毕业论文——高浓度钠盐纤维素醚生产废水处理工艺设计.doc

前言中国经济的粗放式的高速发展，使得环境问题不断恶化。有报告表示在中国接近一半的城市中，有50%的城市污水未经处理就直接排入海洋。因此，面对日益恶化的环境问题，中国政府明确表示要积极倡导GDP绿色增长，着力转变经济发展方式，调整经济结构，努力提高经济增长质量和效益，使中国经济以更加高效、公平和环保的方式发展。2006年全国纤维素醚行业年会于10月22-24日在河北廊坊市召开，廊坊市副市长王会勇，廊坊市大成县委书记王相仁，县长朱建强出席会议并致辞。纤维素醚生产厂家35家，国内外设备制造厂家15家，原料生产厂家11家，国外公司驻华办事处4家，大专院校及科研单位3家共70家计120名代表参加了会议。会议认为：通过几年来的努力，纤维素醚企业在项目改造，创新，加强合作，缩短与国外差距方面进展迅速，行业越来越成熟，越来越壮大。会议针对目前在国内出现大上项目的现象，提醒吸取历史上一窝蜂上项目，重复落后的教训，一定要在对技术，市场，管理，人才等综合因素的通盘考量再作决策，防止上项目的过热现象，防止盲目上后的设备空置报废资金，资源的浪费情况。我国的非离子纤维素在产量及质量上也比前几年有很大的提高。目前主要在产品的应用开发上要下大的功夫。对三废治理，特别是对纤维素及纤维素醚生产中的废水处理应作为一重要工程来攻关。1.课题背景纤维素醚俗称“工业味精”，主要用在建筑、食品、医药、纺织、合成等行业，近几年发展甚为迅速。在其生产过程中所产生的废水具有CODCr浓度高、氯化盐浓度高、难于生物降解等特点。目前国内几十家纤维素醚生产企业废水排放量在2000万吨以上，废水排放量大、水体污染严重，对环境造成了严重的危害。国内外应用的技术不多，且不成熟，已建成的以耗氧处理工艺为主的工程，投资和处理成本高，废水实际处理率低 而对于纤维素醚类生产废水处理成功的实际工程经验较少。2纤维素醚的性质由纤维素制成的具有醚结构的高分子化合物。纤维素大分子中每个葡萄糖基环含有三个羟基，第六碳原子上的伯羟基，第二，三个碳原子上的仲羟基，羟基中的氢被羟基取代而生成纤维素醚类衍生物。是纤维素高分子中羟基的氢被羟基取代的生成物。纤维素是一种既不溶解也不熔融的多羟基高分子化合物。纤维素经醚化后则能溶于水，稀碱溶液和有机溶剂，并具有热塑性。根据取代基的化学结构分类，可分为阴离子，阳离子和非离子型醚类。随所用醚化剂的不同而有甲基纤维素，羧基纤维素，乙基纤维素，苄基纤维素，羟乙基纤维素，羟丙基纤维素，氰乙基纤维素，苄基氢乙基纤维素，羧甲基羟乙基纤维素和苄基纤维素等。以甲基纤维素和乙基纤维素实用性较大。经醚化后的纤维素醚溶解性能发生显著变化，可溶解于水，烯酸，稀碱或有机溶剂，溶解度主要取决于三个因素：（1）醚化过程中所引入基团的特性，引入的基团越大则溶解度越低，引入的集团极性越强，纤维素醚越易溶于水；（2）取代度与醚化基团在大分子中的分布情况。大多数纤维素醚只能在一定取代度条件下，才溶解于水，取代度在03之间；（3）纤维素醚的聚合度，聚合度越高越不易溶解；聚合度越低，能溶于水的取代度范围越宽。纤维素醚类品种繁多性能优良，广泛用于建筑，水泥，石油，食品，纺织，洗涤剂，涂料，医药，造纸及电子元件等工业。3.纤维素醚类生产废水的处理方法纤维素醚类生产废水是一类难降解和物质多的高浓度有机废水，随着纤维素醚类大规模的生产，以及国家环保政策的要求，人们就开始对纤维素醚生产废水的处理进行研究。从2O世纪初至今，人们对纤维素醚生产废水的处理研究不断深入细致。其处理有物化和生物两种途径，目前的工业处理设施多采用生物处理，或者物化法。3.1物化法3.1.1吸附法吸附法可作为高浓度有机废水经生物处理后的深度处理。该方法投资小，工艺简单、操作方便，易管理，较适宜对原有污水厂进行工艺改进。3.1.2膜分离法近几年，随着膜技术的进一步发展，将膜分离技术使用于纤维素醚类废水处理的例子越来越多。该技术的主要优势：设备简单、无相变、操作方便、无化学变化、节约能源和处理效率高。使用该技术对纤维素醚类废水进行浓缩分离的经济效益良好，并且物化处理还可以作为其他处理方式的前处理方式，可以减少废水中的生物抑制物质和降低水中的悬浮物，有利于废水的后续生物处理。但由于这些方法有些需要投加大量的化学药剂，导致处理成本高，操作复杂；有的大量生成副产品，处理不当还容易造成二次污染。3.2生物法3.2.1耗氧生物处理法纤维素醚类废水的耗氧处理法主要有SBR法、氧化沟法、深井曝气法及接触氧化法等。常用的耗氧技术法包含生物接触氧化、延时曝气、深井曝气、SBR等。纤维素醚类废水属于高浓度的有机废水，仅使用常规的耗氧生物处理难以承受CODCr高达10000mgL以上的废水。需要加入大量的清水或生活污水对纤维素醚类废水进行稀释处理，消耗较大的动力和资金投入.3.2.2厌氧生物处理法目前国内外主要是采用厌氧法处理高浓度的有机废水用于处理纤维素醚类废水的厌氧工艺包括：一体式厌氧污泥床、上流式厌氧污泥床(UASB)、厌氧复合床(UFB)、厌氧折流板反I 器(ABR)等。买文宁等将UBF和UASB进行对比试验结果表明：UBF具有反应液传质快、分离效果好、生物量大、生物种类多、处理效牢高和运行稳定性强的特征，是一种实用高效的反应器。ABR实际上是一种将多个UASB集于一体构造比UASB简单的多阶段两相反应器。PFox等使用ABR 工艺处 理CODCr初始浓度为20000mgL的废水，结果表明控制HIIT为24h，CODCr去除率为50。高浓度有机废水经厌氧处理后， 出水CODCr仍大于1000m L必须接耗氧生化处理以达到排放标准。3.2.3厌氧一耗氧法在实际的废水处理中，由于耗氧生物处 需大量的稀释水降低进水CODCr浓度，增加了基建费用以及动力消耗，而 氧处 刚由于CODCr进液浓度高，即使CODCr去除率较高，也会造成处 后出水CODCr超标，单独的耗氧处理或厌氧处 常常不能满足要求。因而厌氧一耗氧组合处理即成为纤维素醚废水的主要处理流程。厌氧耗氧组合工艺中，厌氧阶段的容积负荷高，抗冲击负简能力强，能够降低系统的基建费用，同时还可以回收沼气 。耗氧阶段的主要作用是进一步降低厌氧系统出水的各项指标，以达到排放标准。目前大部分采用的UASB+SBR工艺， 是在UASB反应器的顶部加设弹性立体填料，增大了接触面积，提高处理纤维素醚类生产废水的效率，运行稳定时UASB+SBR复合工艺CODCr的去除率达98以上，出水的各项指标均可以满足一级排放标准。3.2.4水解酸化一耗氧法经过厌氧处理后纤维素醚类生产废水剩下的主要为难降解有机物，从而导致后续耗氧生物处理阶段的CODCr去除率较低，且需要较长的处理时间，耗费了更多的运行费用。因此近年来人们开始尝试以厌氧水解酸化取代厌氧发酵。水解酸化是一种不彻底的有机物厌氧转化过程，能大量降解废水中的CODCr(通常为20 30)，其作用在于可以将复杂的不溶性高分子有机物经过水解和产酸，进而转化为具有溶解性的简单低分子有机物，改善废水的可生化性。水解酸化菌为兼性厌氧菌和专性厌氧菌群，种类很多，这种菌计世代时间短、增殖快、代谢能力强，对温度、有机负荷的适麻性邡强于产甲烷菌。在反应器中利用水流的淘汰作用，将厌氧反应器控制在产酸阶段，能够降低厌氧反应时间及控制反 温度所斋的能耗。所以，水解酸化经常作为其他耗氧工艺的预处理方法。3.2.5生物强化技术传统的生物处理工艺由于活性污泥中杂菌多需要消耗较多的氧与养料，抑制了正常细菌的生长和作用发挥。为克服以上f 足，以纤维素醚废水为底物，筛选出降解高浓度纤维索醚生产废水的优势菌。对其进行分离纯化后，能获得较高的降解效率。有实验表明以接触氧化方式对废水进行处理，当进水CODCr为40000mgL时出水CODCr可达200mgL以下。4.纤维素醚生产废水的处理工艺及选择从我国纤维素醚行业废水治理技术的现状看，经过多年的努力已经有一系列处理效果好的组合工艺在实际工程中得到了应用。4. 1混凝一水解酸化CASS(耗氧)工艺国内某羧甲基纤维素钠(CMC)生产厂家已使用该工艺，采用的预处理工艺为曝气、混凝(投加PAM)及水解酸化，能有效地对化学耗氧量(CODCr)高达2Og/L，处理量为500Om3d的高浓度CMC生产废水进行预处理。主要生化处理装置CASS，又称循环活性污泥系统是近年来从国外引进的新型污水生物处理工艺，该系统的合理构造形式能有效地防止污泥膨胀。运用于该厂的这套CASS系统，采用6组并联，池内设置半软弹性填料，均匀布置6000只曝气头，其对废水CODCr的去除率达到90以上。系统总运行周期12h，含连续进水、曝气8h、沉淀2h、滗水15h、闲置05h，整个系统控制灵活，各运行周期内可灵活调控曝气量、进水量、滗水量、排泥量等。4. 2涡凹气浮一工程菌兼氧一MSBR工艺浙江某厂废水原来采用混凝一厌氧 好氧处理工艺，最终出水CODCr为150300mgL，不能满足排放要求。2000年建成的涡凹气浮一工程菌兼氧一MSBR工艺成功地将所排放废水中CODCr处理降至仅为73 mgL(平均值)。工艺中采用的涡凹气浮(CAP气浮)系统经过独特的涡旋曝气将微气泡注入废水，去除水中油脂和SS。对废水中的有机物、油脂、SS的去除率可达26。处理中采用的工程菌兼氧池，一次性投加大量的工程菌(04)该菌是为处理高浓度有机废水专门培养的。MSBR工艺实质上是A2O工艺与SBR系统串联而成，并集中了两者的优势，能够稳定高效运行。43水解一UBFCASS工艺某公司生产甲基纤维素过程中排放的废水水量大约(2500id)、有机物浓度高(CODCr=21000mgL)，该公司选用水解-UBFCASS工艺进行处理。UBF(厌氧复合床)是厌氧过滤器(A 和升流式厌氧污泥床(UASB)优化组合的复合性厌氧反应器。反应器内能够形成由厌氧颗粒污泥和生物膜组成的厌氧生物系统，具有容积负荷高、处理效率高以及耐冲击负荷和运行稳定的特点。后续CASS耗氧工艺实质是改进的SBR工艺，保留了SBR的全部优点，又省去了常规活性污泥法的二沉池和污泥回流系统。在运行过程中，厌氧生物处理系统产生的沼气每年收入达1125万元。实践证明采用水解uBFCAss工艺对于处理大规模纤维素醚生产企业的高浓度废水的处理具有较高的环境效益和经济效益。.5.设计规模某科技发展有限公司一家从事纤维素醚的研发、生产、销售于一体的高新技术企业,是生产5000吨/年高品质HPMC项目的企业，该项目是目前国内自动化程度最高、单线产量最大的HPMC生产装置。纤维素醚系列产品包括羟丙基甲基纤维素(HPMC)、甲基纤维素(MC)、羟乙基纤维素(HEC)、甲基羟乙基纤维素(MHEC)、乙基纤维素(EC)、羟丙基纤维素(HPC)、聚阴离子纤维素(PAC)等系列产品，广泛应用于医药、食品、PVC树脂、干混砂浆、化妆品、石油钻井等行业。需要解决的问题：将含有高盐高COD的污水通过适宜的形式进行处理，使排污达到标准要求，重点是解决现有污水处理方法成本较高的问题。水中盐分含量较高，约24%，主要为氯化钠，水的可生化性较差。5.1设计进水水质公司生产排放的废水COD 18000mg/L（实测）左右，水量约3200m3/d；水中盐份含量较高，约34%（实测），主要为氯化钠，水的可生化性较差。水质比较清澈，COD的组成主要为可溶性纤维素醚及生产过程排放的小分子有机物、中间产物。5.2排放标准根据当地环保局以及厂方对出水水质的要求，经处理后，该水可达到污水综合排放标准三级标准并同时满足东平县污水处理厂规定的进水水质标准。表5-1设计出水水质表项目CODcr(mg/l)BOD5(mg/l)SSpH数值400100606-95.3排水出路污水经处理后进入城市污水处理管网5.4设计范围本工程设计包括以下内容：（1） 废水处理站工艺流程设计和总平面布置设计；（2） 工艺设计；（3） 建筑物、构筑物设计；（4） 设备、工艺管道等设计（不包括厂区绿化、道路等设施和处理站外的供水、供电及排放管道等）；（5） 电气及控制设计；（6） 处理站内配套设施设计。5.5 设计依据（1） 室外排水设计规范（GB50014-2006）（2） 山东省小清河流域水污染物综合排放标准（DB37/6562006）（3） 建筑结构设计标准（BGJ9-89）（4） 给排水工程结构设计规范（GBJ69-84）（5） 给水排水设计手册（6） 厂方提供的基础数据资料5.6设计原则（1）贯彻执行国家环境保护政策，符合国家有关法律、法规及标准。（2）根据设计进水水质和出水水质要求，所选废水处理工艺力求技术先进、成熟、可靠、稳定，处理效果保证运行稳定、高效节能、经济合理。（3）在污水站用地范围内，总平面布置力求在便于施工、安装和维修的前提下，使各处构筑物尽量集中，节约用地，扩大绿化面积，并留有发展余地；竖向设计力求减少挖填方费和节省污水提升费用。（4）充分利用现有污水处理设施，减少经济投资。（5）无大量土建工程，不新增或少增占地面积，增加设施以罐体为主；（6）改造工程量小，施工周期短；不改变污水场原工艺流程，不改动污水场原管网系统，工程易于实施；（7）工程改造后，不增加运行管理难度；与蒸盐相比，大幅度降低运行成本。6.原工艺流程及改进后工艺说明6.1工艺流程混凝沉淀池微电解反应池调节池中和沉淀池事故池 催化氧化塔石英砂过滤水解酸化池配水井UASB 泵 泵清水池回用BAF池混凝沉淀池A/O池 表6-1工艺流程图6.1.1事故池事故池是在污水处理站发生事故需要紧急排放污水时，为了防止污水直接排入正水系，而建造的应急性设施，也可以叫做缓冲池。6.1.2调节池调节池均衡水量与水质，减少后续处理冲击负荷。6.1.3微电解反应池微电解反应池采用铁屑微电解中和沉淀法对废水进行预处理。6.1.4混凝沉淀池混凝沉淀池用于混凝工艺的液固分离时，正确投加混凝剂是沉淀池运行管理的关键之一。要做到正确投加混凝剂，必须掌握进水质和水量的变化。6.1.5新型高效催化氧化塔催化氧化塔的原理就是在表面催化剂存在的条件下，利用强氧化剂在常温常压下催化氧化废水中的有机污染物，或直接氧化有机污染物，提高废水的可生化性，较好地去除有机污染物在降解COD的过程中，打断有机分子中的双键发色团，达到脱色的目的。同时有效地提高BOD/COD值，使之易于生化降解。二氧化氯催化氧化反应在高浓度，高毒性，高含盐量废水中充当常规物化预处理和生化处理之间的桥梁。高效催化氧化塔具有以下优点：(a)催化氧化反应在常温下进行，反应条件温和，易于操作，设备投资低廉；（b）氧化剂制备简便，投资及运行费用较低；（c）催化剂的存在，提高了氧化效率；（d）对有机物的降解以生成含氧基团的小分子化合物为主，不产生有机卤代烃等二次污染物；（e）催化剂制备方法可靠，使用寿命长，流失率低。6.1.6水解酸化池废水中的高分子有机物，在UASB处理中难以被微生物分解，影响出水效果。所以在进行厌氧处理前利用水解酸化，将污水中的固体、大分子和不易降解的有机物降解为易于降解的小分子有机物，将不溶性有机物降解为可溶性有机物，从而降低后序处理中的能耗和处理时间。水解酸化池主要用于有机物浓度较高、SS较高的污水处理工艺，是一个比较重要的工艺。后级接入UASB工艺，可以大大提高UASB的容积负荷，提高去除效率。水中有机物为复杂结构时，水解酸化菌利用H2O电离的H+和-OH将有机物分子中的C-C打开，一端加入H+，一端加入-OH，可以将长链水解为短链、支链成直链、环状结构成直链或支链，提高污水的可生化性。水中SS高时，水解菌通过胞外粘膜将其捕捉，用外酶水解成分子断片再进入胞内代谢，不完全的代谢可以使SS成为溶解性有机物，出水就变的清澈了。这其间水解菌是利用了水解断键的有机物中共价键能量完成了生命的活动形式。但是COD在表象上是不一定有变化的，这要根据在设计时选择的参数和污水中有机物的性质共同确定的，长期的运行控制可以让菌种产生诱导酶定向处理有机物，这也就是调试阶段工艺控制好以后，处理效果会逐步提高的原因之一。水解工艺设计时要考虑污水中有机物的性质，确定水解的工艺设计，水解停留时间、搅拌方式、循环方式、污泥回流方式、设计负荷、出水酸化度、污泥消解能力、后级配套工艺（UASB或接触氧化）。6.1.7配水井配水井具有消能作用，使原水均匀稳定的进入UASB处理系统，避免受进水泵站富余水头的影响，同时又具有排气的作用，使溶解在水中的部分气体溢出，以利于后续处理。6.1.8UASB池UASB池由污泥反应区、气液固三相分离器（包括沉淀区）和气室三部分组成。在底部反应区内存留大量厌氧污泥，具有良好的沉淀性能和凝聚性能的污泥在下部形成污泥层。要处理的污水从厌氧污泥床底部流入与污泥层中污泥进行混合接触，污泥中的微生物分解污水中的有机物，把它转化为沼气。沼气以微小气泡形式不断放出，微小气泡在上升过程中，不断合并，逐渐形成较大的气泡，在污泥床上部由于沼气的搅动形成一个污泥浓度较稀薄的污泥和水一起上升进入三相分离器，沼气碰到分离器下部的反射板时，折向反射板的四周，然后穿过水层进入气室，集中在气室沼气，用导管导出，固液混合液经过反射进入三相分离器的沉淀区，污水中的污泥发生絮凝，颗粒逐渐增大，并在重力作用下沉降。沉淀至斜壁上的污泥沼着斜壁滑回厌氧反应区内，使反应区内积累大量的污泥，与污泥分离后的处理出水从沉淀区溢流堰上部溢出，然后排出污泥床。 表6-2 UASB工艺原理图UASB基本要求有： （1）为污泥絮凝提供有利的物理、化学和力学条件，使厌氧污泥获得并保持良好的沉淀性能； （2）良好的污泥床常可形成一种相当稳定的生物相，保持特定的微生态环境，能抵抗较强的扰动力，较大的絮体具有良好的沉淀性能，从而提高设备内的污泥浓度； （3）通过在污泥床设备内设置一个沉淀区，使污泥细颗粒在沉淀区的污泥层内进一步絮凝和沉淀，然后回流入污泥床内。 6.1.9A/O池A/O池的优越性是除了使有机污染物得到降解之外，还具有一定的脱氮除磷功能，是将厌氧水解技术用为活性污泥的前处理，所以A/O法是改进的活性污泥法。A/O工艺将前段缺氧段和后段好氧段串联在一起，A段DO不大于0.2mg/L，O段DO=24mg/L。在缺氧段异养菌将污水中的淀粉、纤维、碳水化合物等悬浮污染物和可溶性有机物水解为有机酸，使大分子有机物分解为小分子有机物，不溶性的有机物转化成可溶性有机物，当这些经缺氧水解的产物进入好氧池进行好氧处理时，提高污水的可生化性，提高氧的效率；在缺氧段异养菌将蛋白质、脂肪等污染物进行氨化（有机链上的N或氨基酸中的氨基）游离出氨（NH3、NH4+），在充足供氧条件下，自养菌的硝化作用将NH3-N（NH4+）氧化为HO3-，通过回流控制返回至A池，在缺氧条件下，异氧菌的反硝化作用将NO3-还原为分子态氮（N2）完成C、N、O在生态中的循环，实现污水无害化处理。 表6-3A/O工艺流程图A/O法主要工艺特点：缺氧池在前，污水中的有机碳被反硝化菌所利用，可减轻其后好氧池的有机负荷，反硝化反应产生的减度可以补偿好氧池中进行硝化反应对碱度的需求。 好氧在缺氧池之后，可以使反硝化残留的有机污染物得到进一步去除，提高出水水质。 BOD5的去除率较高可达9095%以上，但脱氮除磷效果稍差，脱氮效率7080%，除磷只有2030%。尽管如此，由于A/O工艺比较简单，也有其突出的特点，目前仍是比较普遍采用的工艺。该工艺还可以将缺氧池与好氧池合建，中间隔以档板，降低工程造价，所以这种形式有利于对现有推流式曝气池的改造。A/O工艺的影响因素：A/O工艺运行过程控制不要产生污泥膨胀和流失，其对有机物的降解率是较高的（9095%），缺点是脱氮除磷效果较差。如果原污水含磷浓度4以保证足够的碳/氮比，否则反硝化速率迅速下降；但当进入硝化池BOD5值又应控制在80mg/L以下，当BOD5浓度过高，异养菌迅速繁殖，抑制自养菌生长使硝化反应停滞。硝化池溶解氧：DO2mg/L，一般充足供氧DO应保持24mg/L，满足硝化需氧量要求，按计算氧化1gNH4+需4.57g氧。水力停留时间：硝化反应水力停留时间6h；而反硝化水力停留时间2h，两者之比为3:1，否则脱氮效率迅速下降。pH：硝化反应过程生成HNO3使混合液pH下降，而硝化菌对pH很敏感，硝化最佳pH =8.08.4，为了保持适宜的PH就应采取相应措施，计算可知，使1g氨氮（NH3-N）完全硝化，约需碱度7.1g（以CaCO3计）；反硝化过程产生的碱度（3.75g碱度/gNOx-N）可补偿硝化反应消耗碱度的一半左右。反硝化反应的最适宜pH值为6.57.5，大于8、小于7均不利。 温度：硝化反应2030，低于5硝化反应几乎停止；反硝化反应2040，低于15反硝化速率迅速下降。 因此，在冬季应提高反硝化的污泥龄ts，降低负荷率，提高水力停留时间等措施保持反硝化速率。 6.1.10BAF池BAF实质是一种生物膜法,即在曝气池中填充生物填料,利用填料表面附着的生物膜降解水中污染物的处理单元。由于所选填料自身的特点,填料表面容易附着生物膜。生物膜中生长着众多种属和数量的微生物,有好氧菌、兼氧菌、厌氧菌,所以曝气生物滤池对水中的各种有机物都有一个很好的去除作用,同时对氨氮也有很高的去除效率。但就本污水处理工艺来讲，对普通污水处理，完全可以达到预期的目标，而就本项目特定污水，其盐度高，COD主要组分为可溶性高分子有机物，总氮、总磷严重不足，采用常规手段往往达不到预期目标。针对特殊废水，本改进方案拟做两方面改进：一是改进微电解池，将其改为填料微电解池；二是在生化池部分添加耐盐微生物，增加微生物活性，加快污水中有机物的快速降解。6.2 微电解改进原采用电解反应器增加污水的可生化性：利用电化学的原理，使用特殊形状立体电极技术，通过液相和气相电极反应，在液相阳极溶出新鲜粒子的催化作用下，使气相阳极生成物发挥选择性氧化作用，破坏高聚化合物结构，脱除发色基团，同时完成氧化、还原、吸附、混凝等一系列过程。经过本装置处理后可以大幅度降低COD和色度，大幅度升高BOD5，使后续生化处理能够顺利进行。但该方法控制复杂，需要带电操作，尽管是低电压直流电源，其耗电量大，成本较高。拟采用的填料微电解相对于该方法简单易行：当将铁屑和碳颗粒浸没在酸性废水中时，由于铁和碳之间的电极电位差，废水中会形成无数个微原电池。其中电位低的铁成为阳极，电位高的碳成为阴极，在酸性充氧条件下发生电化学反应，其反应过程如下：阳极(Fe): Fe- 2e Fe2+,阴极(C) : 2H+2e 2HH2,从反应中看出，产生的了初生态的Fe2+和原子H，它们具有高化学活性, 能改变废水中许多有机物的结构和特性, 使有机物发生断链、开环等作用。若有曝气，即充氧和防止铁屑板结。还会发生下面的反应：O2+ 4H+ +4e2H2O；O2+ 2H2O+ 4e4OH； 2Fe2+ +O2+4H+2H2O+ Fe3+。反应中生成的OH是出水pH值升高的原因，而由Fe2+氧化生成的Fe3+逐渐水解生成聚合度大的Fe(OH)3 胶体絮凝剂, 可以有效地吸附、凝聚水中的污染物, 从而增强对废水的净化效果。本方案采用的微电解与传统铁碳微电解不同，拟采用烧结铁碳材料，成本低、不宜堵塞。6.3特种耐盐微生物辅助生化降解6.3.1耐盐微生物在废水处理中的应用目前难处理废水中，除CODCr极高且与BOD的比值不利生物处理外，有些废水所含盐分大都超过一般微生物的容忍极限，在处理上遇到极大的瓶颈。但该菌能跨越这个瓶颈，而达到极为良好的处理效果，因此国外被广泛应用在：石油化工废水、有机合成废水、焦化废水、制药废水、发酵废水、啤酒废水、印染废水、味精废水、造纸废水、制革废水、淀粉废水、电镀废水等。与传统的活性污泥法相比，耐盐微生物处理废水有如下诸多优点：（1）菌种的种类齐全，数量充足，使得极为复杂难处理的各类有机物分解得以顺利完成。（2）在高氯离子、硫酸根离子及高氨氮环境下能正常工作，与旧污水处理装置兼容性好，可在原有的污水处理装置上进行改造而节约投资。（3）菌种种类多，能适应高盐有毒环境，又可分工合作，发挥全力，完成艰巨任务。 （4）菌种分解力特强，故能消除臭味，减少固体量，而使污泥大幅降低，去除每公斤的CODCr剩余污泥约 0.01 kg （活性污泥法0.10.24 kg），污泥紧密度高，稳定性高，因此可以降低处理成本与操作难度。（5）脱色能力比与物理化学法配套的传统生物法胜过 10 倍。（6） 处理能力与成果已打破甚多生物法的传统观念，污染物去除能力达 95% 以上。此外，耐盐微生物在应用时还具有以下几个优点：仅需一次添加，无需补充、驯化和复壮；菌种本身无毒性，对环境无害；菌种消除COD、BOD、氨氮、硫化物、磷等污染物的速度快且强；分解有机物能力强；可以利用载体种植，实现污水中油水分离；设备简单，成本低廉，故障率低等一系列优点。6.3.2特种耐盐微生物的培养（1） 无机盐对微生物的抑制原理：含盐废水主要毒物是无机毒物，即高浓度的无机盐。有毒物质对废水生物处理的影响与毒物的类型和浓度有关，一般随着浓度升高可分为刺激作用、抑制作用和毒害作用三大类。高浓度无机盐对废水生物处理的毒害作用主要是通过升高的环境渗透压而破坏微生物的细胞膜和菌体内的酶，从而破坏微生物的生理活动。 表6-6细菌在不同渗透压溶液中细菌在不同渗透压溶液中的反应a)微生物在等渗透压下生长良好。微生物在质量为58.5g/L的NaCI溶液中，红血球在质量为9g/L的NaCI溶液中形态和大小不变，并生长良好； b）在低渗透压（NaCI）=0.1g/L）下，溶液水分子大量渗入微生物体内，使微生物细胞发生膨胀，严重者破裂，导致微生物死亡；c）在高渗透压（NaCI）=200g/L）下，微生物体内水分子大量渗到体外，使细胞发生质壁分离。（2） 淡水微生物在不同盐度下的存活率不同生活在淡水环境下或者淡水处理构筑物中的微生物接种到高盐环境下，仅有部分微生物存活。这是盐度对微生物的一种选择。将淡水微生物的存活率定义为100，当盐度超过20g/L,其存活率低于40。因此，当盐度超过20g/:L，一般认为用不同淡水微生物无法进行处理。表6-7微生物在不同盐度下的存活率 （3）适盐微生物的分类与利用 耐盐微生物：能耐受一定浓度的盐溶液，但在无盐条件下生长最好，其生长也不需要大量无机盐。嗜盐微生物：指在高盐条件下可以生长的细菌，其生长离不开高盐环境。按照最佳生长盐度范围可以分为三类。海洋菌： 最佳生长盐度13中度嗜盐菌： 最佳生长盐度315极度嗜盐菌： 最佳生长盐度1530图6-8为部分适盐微生物形态的电镜图 （4） 生物处理高盐污水遇到的问题 盐度适应差传统活性污泥法驯化处理盐度低于2含盐废水。当盐度环境变为淡水环境时，污泥的适应性会很快消失。盐度变化影响大盐度在0.52变化通常会对处理系统产生严重的干扰。突然变化盐度比逐渐变化盐度对系统的干扰更大从高盐变为无盐产生影响比低盐环境变为高盐环境产生的影响要大降解速率缓慢随着盐度的升高有机物降解速率下降，因此低F/M更适合含盐废水的处理。图3.5为SBR法处理在各盐度下的处理效果。污泥流失严重盐度改变污泥中微生物的组成，改变了污泥的沉淀性和出水SS，污泥流失严重. 图6-9不同盐度时有机物去除率变化（5） 高盐污水生物处理工程对策 a)驯化淡水微生物适应于生活在淡水生物处理设施中的微生物在进入一定浓度的含盐环境内，会通过自身的渗透压调节机制来平衡细胞内的渗透压或保护细胞内的原生质，这些调节机制包括聚集低分子量物质来形成新的胞外保护层，调节自身的代谢途径，改变基因组成等，因此，正常活性污泥可以在一定盐度范围内通过一定时间的驯化处理含盐废水。虽然污泥通过驯化可以提高系统耐盐范围，提高系统的处理效率，但是，驯化污泥中的微生物对盐度的耐受范围有限，而且对环境的变化敏感。当盐度环境变化时，微生物的适应性会立刻消失。驯化只是微生物适应环境的暂时生理调整，不具有遗传特性。这种适应性的敏感对污水处理工程的实施很不利。研究认为，在盐度小于20g/L条件下，可以通过盐度驯化处理含盐污水。但是驯化盐度浓度必须逐渐提高，分阶段的将系统驯化到要求盐度水平。突然高盐环境会造成驯化的失败和启动的延迟。b) 稀释进水盐度既然高盐成为微生物的抑制和毒害剂，那么将进水进行稀释，使盐度低于毒域值，生物处理就不会收到抑制。这种方法简单，易于操作和管理；其缺点就是增加处理规模，增加基建投资，增加运行费用，浪费水资源。c) 利用适盐微生物接种或者基因固定化适盐微生物处理高盐污水是一种有效的处理方法。此种方法可以处理超过3的高盐污水，这是不同驯化法无法实现的。其筛选出的某些具有特定污染物去除的适盐菌可以具有高的专性降解能力，大大提高处理效果。筛选接种物来源于海洋或者河口底泥、晒盐场底物和其他高盐环境下的活性物质。筛选往往有一定的程序和基因化措施。这种方法的缺点是启动时间长，前期启动费用高。但是对于高盐污水生物处理而言，是可行的方法。图6-10活性污泥培养过程中的CODcr随时间变化情况d） 添加拮抗剂拮抗作用是指一种毒物的毒害作用因另一种物质的存在或者增加而降低的情况。图中可以看出一种毒物的毒害作用随着另一种物质的低浓度增加而减少，并在最佳状态后，随拮抗剂浓度的进一步增加而反应速率下降。 图6-11某种物质对反应速率的影响目前研究，发现K会对Na产生拮抗作用，减少Na盐对微生物的毒害作用。吸钾排钠作用主要原理可能是Na+/K+反向转运功能。细菌的生长虽然需要高钠的环境,细胞内的Na浓度并不高,如盐杆菌光介导的H+质子泵具有Na+/K+反向转运功能,即具有吸收和浓缩+和向胞外排放Na+的能力. +作为一种相容性溶质,可以调节渗透压达到细胞内外平衡,其浓度高达7mol/L,以维持内外同样的水活度.例如嗜盐厌氧菌、嗜盐硫还原菌及嗜盐古菌是采用细胞内积累高浓度K+来对抗胞外的高渗环境.例酵母中的Na+/K+反向载体可以将多余的盐分排出体外,提高酵母的耐盐性.c） 选择合适处理工艺不同的处理工艺影响微生物的耐盐范围。以下为报道的几种生物处理方法中NaCl浓度的限制量污泥处理活