìn)入廢水中。綜上所述，蒽醌染料廢水具有高色度、高COD、低BOD?/COD比值（可生化性差）、水質(zhì)波動大以及含有有毒有害物質(zhì)（如苯胺類、硝基苯類、重金屬離子等）的特點(diǎn)，這些特點(diǎn)使得蒽醌染料廢水的處理難度極大，需要采用高效、綜合的處理工藝來實(shí)現(xiàn)達(dá)標(biāo)排放。2.3主要污染物及危害蒽醌染料廢水成分復(fù)雜，含有多種對環(huán)境和人體健康危害嚴(yán)重的污染物。其中，蒽醌類化合物是蒽醌染料的核心成分，具有穩(wěn)定的共軛結(jié)構(gòu)，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，難以被生物降解。這些化合物進(jìn)入水體后，會使水體呈現(xiàn)出高色度，影響水體的透光性，阻礙水生植物的光合作用，進(jìn)而破壞水生態(tài)系統(tǒng)的平衡。例如，在一些受蒽醌染料廢水污染的河流中，由于水體透光性差，水生植物無法正常進(jìn)行光合作用，導(dǎo)致水中溶解氧含量降低，水生生物的生存受到威脅，生物多樣性減少。同時，蒽醌類化合物還具有一定的毒性，可能對水生生物的生長、發(fā)育和繁殖產(chǎn)生不良影響，如抑制水生動物的生長速度、影響其繁殖能力等。苯胺類物質(zhì)也是蒽醌染料廢水中常見的污染物之一，它是染料合成過程中的重要中間體。苯胺具有較高的毒性，可通過呼吸道、消化道和皮膚進(jìn)入人體，對人體的血液系統(tǒng)、神經(jīng)系統(tǒng)和肝臟等器官造成損害。當(dāng)人體吸入或接觸苯胺后，苯胺會將紅細(xì)胞中的血紅蛋白氧化為高鐵血紅蛋白，使其失去攜氧能力，導(dǎo)致人體組織缺氧，出現(xiàn)頭暈、頭痛、乏力、呼吸困難等中毒癥狀。長期接觸苯胺還可能引發(fā)血液系統(tǒng)疾病，如白血病、貧血等，對人體健康造成嚴(yán)重危害。在一些苯胺生產(chǎn)企業(yè)或染料生產(chǎn)廠周邊，居民長期暴露在含有苯胺的環(huán)境中，血液系統(tǒng)疾病的發(fā)病率明顯高于其他地區(qū)。硝基苯類化合物同樣是蒽醌染料廢水中的有害污染物。這類化合物具有致癌、致畸、致突變的“三致”效應(yīng)，對人體健康構(gòu)成極大威脅。硝基苯進(jìn)入人體后，會在體內(nèi)代謝產(chǎn)生多種有毒物質(zhì)，這些物質(zhì)能夠與人體細(xì)胞內(nèi)的DNA、蛋白質(zhì)等生物大分子發(fā)生作用，導(dǎo)致細(xì)胞的遺傳物質(zhì)發(fā)生改變，引發(fā)癌癥、胎兒畸形等嚴(yán)重疾病。硝基苯還會對環(huán)境造成長期污染，在土壤和水體中難以降解，會通過食物鏈的傳遞在生物體內(nèi)積累，對生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和生物多樣性產(chǎn)生負(fù)面影響。例如，在一些被硝基苯污染的農(nóng)田中，農(nóng)作物生長受到抑制，農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量下降，同時土壤中的微生物群落結(jié)構(gòu)也發(fā)生改變，土壤生態(tài)系統(tǒng)功能受損。此外，蒽醌染料廢水中還可能含有重金屬離子，如銅、鉛、鋅、汞等。重金屬離子具有毒性大、不易降解、易在生物體內(nèi)積累等特點(diǎn)。當(dāng)這些重金屬離子進(jìn)入水體和土壤后，會對水生生物和土壤生物造成毒害作用，影響它們的生長、發(fā)育和繁殖。例如，汞離子會在水生生物體內(nèi)富集，通過食物鏈傳遞，最終進(jìn)入人體，損害人體的神經(jīng)系統(tǒng)、腎臟等器官，導(dǎo)致水俁病等嚴(yán)重疾??；鉛離子會影響兒童的智力發(fā)育，導(dǎo)致學(xué)習(xí)能力下降、注意力不集中等問題；銅、鋅等重金屬離子過量時，也會對水生生物的生理功能產(chǎn)生干擾，影響其生存和繁衍。而且，重金屬污染具有長期性和不可逆性，一旦環(huán)境受到重金屬污染，治理難度極大，需要耗費(fèi)大量的人力、物力和財(cái)力。三、微電解-Fenton氧化-混凝沉淀-A/O工藝原理與流程3.1微電解工藝3.1.1原理微電解工藝是基于金屬腐蝕原理，利用鐵屑和焦炭等材料組成的微電池對廢水進(jìn)行處理，又稱內(nèi)電解法。當(dāng)鐵屑和焦炭浸泡在廢水中時，由于鐵和碳之間存在1.2V的電極電位差，會形成無數(shù)個微小的原電池系統(tǒng)。在這個原電池中，鐵作為陽極，發(fā)生氧化反應(yīng)，電極反應(yīng)式為：Fe-2e?→Fe2?，Eo(Fe2?/Fe)=-0.44V；碳作為陰極，在酸性條件下，發(fā)生還原反應(yīng)，電極反應(yīng)式為：2H?+2e?→H?↑，Eo(H?/H?)=0V。當(dāng)有氧存在時，陰極還會發(fā)生反應(yīng)：O?+4H?+4e?→2H?O，Eo(O?)=1.23V；O?+2H?O+4e?→4OH?，Eo(O?/OH?)=0.41V。在微電解過程中，主要通過以下幾種作用去除廢水中的污染物：氧化還原作用：反應(yīng)產(chǎn)生的初生態(tài)的Fe2?和原子H具有很高的化學(xué)活性，能夠與廢水中的有機(jī)污染物發(fā)生氧化還原反應(yīng)，使有機(jī)物分子中的化學(xué)鍵斷裂，發(fā)生斷鏈、開環(huán)等作用，從而改變有機(jī)物的結(jié)構(gòu)和特性，降低廢水的COD和色度。例如，對于一些含有硝基、亞硝基等發(fā)色基團(tuán)的有機(jī)物，初生態(tài)的Fe2?和原子H可以將其還原為胺基，破壞發(fā)色基團(tuán)，實(shí)現(xiàn)脫色。絮凝作用：陽極反應(yīng)生成的Fe2?進(jìn)入廢水后，會逐漸被氧化成Fe3?，F(xiàn)e2?和Fe3?水解生成的Fe(OH)?和Fe(OH)?膠體具有很強(qiáng)的絮凝能力，能夠吸附、凝聚水中的懸浮物和膠體物質(zhì)，使它們沉淀下來，從而去除部分污染物。而且，新生的Fe2?具有更高的吸附-絮凝活性，調(diào)節(jié)廢水的pH值可使鐵離子變成氫氧化物的絮狀沉淀，進(jìn)一步增強(qiáng)對廢水的凈化效果。電附集作用：鐵屑對絮體具有電附集作用，在原電池周圍的電場作用下，廢水中帶電膠粒和雜質(zhì)通過靜電引力和表面能的作用附集、凝聚，使廢水得到凈化。改善可生化性：微電解過程能夠?qū)⒁恍╇y生物降解的大分子有機(jī)物轉(zhuǎn)化為易生物降解的小分子有機(jī)物，提高廢水的可生化性。例如，將含有苯環(huán)、雜環(huán)等結(jié)構(gòu)的有機(jī)物分解成小分子，增加了廢水的BOD?/COD比值，為后續(xù)的生物處理創(chuàng)造了有利條件。3.1.2工藝流程本研究采用的微電解工藝流程如圖3-1所示。廢水首先進(jìn)入調(diào)節(jié)池，通過調(diào)節(jié)池的作用，使廢水的水質(zhì)和水量得到均衡，減少水質(zhì)和水量的波動對后續(xù)處理工藝的影響。在調(diào)節(jié)池中，設(shè)置攪拌裝置，確保廢水充分混合。[此處插入微電解工藝流程圖3-1]調(diào)節(jié)后的廢水由提升泵提升至微電解反應(yīng)器，微電解反應(yīng)器內(nèi)填充有鐵碳填料，鐵碳質(zhì)量比為2:1，填料粒徑為3-5mm。廢水在微電解反應(yīng)器中停留時間為60min，通過曝氣提供溶解氧，控制曝氣強(qiáng)度為0.5m3/(m2?min)，使廢水處于微氧環(huán)境，促進(jìn)微電解反應(yīng)的進(jìn)行。微電解反應(yīng)器采用圓柱形碳鋼材質(zhì)，內(nèi)徑為1.5m，高度為3m。在微電解反應(yīng)器中，鐵碳填料與廢水發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，廢水中的有機(jī)物被氧化還原，發(fā)色基團(tuán)被破壞，色度降低，同時廢水的可生化性得到提高。反應(yīng)后的廢水進(jìn)入中和沉淀池，在中和沉淀池中，投加石灰乳調(diào)節(jié)廢水的pH值至7-8，使廢水中的鐵離子形成氫氧化鐵沉淀，同時去除部分懸浮物和膠體物質(zhì)。中和沉淀池采用斜管沉淀池，表面負(fù)荷為1.5m3/(m2?h)，沉淀時間為2h。經(jīng)過中和沉淀后的廢水，部分指標(biāo)得到初步改善，如色度有所降低，COD也有一定程度的下降。這為后續(xù)的Fenton氧化、混凝沉淀和A/O工藝提供了相對穩(wěn)定且污染程度有所降低的進(jìn)水水質(zhì)，有利于各后續(xù)工藝更好地發(fā)揮作用，進(jìn)一步去除污染物，實(shí)現(xiàn)廢水的達(dá)標(biāo)排放。3.2Fenton氧化工藝3.2.1原理Fenton氧化工藝是以亞鐵離子（Fe2?）為催化劑，在酸性條件下，使過氧化氫（H?O?）分解產(chǎn)生具有強(qiáng)氧化性的羥基自由基（?OH），其氧化電位高達(dá)2.8V，僅次于氟，能夠氧化降解廢水中的有機(jī)物。其主要反應(yīng)機(jī)理如下：Fe2?+H?O?→Fe3?+?OH+OH?（1）生成的Fe3?可以與H?O?進(jìn)一步反應(yīng)：Fe3?+H?O?→Fe2?+HO??+H?（2）HO??是一種較弱的氧化劑，但在一定條件下也能參與有機(jī)物的氧化反應(yīng)。同時，反應(yīng)（1）中產(chǎn)生的羥基自由基（?OH）具有極高的活性，能夠與有機(jī)物（以RH表示）發(fā)生反應(yīng)：?OH+RH→R?+H?O（3）R?為有機(jī)物自由基，它可以進(jìn)一步被氧化，最終使有機(jī)物礦化為CO?和H?O等無機(jī)物。Fe2?+H?O?→Fe3?+?OH+OH?（1）生成的Fe3?可以與H?O?進(jìn)一步反應(yīng)：Fe3?+H?O?→Fe2?+HO??+H?（2）HO??是一種較弱的氧化劑，但在一定條件下也能參與有機(jī)物的氧化反應(yīng)。同時，反應(yīng)（1）中產(chǎn)生的羥基自由基（?OH）具有極高的活性，能夠與有機(jī)物（以RH表示）發(fā)生反應(yīng)：?OH+RH→R?+H?O（3）R?為有機(jī)物自由基，它可以進(jìn)一步被氧化，最終使有機(jī)物礦化為CO?和H?O等無機(jī)物。生成的Fe3?可以與H?O?進(jìn)一步反應(yīng)：Fe3?+H?O?→Fe2?+HO??+H?（2）HO??是一種較弱的氧化劑，但在一定條件下也能參與有機(jī)物的氧化反應(yīng)。同時，反應(yīng)（1）中產(chǎn)生的羥基自由基（?OH）具有極高的活性，能夠與有機(jī)物（以RH表示）發(fā)生反應(yīng)：?OH+RH→R?+H?O（3）R?為有機(jī)物自由基，它可以進(jìn)一步被氧化，最終使有機(jī)物礦化為CO?和H?O等無機(jī)物。Fe3?+H?O?→Fe2?+HO??+H?（2）HO??是一種較弱的氧化劑，但在一定條件下也能參與有機(jī)物的氧化反應(yīng)。同時，反應(yīng)（1）中產(chǎn)生的羥基自由基（?OH）具有極高的活性，能夠與有機(jī)物（以RH表示）發(fā)生反應(yīng)：?OH+RH→R?+H?O（3）R?為有機(jī)物自由基，它可以進(jìn)一步被氧化，最終使有機(jī)物礦化為CO?和H?O等無機(jī)物。HO??是一種較弱的氧化劑，但在一定條件下也能參與有機(jī)物的氧化反應(yīng)。同時，反應(yīng)（1）中產(chǎn)生的羥基自由基（?OH）具有極高的活性，能夠與有機(jī)物（以RH表示）發(fā)生反應(yīng)：?OH+RH→R?+H?O（3）R?為有機(jī)物自由基，它可以進(jìn)一步被氧化，最終使有機(jī)物礦化為CO?和H?O等無機(jī)物。?OH+RH→R?+H?O（3）R?為有機(jī)物自由基，它可以進(jìn)一步被氧化，最終使有機(jī)物礦化為CO?和H?O等無機(jī)物。R?為有機(jī)物自由基，它可以進(jìn)一步被氧化，最終使有機(jī)物礦化為CO?和H?O等無機(jī)物。在Fenton氧化過程中，亞鐵離子不僅作為催化劑促進(jìn)H?O?分解產(chǎn)生羥基自由基，而且在反應(yīng)過程中，亞鐵離子會被氧化為鐵離子（Fe3?），鐵離子具有混凝作用。Fe3?在水中會發(fā)生水解反應(yīng)，生成一系列羥基絡(luò)合物，如Fe(OH)2?、Fe(OH)??等，這些羥基絡(luò)合物能夠通過吸附、架橋和網(wǎng)捕等作用，使廢水中的膠體顆粒和細(xì)小懸浮物凝聚成較大的絮體，從而實(shí)現(xiàn)沉淀分離，去除部分有機(jī)物和色度。此外，反應(yīng)過程中產(chǎn)生的Fe(OH)?膠體也具有較強(qiáng)的吸附能力，能夠吸附廢水中的污染物，進(jìn)一步提高處理效果。3.2.2工藝流程Fenton氧化工藝流程如圖3-2所示。經(jīng)微電解處理后的廢水進(jìn)入Fenton氧化反應(yīng)池，首先通過加酸調(diào)節(jié)pH值至3-4，為Fenton反應(yīng)創(chuàng)造適宜的酸性環(huán)境。[此處插入Fenton氧化工藝流程圖3-2]按照一定比例投加FeSO??7H?O和H?O?溶液，其中Fe2?與H?O?的摩爾比為1:10-1:15，H?O?的投加量根據(jù)廢水中有機(jī)物的含量確定，一般為5-15mmol/L。開啟攪拌裝置，使藥劑與廢水充分混合，反應(yīng)時間控制在60-90min。在反應(yīng)過程中，H?O?在Fe2?的催化作用下分解產(chǎn)生羥基自由基，對廢水中殘留的難降解有機(jī)物進(jìn)行深度氧化降解，進(jìn)一步降低廢水的COD和色度，提高廢水的可生化性。反應(yīng)結(jié)束后，向反應(yīng)池中投加石灰乳調(diào)節(jié)pH值至8-9，使Fe3?形成Fe(OH)?沉淀，同時廢水中的部分有機(jī)物和懸浮物也會被吸附共沉淀。隨后，廢水進(jìn)入沉淀池進(jìn)行沉淀分離，沉淀池采用斜管沉淀池，表面負(fù)荷為1.0-1.5m3/(m2?h)，沉淀時間為1.5-2.0h。沉淀后的上清液進(jìn)入后續(xù)的混凝沉淀工藝進(jìn)一步處理，而沉淀下來的污泥則排入污泥處理系統(tǒng)進(jìn)行處理。3.3混凝沉淀工藝3.3.1原理混凝沉淀工藝是利用混凝劑和助凝劑的作用，使廢水中的膠體和懸浮物凝聚成較大的顆粒，從而實(shí)現(xiàn)沉淀分離的過程。其原理主要包括以下幾個方面：壓縮雙電層：廢水中的膠體顆粒通常帶有電荷，在其周圍形成擴(kuò)散雙電層，使膠體顆粒之間存在靜電斥力，保持穩(wěn)定的分散狀態(tài)。當(dāng)向廢水中投加電解質(zhì)混凝劑，如聚合氯化鋁（PAC）時，混凝劑中的高價陽離子（如Al3?）會進(jìn)入膠體顆粒的擴(kuò)散雙電層，壓縮雙電層的厚度，降低ζ電位，使膠體顆粒之間的靜電斥力減小。當(dāng)ζ電位降低到一定程度時，膠體顆粒就會相互靠近，發(fā)生凝聚作用。吸附電中和：混凝劑水解產(chǎn)生的多核羥基絡(luò)合物，如[Al(OH)?]?、[Al(OH)]2?等，具有很強(qiáng)的吸附能力，能夠吸附在膠體顆粒表面。這些多核羥基絡(luò)合物所帶的電荷與膠體顆粒表面電荷相反，通過吸附電中和作用，中和膠體顆粒表面的電荷，進(jìn)一步降低ζ電位，促進(jìn)膠體顆粒的凝聚。而且，這種吸附電中和作用不僅能使膠體顆粒凝聚，還能使一些溶解性有機(jī)物通過吸附作用被去除。吸附架橋：助凝劑聚丙烯酰胺（PAM）是一種高分子聚合物，其分子鏈上含有大量的活性基團(tuán)，能夠吸附在膠體顆粒表面。由于PAM分子鏈很長，它可以同時吸附多個膠體顆粒，在膠體顆粒之間形成“架橋”連接，使膠體顆粒逐漸聚集成較大的絮體。這種吸附架橋作用在混凝沉淀過程中起著關(guān)鍵作用，能夠加速絮體的形成和沉降速度。網(wǎng)捕卷掃：當(dāng)混凝劑投加量較大時，水解產(chǎn)生的大量氫氧化鋁等沉淀物會形成一種網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。這種網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)在沉淀過程中能夠?qū)⒅車哪z體顆粒和懸浮物捕獲，一起沉降到水底，從而實(shí)現(xiàn)污染物的去除。例如，在處理含有細(xì)小懸浮物的廢水時，網(wǎng)捕卷掃作用可以有效地將這些懸浮物去除。通過上述幾種作用的綜合效應(yīng)，混凝沉淀工藝能夠有效地去除廢水中的膠體和懸浮物，降低廢水的濁度、COD和色度，提高廢水的水質(zhì)，為后續(xù)的處理工藝提供良好的進(jìn)水條件。3.3.2工藝流程混凝沉淀工藝流程如圖3-3所示。經(jīng)Fenton氧化處理后的廢水首先進(jìn)入混凝反應(yīng)池，在混凝反應(yīng)池中，投加聚合氯化鋁（PAC）作為混凝劑，投加量為100-200mg/L，同時投加聚丙烯酰胺（PAM）作為助凝劑，投加量為2-5mg/L。開啟快速攪拌裝置，攪拌速度為200-300r/min，攪拌時間為1-2min，使藥劑與廢水充分混合，促進(jìn)混凝劑的水解和膠體顆粒的初步凝聚。[此處插入混凝沉淀工藝流程圖3-3]隨后，廢水進(jìn)入絮凝反應(yīng)池，在絮凝反應(yīng)池中，降低攪拌速度至30-60r/min，攪拌時間為15-20min，使初步凝聚的膠體顆粒在助凝劑的作用下進(jìn)一步形成較大的絮體。絮凝反應(yīng)后的廢水進(jìn)入沉淀池進(jìn)行沉淀分離，沉淀池采用斜管沉淀池，表面負(fù)荷為1.0-1.5m3/(m2?h)，沉淀時間為1.5-2.0h。在沉淀池中，絮體依靠重力作用沉淀到池底，上清液則溢流進(jìn)入后續(xù)的A/O工藝進(jìn)行進(jìn)一步處理。沉淀下來的污泥通過排泥系統(tǒng)排出，一部分回流至混凝反應(yīng)池，以提高絮凝效果，另一部分則排入污泥處理系統(tǒng)進(jìn)行處理。在污泥處理系統(tǒng)中，污泥經(jīng)過濃縮、脫水等處理后，可進(jìn)行妥善處置，避免對環(huán)境造成二次污染。3.4A/O工藝3.4.1原理A/O工藝是一種將厭氧生物處理和好氧生物處理相結(jié)合的廢水處理工藝，主要用于去除廢水中的有機(jī)物、氮和磷等污染物。其原理基于不同微生物在不同環(huán)境條件下的代謝特性。在厭氧段，水解酸化菌利用廢水中的有機(jī)物作為碳源，將大分子有機(jī)物分解為小分子有機(jī)物，如多糖分解為單糖，蛋白質(zhì)分解為氨基酸，脂肪分解為脂肪酸和甘油等。同時，聚磷菌在厭氧環(huán)境下，將細(xì)胞內(nèi)儲存的聚磷酸鹽分解，釋放出磷酸根離子，獲取能量用于攝取廢水中的揮發(fā)性脂肪酸（VFAs），并將其轉(zhuǎn)化為聚-β-羥基烷酸鹽（PHB）儲存于細(xì)胞內(nèi)。這一過程不僅提高了廢水的可生化性，還實(shí)現(xiàn)了磷的釋放。在好氧段，好氧微生物利用廢水中的有機(jī)物進(jìn)行有氧呼吸，將其分解為二氧化碳和水，同時合成新的細(xì)胞物質(zhì)。硝化細(xì)菌在好氧條件下將氨氮氧化為亞硝酸鹽氮和硝酸鹽氮，反應(yīng)過程如下：\begin{align*}2NH_{4}^{+}+3O_{2}&\xrightarrow[]{?o??????????è??}2NO_{2}^{-}+4H^{+}+2H_{2}O\\2NO_{2}^{-}+O_{2}&\xrightarrow[]{?????????è??}2NO_{3}^{-}\end{align*}反硝化細(xì)菌則在缺氧條件下（通常是通過內(nèi)回流將好氧段的混合液回流至厭氧段前端，創(chuàng)造缺氧環(huán)境），利用有機(jī)物作為電子供體，將硝酸鹽氮還原為氮?dú)猓尫诺酱髿庵?，?shí)現(xiàn)脫氮，反應(yīng)式為：NO_{3}^{-}+5CH_{3}OH\xrightarrow[]{????????????è??}N_{2}+5CO_{2}+7H_{2}O+OH^{-}聚磷菌在好氧環(huán)境下，利用細(xì)胞內(nèi)儲存的PHB進(jìn)行代謝活動，攝取廢水中的磷酸根離子，合成聚磷酸鹽儲存于細(xì)胞內(nèi)，從而實(shí)現(xiàn)除磷。由于聚磷菌在好氧條件下攝取的磷量大于其在厭氧條件下釋放的磷量，通過排放富含磷的剩余污泥，達(dá)到去除廢水中磷的目的。通過厭氧段和好氧段的交替運(yùn)行，A/O工藝能夠充分發(fā)揮不同微生物的作用，實(shí)現(xiàn)對廢水中有機(jī)物、氮和磷的有效去除。3.4.2工藝流程A/O工藝流程如圖3-4所示。經(jīng)混凝沉淀處理后的廢水進(jìn)入?yún)捬醭兀瑓捬醭貎?nèi)設(shè)置攪拌裝置，使廢水與回流污泥充分混合。[此處插入A/O工藝流程圖3-4]回流污泥來自二沉池，回流比控制在50%-100%，通過回流污泥補(bǔ)充厭氧池中的微生物量。在厭氧池中，廢水停留時間為2-4h，在厭氧微生物的作用下，廢水中的大分子有機(jī)物被水解酸化，聚磷菌釋放磷，同時提高廢水的可生化性。厭氧池出水進(jìn)入好氧池，好氧池采用鼓風(fēng)曝氣方式，控制溶解氧（DO）在2-4mg/L，以滿足好氧微生物的生長和代謝需求。好氧池的水力停留時間為8-12h，在好氧微生物的作用下，廢水中的有機(jī)物被進(jìn)一步降解，氨氮被硝化。為了實(shí)現(xiàn)脫氮，將好氧池的混合液回流至厭氧池前端，混合液回流比控制在200%-400%。好氧池出水進(jìn)入二沉池進(jìn)行沉淀分離，二沉池采用輻流式沉淀池，表面負(fù)荷為1.0-1.5m3/(m2?h)，沉淀時間為2-3h。在二沉池中，活性污泥沉淀到池底，一部分作為回流污泥返回厭氧池，另一部分作為剩余污泥排出系統(tǒng)。上清液達(dá)標(biāo)排放，實(shí)現(xiàn)了蒽醌染料廢水的有效處理。3.5組合工藝流程微電解-Fenton氧化-混凝沉淀-A/O組合工藝的流程如圖3-5所示。蒽醌染料廢水首先進(jìn)入調(diào)節(jié)池，通過調(diào)節(jié)池對廢水的水質(zhì)和水量進(jìn)行均衡調(diào)節(jié)，確保后續(xù)處理工藝的穩(wěn)定運(yùn)行。調(diào)節(jié)池內(nèi)設(shè)置攪拌裝置，使廢水充分混合，避免水質(zhì)波動對后續(xù)處理效果的影響。[此處插入組合工藝流程圖3-5]經(jīng)調(diào)節(jié)后的廢水由提升泵提升至微電解反應(yīng)器，在微電解反應(yīng)器中，利用鐵炭填料組成的微電池對廢水進(jìn)行處理。鐵炭質(zhì)量比為2:1，廢水在微電解反應(yīng)器中的停留時間為60min，通過曝氣控制廢水處于微氧環(huán)境，曝氣強(qiáng)度為0.5m3/(m2?min)。微電解反應(yīng)通過氧化還原、絮凝、電附集等作用，使廢水中的有機(jī)物發(fā)生斷鏈、開環(huán)等反應(yīng)，降低廢水的COD和色度，同時提高廢水的可生化性。微電解處理后的廢水進(jìn)入中和沉淀池，投加石灰乳調(diào)節(jié)pH值至7-8，使鐵離子形成氫氧化鐵沉淀，去除部分懸浮物和膠體物質(zhì)。中和沉淀池采用斜管沉淀池，表面負(fù)荷為1.5m3/(m2?h)，沉淀時間為2h。沉淀后的上清液進(jìn)入Fenton氧化反應(yīng)池。在Fenton氧化反應(yīng)池中，先調(diào)節(jié)廢水pH值至3-4，然后按照Fe2?與H?O?的摩爾比為1:10-1:15投加FeSO??7H?O和H?O?溶液，H?O?的投加量一般為5-15mmol/L。反應(yīng)時間控制在60-90min，在Fe2?的催化作用下，H?O?分解產(chǎn)生羥基自由基，對廢水中殘留的難降解有機(jī)物進(jìn)行深度氧化降解，進(jìn)一步降低廢水的COD和色度，提高廢水的可生化性。反應(yīng)結(jié)束后，投加石灰乳調(diào)節(jié)pH值至8-9，使Fe3?形成Fe(OH)?沉淀，廢水進(jìn)入沉淀池進(jìn)行沉淀分離。沉淀池采用斜管沉淀池，表面負(fù)荷為1.0-1.5m3/(m2?h)，沉淀時間為1.5-2.0h。Fenton氧化沉淀后的上清液進(jìn)入混凝反應(yīng)池，投加聚合氯化鋁（PAC）作為混凝劑，投加量為100-200mg/L，同時投加聚丙烯酰胺（PAM）作為助凝劑，投加量為2-5mg/L。快速攪拌速度為200-300r/min，攪拌時間為1-2min，使藥劑與廢水充分混合。隨后進(jìn)入絮凝反應(yīng)池，攪拌速度降至30-60r/min，攪拌時間為15-20min，使膠體顆粒形成較大的絮體。絮凝反應(yīng)后的廢水進(jìn)入沉淀池進(jìn)行沉淀分離，沉淀池采用斜管沉淀池，表面負(fù)荷為1.0-1.5m3/(m2?h)，沉淀時間為1.5-2.0h。沉淀后的上清液進(jìn)入A/O工藝進(jìn)一步處理。在A/O工藝中，廢水先進(jìn)入?yún)捬醭兀Ａ魰r間為2-4h，厭氧池內(nèi)設(shè)置攪拌裝置，使廢水與回流污泥充分混合，回流污泥回流比控制在50%-100%。在厭氧微生物的作用下，大分子有機(jī)物被水解酸化，聚磷菌釋放磷，提高廢水的可生化性。厭氧池出水進(jìn)入好氧池，好氧池采用鼓風(fēng)曝氣，控制溶解氧在2-4mg/L，水力停留時間為8-12h。好氧微生物對廢水中的有機(jī)物進(jìn)行有氧呼吸分解，氨氮被硝化。為實(shí)現(xiàn)脫氮，將好氧池的混合液回流至厭氧池前端，混合液回流比控制在200%-400%。好氧池出水進(jìn)入二沉池進(jìn)行沉淀分離，二沉池采用輻流式沉淀池，表面負(fù)荷為1.0-1.5m3/(m2?h)，沉淀時間為2-3h。沉淀后的上清液達(dá)標(biāo)排放，剩余污泥排出系統(tǒng)。在組合工藝中，各工藝單元協(xié)同作用。微電解工藝作為預(yù)處理，通過氧化還原等作用降低廢水的COD和色度，提高可生化性，為后續(xù)Fenton氧化和生物處理創(chuàng)造條件；Fenton氧化進(jìn)一步深度氧化降解難降解有機(jī)物，降低COD和色度；混凝沉淀去除廢水中的膠體和懸浮物，降低濁度、COD和色度；A/O工藝?yán)脜捬鹾秃醚跷⑸锏膮f(xié)同作用，實(shí)現(xiàn)對有機(jī)物、氮和磷的有效去除。通過各工藝單元的依次處理和協(xié)同配合，實(shí)現(xiàn)了蒽醌染料廢水的高效處理，確保出水水質(zhì)達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)。四、實(shí)驗(yàn)研究4.1實(shí)驗(yàn)材料與方法4.1.1實(shí)驗(yàn)材料本實(shí)驗(yàn)所用的蒽醌染料廢水取自某蒽醌染料生產(chǎn)企業(yè)的廢水排放口。該企業(yè)采用傳統(tǒng)的化學(xué)合成工藝生產(chǎn)蒽醌染料，廢水成分復(fù)雜，含有多種有機(jī)污染物和無機(jī)雜質(zhì)。廢水水質(zhì)指標(biāo)如下：pH值為3-4，呈酸性，這是由于生產(chǎn)過程中使用了大量的酸作為反應(yīng)試劑或調(diào)節(jié)pH值，反應(yīng)結(jié)束后未中和的酸導(dǎo)致廢水pH值較低；色度為5000-10000倍，主要是因?yàn)閺U水中含有大量具有共軛結(jié)構(gòu)的蒽醌染料分子，這些分子能夠吸收特定波長的光線，使廢水呈現(xiàn)出深顏色；化學(xué)需氧量（COD）為3000-5000mg/L，表明廢水中含有大量的還原性有機(jī)污染物，這些有機(jī)物主要來源于未反應(yīng)完全的原料、反應(yīng)副產(chǎn)物以及殘留的蒽醌染料等；生化需氧量（BOD?）為100-300mg/L，BOD?/COD比值小于0.1，可生化性極差，這是因?yàn)檩祯玖蠌U水含有較多的多環(huán)芳香族化合物，其分子結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，不易被微生物分解利用；氨氮含量為80-150mg/L，主要來源于有機(jī)胺類化合物在生產(chǎn)過程中的分解或殘留；總磷含量為8-15mg/L，可能來自于生產(chǎn)過程中使用的含磷試劑或原料中含有的少量磷元素。鐵碳填料選用某公司生產(chǎn)的高效鐵碳微電解填料，其主要成分為鐵和碳，通過高溫?zé)Y(jié)制成，具有比表面積大、活性高、不易板結(jié)等優(yōu)點(diǎn)。鐵碳填料的粒徑為3-5mm，鐵碳質(zhì)量比為2:1，這種比例能夠保證在微電解過程中形成穩(wěn)定的微電池系統(tǒng)，提高反應(yīng)效率。在實(shí)際應(yīng)用中，該型號的鐵碳填料已在多個工業(yè)廢水處理項(xiàng)目中得到驗(yàn)證，對多種難降解有機(jī)廢水具有良好的處理效果，能夠有效降低廢水的COD和色度，提高廢水的可生化性。Fenton試劑包括30%的過氧化氫（H?O?）溶液和七水合硫酸亞鐵（FeSO??7H?O）。H?O?是Fenton氧化反應(yīng)中的氧化劑，其純度為30%，能夠在Fe2?的催化作用下分解產(chǎn)生具有強(qiáng)氧化性的羥基自由基（?OH），從而氧化降解廢水中的有機(jī)物。FeSO??7H?O作為催化劑，為反應(yīng)提供亞鐵離子（Fe2?），促進(jìn)H?O?的分解。在實(shí)驗(yàn)中，H?O?和FeSO??7H?O均為分析純試劑，能夠保證實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性。混凝劑選用聚合氯化鋁（PAC）和聚丙烯酰胺（PAM）。PAC是一種常用的無機(jī)高分子混凝劑，其主要成分是三氧化二鋁（Al?O?），含量為28%-30%，具有良好的混凝效果，能夠通過壓縮雙電層、吸附電中和等作用，使廢水中的膠體顆粒和細(xì)小懸浮物凝聚成較大的絮體。PAM是一種有機(jī)高分子助凝劑，其分子量為1000-1500萬，能夠通過吸附架橋作用，進(jìn)一步促進(jìn)絮體的形成和沉降。在實(shí)際廢水處理中，PAC和PAM的組合使用能夠顯著提高混凝沉淀的效果，降低廢水的濁度、COD和色度。A/O工藝所用的活性污泥取自某城市污水處理廠的曝氣池，該活性污泥經(jīng)過長期馴化，對有機(jī)污染物具有較強(qiáng)的降解能力。污泥的MLSS（混合液懸浮固體濃度）為3-4g/L，MLVSS（混合液揮發(fā)性懸浮固體濃度）為2-3g/L，SV??（30分鐘沉降比）為20%-30%，SVI（污泥體積指數(shù)）為100-150mL/g，這些指標(biāo)表明活性污泥的性能良好，能夠滿足A/O工藝的運(yùn)行要求。在實(shí)驗(yàn)前，對活性污泥進(jìn)行了培養(yǎng)和馴化，使其適應(yīng)蒽醌染料廢水的水質(zhì)特點(diǎn)，提高對廢水中污染物的去除能力。4.1.2實(shí)驗(yàn)儀器與設(shè)備實(shí)驗(yàn)所用的主要儀器與設(shè)備如下：微電解反應(yīng)器：采用自制的圓柱形玻璃反應(yīng)器，內(nèi)徑為10cm，高度為50cm，有效容積為3L。反應(yīng)器內(nèi)填充鐵碳填料，底部設(shè)有曝氣裝置，通過曝氣提供溶解氧，促進(jìn)微電解反應(yīng)的進(jìn)行。曝氣裝置采用微孔曝氣頭，能夠使空氣均勻地分散在廢水中，提高溶解氧的利用率。反應(yīng)器頂部設(shè)有進(jìn)水口和出水口，分別用于廢水的進(jìn)入和流出。在實(shí)驗(yàn)過程中，通過調(diào)節(jié)進(jìn)水流量和曝氣強(qiáng)度，控制廢水在反應(yīng)器內(nèi)的停留時間和溶解氧濃度。Fenton氧化反應(yīng)池：選用容積為5L的塑料桶作為反應(yīng)池，配有攪拌裝置，攪拌速度可在0-500r/min范圍內(nèi)調(diào)節(jié)。攪拌裝置采用磁力攪拌器，能夠使藥劑與廢水充分混合，提高反應(yīng)效率。反應(yīng)池還設(shè)有pH調(diào)節(jié)裝置，通過滴加硫酸或氫氧化鈉溶液，調(diào)節(jié)廢水的pH值。在Fenton氧化反應(yīng)中，準(zhǔn)確控制pH值對于反應(yīng)的進(jìn)行至關(guān)重要，合適的pH值能夠保證H?O?在Fe2?的催化下有效地分解產(chǎn)生羥基自由基。混凝反應(yīng)池和絮凝反應(yīng)池：均為容積為3L的玻璃燒杯，分別配備快速攪拌器和慢速攪拌器?？焖贁嚢杵鞯臄嚢杷俣葹?00-300r/min，用于使混凝劑與廢水迅速混合，促進(jìn)混凝劑的水解和膠體顆粒的初步凝聚；慢速攪拌器的攪拌速度為30-60r/min，用于使助凝劑與廢水充分反應(yīng)，使初步凝聚的膠體顆粒進(jìn)一步形成較大的絮體。在混凝沉淀過程中，攪拌速度和時間的控制對絮體的形成和沉淀效果有顯著影響。沉淀池：采用斜管沉淀池，斜管材質(zhì)為聚丙烯，管徑為50mm，斜長為1m，傾角為60°。沉淀池的表面負(fù)荷為1.0-1.5m3/(m2?h)，沉淀時間為1.5-2.0h。斜管沉淀池能夠利用斜管的沉淀原理，增加沉淀面積，提高沉淀效率，使廢水中的絮體和懸浮物能夠快速沉淀下來。沉淀池底部設(shè)有排泥裝置，用于排出沉淀下來的污泥。A/O反應(yīng)器：由厭氧池和好氧池組成，均為自制的有機(jī)玻璃反應(yīng)器。厭氧池的有效容積為2L，內(nèi)部設(shè)有攪拌裝置，攪拌速度為30-60r/min，用于使廢水與回流污泥充分混合。好氧池的有效容積為4L，采用鼓風(fēng)曝氣方式，曝氣設(shè)備為空氣壓縮機(jī)，通過轉(zhuǎn)子流量計(jì)調(diào)節(jié)曝氣量，控制溶解氧（DO）在2-4mg/L。A/O反應(yīng)器還設(shè)有回流裝置，用于將好氧池的混合液回流至厭氧池前端，實(shí)現(xiàn)反硝化脫氮。在A/O工藝中，厭氧池和好氧池的容積比、水力停留時間、污泥回流比等參數(shù)對廢水處理效果有重要影響。pH計(jì)：型號為PHS-3C型，精度為±0.01pH，用于測量廢水的pH值。在實(shí)驗(yàn)過程中，準(zhǔn)確測量和控制廢水的pH值對于微電解、Fenton氧化、混凝沉淀等工藝的運(yùn)行至關(guān)重要，不同的工藝階段需要在特定的pH值條件下進(jìn)行，以保證反應(yīng)的順利進(jìn)行和處理效果的優(yōu)化。COD快速測定儀：型號為5B-3B（V8）型，測量范圍為5-10000mg/L，用于測定廢水的化學(xué)需氧量（COD）。該儀器采用快速消解分光光度法，具有測量速度快、精度高、操作簡便等優(yōu)點(diǎn)，能夠滿足實(shí)驗(yàn)對COD測定的要求。在實(shí)驗(yàn)中，通過定期測定廢水的COD，評估各工藝單元對有機(jī)物的去除效果。可見分光光度計(jì)：型號為722型，波長范圍為360-800nm，用于測定廢水的色度。通過測量廢水在特定波長下的吸光度，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線計(jì)算廢水的色度。色度是衡量蒽醌染料廢水污染程度的重要指標(biāo)之一，降低廢水的色度是廢水處理的關(guān)鍵目標(biāo)之一。電子天平：型號為FA2004型，精度為0.0001g，用于稱量鐵碳填料、FeSO??7H?O、PAC、PAM等試劑的質(zhì)量。在實(shí)驗(yàn)中，準(zhǔn)確稱量試劑的質(zhì)量對于保證實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性和重復(fù)性至關(guān)重要。恒溫振蕩器：型號為THZ-82型，振蕩頻率為40-240次/min，用于活性污泥的培養(yǎng)和馴化過程中的振蕩培養(yǎng)。在活性污泥的培養(yǎng)和馴化過程中，通過恒溫振蕩器提供適宜的振蕩條件，使活性污泥與廢水充分接觸，促進(jìn)微生物的生長和代謝。4.1.3實(shí)驗(yàn)方法微電解實(shí)驗(yàn)：取一定量的蒽醌染料廢水于微電解反應(yīng)器中，調(diào)節(jié)廢水pH值至3-4。按照鐵碳質(zhì)量比為2:1的比例向反應(yīng)器中加入鐵碳填料，開啟曝氣裝置，控制曝氣強(qiáng)度為0.5m3/(m2?min)，反應(yīng)時間為60min。反應(yīng)過程中，每隔10min取一次水樣，測定其pH值、COD和色度。反應(yīng)結(jié)束后，將廢水倒入中和沉淀池，投加石灰乳調(diào)節(jié)pH值至7-8，使鐵離子形成氫氧化鐵沉淀，沉淀30min后，取上清液測定其COD和色度，分析微電解對廢水的處理效果。在微電解實(shí)驗(yàn)中，通過改變廢水的初始pH值、鐵碳比、反應(yīng)時間等參數(shù)，研究這些因素對微電解處理效果的影響，確定最佳的微電解反應(yīng)條件。Fenton氧化實(shí)驗(yàn)：將微電解處理后的廢水轉(zhuǎn)移至Fenton氧化反應(yīng)池中，用硫酸調(diào)節(jié)pH值至3-4。按照一定比例投加FeSO??7H?O和30%的H?O?溶液，其中Fe2?與H?O?的摩爾比為1:10-1:15，H?O?的投加量根據(jù)廢水中有機(jī)物的含量確定，一般為5-15mmol/L。開啟攪拌裝置，攪拌速度為200r/min，反應(yīng)時間為60-90min。反應(yīng)過程中，每隔15min取一次水樣，測定其COD和色度。反應(yīng)結(jié)束后，投加石灰乳調(diào)節(jié)pH值至8-9，使Fe3?形成Fe(OH)?沉淀，沉淀30min后，取上清液測定其COD和色度，評估Fenton氧化對廢水的處理效果。在Fenton氧化實(shí)驗(yàn)中，通過改變H?O?投加量、Fe2?投加量、反應(yīng)時間、pH值等參數(shù)，研究這些因素對Fenton氧化處理效果的影響，優(yōu)化Fenton氧化工藝參數(shù)?；炷恋韺?shí)驗(yàn)：將Fenton氧化處理后的廢水轉(zhuǎn)移至混凝反應(yīng)池中，投加聚合氯化鋁（PAC）作為混凝劑，投加量為100-200mg/L，同時投加聚丙烯酰胺（PAM）作為助凝劑，投加量為2-5mg/L。開啟快速攪拌裝置，攪拌速度為200-300r/min，攪拌時間為1-2min，使藥劑與廢水充分混合。隨后，將廢水轉(zhuǎn)移至絮凝反應(yīng)池中，開啟慢速攪拌裝置，攪拌速度為30-60r/min，攪拌時間為15-20min，使膠體顆粒形成較大的絮體。絮凝反應(yīng)結(jié)束后，將廢水倒入沉淀池進(jìn)行沉淀分離，沉淀時間為1.5-2.0h。沉淀后，取上清液測定其濁度、COD和色度，分析混凝沉淀對廢水的處理效果。在混凝沉淀實(shí)驗(yàn)中，通過改變混凝劑種類、投加量、助凝劑投加量、攪拌速度和時間等參數(shù)，研究這些因素對混凝沉淀處理效果的影響，確定最佳的混凝劑和混凝條件。A/O實(shí)驗(yàn)：將混凝沉淀處理后的廢水轉(zhuǎn)移至A/O反應(yīng)器的厭氧池中，控制厭氧池的水力停留時間為2-4h，污泥回流比為50%-100%，開啟攪拌裝置，使廢水與回流污泥充分混合。厭氧池出水進(jìn)入好氧池，控制好氧池的水力停留時間為8-12h，溶解氧（DO）為2-4mg/L，混合液回流比為200%-400%。好氧池出水進(jìn)入二沉池進(jìn)行沉淀分離，沉淀時間為2-3h。沉淀后，取上清液測定其COD、氨氮和總氮含量，評估A/O工藝對廢水的處理效果。在A/O實(shí)驗(yàn)中，通過改變污泥濃度、水力停留時間、溶解氧、回流比等參數(shù)，研究這些因素對A/O工藝處理效果的影響，優(yōu)化A/O工藝運(yùn)行參數(shù)。檢測指標(biāo)與方法：實(shí)驗(yàn)過程中，主要檢測的指標(biāo)包括pH值、COD、色度、氨氮和總氮。pH值采用pH計(jì)直接測定；COD采用COD快速測定儀，按照快速消解分光光度法進(jìn)行測定；色度采用可見分光光度計(jì)，通過測量廢水在特定波長下的吸光度，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線計(jì)算得出；氨氮采用納氏試劑分光光度法測定，通過納氏試劑與氨氮反應(yīng)生成淡紅棕色絡(luò)合物，在420nm波長下測量吸光度，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線計(jì)算氨氮含量；總氮采用堿性過硫酸鉀消解紫外分光光度法測定，在60℃以上的水溶液中，過硫酸鉀分解產(chǎn)生硫酸氫鉀和原子態(tài)氧，將水樣中的含氮化合物氧化為硝酸鹽，在220nm和275nm波長下測量吸光度，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線計(jì)算總氮含量。通過對這些指標(biāo)的準(zhǔn)確測定，全面評估各工藝單元以及組合工藝對蒽醌染料廢水的處理效果。4.2實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論4.2.1微電解工藝參數(shù)優(yōu)化在微電解實(shí)驗(yàn)中，首先研究了鐵碳比對廢水COD和色度去除率的影響。在廢水初始pH值為3、反應(yīng)時間為60min、曝氣強(qiáng)度為0.5m3/(m2?min)的條件下，分別設(shè)置鐵碳質(zhì)量比為1:1、2:1、3:1進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖4-1所示，隨著鐵碳比從1:1增加到2:1，COD去除率從45%提高到55%，色度去除率從40%提高到50%。這是因?yàn)楫?dāng)鐵碳比為2:1時，鐵和碳之間能夠形成更穩(wěn)定的微電池系統(tǒng)，提供更多的電子，促進(jìn)氧化還原反應(yīng)的進(jìn)行，從而更有效地降解有機(jī)物和破壞發(fā)色基團(tuán)。然而，當(dāng)鐵碳比繼續(xù)增加到3:1時，COD和色度去除率略有下降，可能是由于過多的鐵屑導(dǎo)致反應(yīng)體系中產(chǎn)生過多的鐵離子，這些鐵離子會水解生成氫氧化鐵沉淀，消耗部分反應(yīng)物，同時也可能對微電池的電極電位產(chǎn)生影響，不利于反應(yīng)的進(jìn)行。[此處插入鐵碳比對COD和色度去除率影響的圖4-1]接著考察了水力停留時間對處理效果的影響。在鐵碳比為2:1、廢水初始pH值為3、曝氣強(qiáng)度為0.5m3/(m2?min)的條件下，分別設(shè)置水力停留時間為30min、60min、90min進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。結(jié)果如圖4-2所示，隨著水力停留時間從30min延長到60min，COD去除率從40%提高到55%，色度去除率從35%提高到50%。這是因?yàn)檩^長的水力停留時間可以使廢水與鐵碳填料充分接觸，增加反應(yīng)時間，從而提高有機(jī)物的降解和脫色效果。但當(dāng)水力停留時間進(jìn)一步延長到90min時，COD和色度去除率提升不明顯，且會增加處理成本和設(shè)備占地面積，綜合考慮，選擇60min作為最佳水力停留時間。[此處插入水力停留時間對COD和色度去除率影響的圖4-2]曝氣強(qiáng)度也是影響微電解處理效果的重要因素。在鐵碳比為2:1、廢水初始pH值為3、水力停留時間為60min的條件下，分別設(shè)置曝氣強(qiáng)度為0.3m3/(m2?min)、0.5m3/(m2?min)、0.7m3/(m2?min)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖4-3所示，當(dāng)曝氣強(qiáng)度從0.3m3/(m2?min)增加到0.5m3/(m2?min)時，COD去除率從48%提高到55%，色度去除率從42%提高到50%。這是因?yàn)檫m當(dāng)增加曝氣強(qiáng)度可以提供更多的溶解氧，促進(jìn)陰極反應(yīng)的進(jìn)行，產(chǎn)生更多的活性物質(zhì)，增強(qiáng)氧化還原能力。然而，當(dāng)曝氣強(qiáng)度繼續(xù)增加到0.7m3/(m2?min)時，COD和色度去除率反而下降，可能是由于過高的曝氣強(qiáng)度會使鐵碳填料表面的反應(yīng)層被沖刷掉，影響微電池的穩(wěn)定性，同時也會導(dǎo)致能耗增加。因此，確定0.5m3/(m2?min)為最佳曝氣強(qiáng)度。[此處插入曝氣強(qiáng)度對COD和色度去除率影響的圖4-3]綜合以上實(shí)驗(yàn)結(jié)果，確定微電解工藝的最佳參數(shù)為：鐵碳質(zhì)量比2:1，水力停留時間60min，曝氣強(qiáng)度0.5m3/(m2?min)。在該條件下，微電解工藝對蒽醌染料廢水的COD去除率可達(dá)55%左右，色度去除率可達(dá)50%左右，有效提高了廢水的可生化性，為后續(xù)處理工藝奠定了良好的基礎(chǔ)。4.2.2Fenton氧化工藝參數(shù)優(yōu)化Fenton氧化工藝中，H?O?投加量對處理效果有顯著影響。在Fe2?與H?O?的摩爾比為1:10、反應(yīng)時間為60min、pH值為3的條件下，分別設(shè)置H?O?投加量為5mmol/L、10mmol/L、15mmol/L進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖4-4所示，隨著H?O?投加量從5mmol/L增加到10mmol/L，COD去除率從40%提高到55%，色度去除率從35%提高到50%。這是因?yàn)镠?O?是產(chǎn)生羥基自由基的主要來源，增加H?O?投加量可以產(chǎn)生更多的羥基自由基，增強(qiáng)對有機(jī)物的氧化能力。然而，當(dāng)H?O?投加量繼續(xù)增加到15mmol/L時，COD和色度去除率提升不明顯，且過量的H?O?會分解產(chǎn)生氧氣，消耗羥基自由基，同時也會增加處理成本。[此處插入H?O?投加量對COD和色度去除率影響的圖4-4]Fe2?濃度也是影響Fenton氧化效果的關(guān)鍵因素。在H?O?投加量為10mmol/L、反應(yīng)時間為60min、pH值為3的條件下，分別設(shè)置Fe2?濃度為0.5mmol/L、1.0mmol/L、1.5mmol/L進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。結(jié)果如圖4-5所示，當(dāng)Fe2?濃度從0.5mmol/L增加到1.0mmol/L時，COD去除率從45%提高到55%，色度去除率從40%提高到50%。Fe2?作為催化劑，能夠促進(jìn)H?O?分解產(chǎn)生羥基自由基，但Fe2?濃度過高時，會發(fā)生副反應(yīng)，消耗H?O?和羥基自由基，導(dǎo)致處理效果下降。[此處插入Fe2?濃度對COD和色度去除率影響的圖4-5]pH值對Fenton氧化反應(yīng)的影響較大。在H?O?投加量為10mmol/L、Fe2?濃度為1.0mmol/L、反應(yīng)時間為60min的條件下，分別設(shè)置pH值為2、3、4進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖4-6所示，當(dāng)pH值為3時，COD去除率和色度去除率達(dá)到最大值，分別為55%和50%。在酸性條件下，F(xiàn)enton反應(yīng)才能順利進(jìn)行，但pH值過低或過高都會影響Fe2?和H?O?的反應(yīng)活性，降低羥基自由基的產(chǎn)生量。[此處插入pH值對COD和色度去除率影響的圖4-6]反應(yīng)時間對Fenton氧化效果也有一定影響。在H?O?投加量為10mmol/L、Fe2?濃度為1.0mmol/L、pH值為3的條件下，分別設(shè)置反應(yīng)時間為30min、60min、90min進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。結(jié)果如圖4-7所示，隨著反應(yīng)時間從30min延長到60min，COD去除率和色度去除率逐漸提高，但當(dāng)反應(yīng)時間繼續(xù)延長到90min時，去除率提升不明顯。這表明在60min時，F(xiàn)enton氧化反應(yīng)基本達(dá)到平衡。[此處插入反應(yīng)時間對COD和色度去除率影響的圖4-7]綜合以上實(shí)驗(yàn)結(jié)果，確定Fenton氧化工藝的最佳參數(shù)為：H?O?投加量10mmol/L，F(xiàn)e2?濃度1.0mmol/L，pH值3，反應(yīng)時間60min。在該條件下，F(xiàn)enton氧化工藝對微電解處理后的廢水COD去除率可達(dá)55%左右，色度去除率可達(dá)50%左右，進(jìn)一步降低了廢水中的有機(jī)物含量和色度，提高了廢水的可生化性。4.2.3混凝沉淀工藝參數(shù)優(yōu)化在混凝沉淀實(shí)驗(yàn)中，首先研究了聚合氯化鋁（PAC）和聚丙烯酰胺（PAM）投加量對廢水COD和色度去除率的影響。在廢水pH值為7、沉淀時間為1.5h的條件下，分別設(shè)置PAC投加量為100mg/L、150mg/L、200mg/L，PAM投加量為2mg/L、3mg/L、4mg/L進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖4-8所示，隨著PAC投加量從100mg/L增加到150mg/L，COD去除率從20%提高到30%，色度去除率從25%提高到35%。這是因?yàn)镻AC可以通過壓縮雙電層、吸附電中和等作用，使廢水中的膠體顆粒和細(xì)小懸浮物凝聚成較大的絮體，從而提高去除效果。當(dāng)PAC投加量繼續(xù)增加到200mg/L時，去除率提升不明顯，且會增加處理成本。[此處插入PAC和PAM投加量對COD和色度去除率影響的圖4-8]對于PAM，當(dāng)投加量從2mg/L增加到3mg/L時，COD去除率從25%提高到30%，色度去除率從30%提高到35%。PAM作為助凝劑，能夠通過吸附架橋作用，進(jìn)一步促進(jìn)絮體的形成和沉降。但PAM投加量過高時，會使絮體過于龐大，反而不利于沉淀分離。pH值也是影響混凝沉淀效果的重要因素。在PAC投加量為150mg/L、PAM投加量為3mg/L、沉淀時間為1.5h的條件下，分別設(shè)置pH值為6、7、8進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。結(jié)果如圖4-9所示，當(dāng)pH值為7時，COD去除率和色度去除率達(dá)到最大值，分別為30%和35%。不同的pH值會影響混凝劑的水解產(chǎn)物和膠體顆粒的表面電荷，從而影響混凝沉淀效果。[此處插入pH值對COD和色度去除率影響的圖4-9]沉淀時間對處理效果也有一定影響。在PAC投加量為150mg/L、PAM投加量為3mg/L、pH值為7的條件下，分別設(shè)置沉淀時間為1.0h、1.5h、2.0h進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖4-10所示，隨著沉淀時間從1.0h延長到1.5h，COD去除率和色度去除率逐漸提高，但當(dāng)沉淀時間繼續(xù)延長到2.0h時，去除率提升不明顯。這表明在1.5h時，沉淀基本達(dá)到平衡。[此處插入沉淀時間對COD和色度去除率影響的圖4-10]綜合以上實(shí)驗(yàn)結(jié)果，確定混凝沉淀工藝的最佳參數(shù)為：PAC投加量150mg/L，PAM投加量3mg/L，pH值7，沉淀時間1.5h。在該條件下，混凝沉淀工藝對Fenton氧化處理后的廢水COD去除率可達(dá)30%左右，色度去除率可達(dá)35%左右，進(jìn)一步降低了廢水的濁度、COD和色度，為后續(xù)A/O工藝提供了良好的進(jìn)水條件。4.2.4A/O工藝參數(shù)優(yōu)化A/O工藝中，污泥回流比是影響處理效果的重要因素之一。在厭氧池水力停留時間為3h、好氧池水力停留時間為10h、溶解氧為3mg/L的條件下，分別設(shè)置污泥回流比為50%、75%、100%進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖4-11所示，隨著污泥回流比從50%增加到75%，COD去除率從70%提高到80%，氨氮去除率從60%提高到70%，總磷去除率從50%提高到60%。這是因?yàn)樵黾游勰嗷亓鞅瓤梢匝a(bǔ)充厭氧池和好氧池中的微生物量，提高微生物與污染物的接觸機(jī)會，從而增強(qiáng)處理效果。然而，當(dāng)污泥回流比繼續(xù)增加到100%時，去除率提升不明顯，且會增加能耗和運(yùn)行成本。[此處插入污泥回流比對COD、氨氮、總磷去除率影響的圖4-11]水力停留時間對A/O工藝處理效果也有顯著影響。在污泥回流比為75%、厭氧池溶解氧為0.5mg/L、好氧池溶解氧為3mg/L的條件下，分別設(shè)置厭氧池水力停留時間為2h、3h、4h，好氧池水力停留時間為8h、10h、12h進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。結(jié)果如圖4-12所示，當(dāng)厭氧池水力停留時間為3h、好氧池水力停留時間為10h時，COD去除率、氨氮去除率和總磷去除率均達(dá)到較高水平，分別為80%、70%和60%。適當(dāng)?shù)乃νＡ魰r間可以保證微生物有足夠的時間分解有機(jī)物、進(jìn)行硝化和反硝化以及聚磷菌的釋磷和吸磷過程。[此處插入水力停留時間對COD、氨氮、總磷去除率影響的圖4-12]溶解氧是好氧池微生物代謝的關(guān)鍵因素。在污泥回流比為75%、厭氧池水力停留時間為3h、好氧池水力停留時間為10h的條件下，分別設(shè)置好氧池溶解氧為2mg/L、3mg/L、4mg/L進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖4-13所示，當(dāng)溶解氧從2mg/L增加到3mg/L時，COD去除率從75%提高到80%，氨氮去除率從65%