湘西自治州某制药有限公司是生产中药提取物、中成药和中药制剂的中药专业生产厂。工厂废水主要来自原药箭汁与提取的工艺残液、工艺设备和管道冲洗废水及车间地面冲洗水等;由于工艺生产为非连续操作,废水的水质和水量变化大,废水中含有各种天然有机污染物,且因在不同时期生产不同的中药提取物而导致废水水质出现较大的差异;其主要成分大多含有木质素、色素、生物碱、甙、多糖、蹂质、蒽醌类物质及其它水解产物等污染物,废水中污染物的浓度较高。工厂废水的水质水量见表1。

        本工程污水的BOD/COD介于0.10～0.15之间,属不易生化的有机废水,直接采用生化处理的难度很大。必须考虑采用其它的预处理方法以改善废水
的可生化性。根据染料工业和其它工业废水处理的经验,在弱酸性条件下,采用铁屑还原法对工程废水进行预处理。

        当将铁屑和少量的惰性焦碳颗粒浸于电解质溶液中时,在少量氧气的作用下就会形成具有无数个微小的原电池;在电极电位较低的铁阳极,铁失去电子生成Fe2+进入溶液中,惰性的焦碳则使溶液中的溶解氧吸收电子生成OH-、在酸性溶液中阴极还会产生析氢反应而产生氢气,其电极反应如下:

        阳极:Fe-2e→Fe2+
        EO(Fe/Fe2+)=0.44V
        阴极:2H++2e→2[H]→H2
        EO(H+/H2)=0.00V
        O2+H2O+4e→4OH-
        EO(O2/OH-)=0.41V

        从以上的电极反应可知,由于Fe2+的不断生成,能有效的克服阳极的极化,从而形成具有较高吸附活性的絮凝剂,以去除废水中的颗粒态和胶态杂质;阴极反应所产生的新生态[H]能与溶液中的许多组分发生化学反应并破坏有机物质的发色基团,达到使有机物断链和脱色的目的。由此可见,铁屑还原法处理废水的机理是氧化还原、中和絮凝、吸附沉淀和化学反应综合作用的结果。不易生化的有机废水在经过铁屑还原法处理后,其BOD/COD将会显著提高,极大地提高了废水的可生化性,同时可去除较多的有机杂质并脱色。同时,氢氧化铁的沉淀会吸附大量的生物污泥,这种污泥逐步驯化而形成具有特殊结构的生物铁污泥,由于这种结构紧密的团粒状污泥具有良好的沉降性能,因而曝气池可以维持很高的活性污泥浓度,提高了单位池容的处理能力。

        铁屑还原池:设计铁屑还原池有效容积为45m3,(名义停留时间)HRT=6 h、反应时间TE=3h;主体尺寸5.2m×2.5m×4.5m,铁屑填料高=2.0m,采用钢结构承托,穿孔UPVC板支撑;系统设计气水比=3:1～5:1。还原池采用钢筋砼结构,池内壁采用环氧类涂料防腐。

        工艺流程

        经铁屑还原池处理过的废水，不仅可去除40%以上的CODcr;还可显著提高废水的可生化性,其BOD/COD将由0.1～0.15提高到0.30以上,为后续的生化处理提供了稳定的水质。

        该系统后续用UASB+SBR反应器生化处理,效果稳定,未出现过系统堵塞现象,UASB反应器和SBR反应器内颗粒污泥形成良好,未出现污泥膨胀和其它不良运行工况。系统半年来的运行结果统计表见表2。