1.分析方法  

本試驗中涉及到的分析檢測方法如表 1 所示，具體操作過程請參見 2002 年《水和廢水監(jiān)測分析方法(第四版)》

2 .試驗裝置與方法

 本試驗中所用的儀器設備如表 2 所示。所用電鍍廢水取自上海某電鍍廠生產(chǎn)廢水預處理后納管口，各項水質(zhì)指標如表 3 所示。

本試驗所選用的工藝流程如圖 1 所示。電鍍廢水先入鐵碳反應槽，再進入水解酸化池和 MBR反應池。 

其中，鐵碳反應的原料為鐵刨花，在反應池中加入鐵刨花，調(diào)節(jié) pH 值到酸性，通過曝氣使廢水與其充分接觸，反應完全后，排水到沉淀池，取上清液進行檢測。

 水解酸化池的體積為6.9 L，空床停留時間約為 15 h，MBR 反應池體積 3 L，空床停留時間 7 h 左右。

 首先通過檸檬酸配制的電鍍模擬廢水對活性污泥進行培養(yǎng)馴化后，逐步按照20 %、50 %、100 %的比例在進水中添加實際電鍍廢水。

1 .鐵碳反應原理及作用效果 

當廢棄的鐵刨花置于水中時，由于鐵(陽極)和碳化鐵(陰極)之間存在一定的氧化還原電位差，在鐵刨花內(nèi)部形成了許多細微的原電池;此外，鐵和其周圍的炭粉又形成了較大的原電池。

 廢水中的鐵和碳發(fā)生內(nèi)部和外部的雙重電解，即微觀和宏觀原電池反應。

 電極反應生成具有很高活性的新生態(tài)[H+]，能夠跟廢水中多組分發(fā)生氧化還原反應，同時，金屬鐵能夠和廢水中的重金屬離子發(fā)生置換反應，已有研究證實，使用鑄鐵屑和焦炭以 2 ∶ 1 比例作為鐵炭的原料，對 Cr6+、Cu2+、Ni2+的濃度分別為50、15、10 mg / L 的電鍍廢水進行預處理，出水三種重金屬的濃度分別為 2.5、0.75、0.5 mg / L; 

鐵碳反應后通過調(diào)節(jié) pH 值到中性或堿性，可將水中大量剩余 Fe2+轉(zhuǎn)化為 Fe3+并通過水解作用產(chǎn)生一系列含有羥基的簡單單核配離子向膠體型轉(zhuǎn)化，形成大顆粒的 Fe(OH)3 沉淀。

 在這一過程中，多核配離子不僅對膠粒產(chǎn)生電性中和作用，降低 電位，發(fā)生聚集，而且它的鏈狀線性結構可以在已經(jīng)中和的膠粒之間起粘接架橋作用，使它們很快凝成較大的絮體，加速沉淀，網(wǎng)捕卷掃微小沉淀顆粒，提高了去除率，可將 COD 為 800~1200 mg / L 的電鍍前處理廢水降低到 80~120 mg / L。

 由此可見，鐵碳不僅對重金屬具有催化還原作用，對廢水中的有機物也有良好的處理效果，鐵碳的反應時間及反應初始 pH 值對鐵碳反應結果有明顯的影響。

 ① 反應時間對鐵碳效果的影響

 鐵碳反應的適宜初始 pH 值為酸性，在反應過程中 pH 值隨反應時間的延長而升高，為了探索電鍍廢水進行鐵碳反應到終點所需要的時間，確定反應時間以及考察在鐵碳反應 pH 值達到穩(wěn)定后，持續(xù)曝氣對廢水水質(zhì)是否具有進一步的提高作用，通過鐵碳反應過程中溶液的 pH 值變化控制鐵碳反應的時間，選擇鐵碳反應的初始 pH 值為 3，鐵碳反應過程中水溶液的 pH 值逐漸上升，在 30 min內(nèi) pH 值可升高到 4，在鐵碳反應 1 h 內(nèi) pH 值升高到 5，隨后 pH 值升高速度變慢，約 1.5 h 后升高到5.6 左右，并持續(xù)穩(wěn)定，基本不再上升。

 因此，選取鐵碳反應中水溶液的 pH 值變化為 pH=4、pH=5、pH=5.6，pH 穩(wěn)定后持續(xù)曝氣 1 h，pH 平衡后持續(xù)曝氣14 h 為時間節(jié)點，對比反應時間對鐵碳反應完全程度的影響。

 該過程中 B / C 比(BOD / COD)的變化如圖 2 所示，隨著溶液 pH 值的升高，B / C 比逐漸提高，鐵碳反應 pH 值升高到 5.6 后不再繼續(xù)升高，但 BOD 仍然略有下降說明鐵碳反應仍在緩慢進行，在 pH=5.6時鐵碳反應對該廢水 B/C 比的提高明顯;在厭氧條件下進行鐵碳反應會推動廢水中硝態(tài)氮轉(zhuǎn)化為氨氮，但在好氧情況下對廢水中氨氮的濃度影響不大。

 綜上所述，鐵碳反應的反應時間為 pH 值上升到 5.6 所需的時間。

② 初始 pH 值對鐵碳處理效果的影響 

鐵碳反應的初始 pH 值決定了鐵碳反應的速度，根據(jù)文獻調(diào)研和前期的實驗研究發(fā)現(xiàn)，鐵碳反應適宜的 pH 值為酸性，但當初始 pH 值過低時，鐵碳反應劇烈，且鐵屑消耗過快，水中 Fe2+的濃度高，產(chǎn)生的沉淀量較多，初始 pH 值偏高時反應過慢，耗時長，停留時間過長勢必會增加反應器的容量，導致實際工程應用時反應器占地面積大，建設成本的增加。

為了確定該電鍍廢水鐵碳反應的適宜初始 pH值，對比 pH 值為 2、2.5、3、3.5 和 4 時鐵碳反應對該廢水的處理效果，反應時間為 60 min，由圖 4、5 可以看出，在較高的初始 pH 值條件下，鐵碳反應緩慢，提高 B/C 比所需時間長;較低的 pH 值時可快速的完成鐵碳反應，但鐵刨花消耗速度快，產(chǎn)生化學污泥多，提高運行成本。

 因此，選擇 pH=2~4 為初始 pH 值，平衡了反應速度和反應強度的矛盾，既可在較短的時間內(nèi)完成鐵碳反應，又不會消耗過多的鐵刨花而產(chǎn)生大量化學污泥。

2. 水解酸化和好氧 MBR 的作用 

通過水解酸化反應器對電鍍廢水中的大分子有機物進行水解，好氧 MBR 反應器進一步去除水中的有機污染物和氨氮，如圖 6、7 所示為 COD、BOD 的去除率，水解池的 COD、BOD 平均去除率分別為 36.27 %和 55.81 %， 好 氧 MBR 對 COD 和BOD 的平均去除率為 69.57 %和 75.79 %。

 由于電鍍過程中常用硝酸作為原材料，廢水中硝酸鹽約占總氮的 70 %，在沒有回流和有機碳源不充足的情況下，一方面由于高濃度的硝酸鹽對好氧池內(nèi)的硝化反應產(chǎn)生抑制作用，另一方面，由于缺乏充足的碳源，微生物無法進行硝化反應，且污泥由于缺乏營養(yǎng)，泥質(zhì)松散，顏色偏黃，容易堵塞膜組件孔隙，增加膜組件反沖洗頻率，在實驗過程中較長的一段時間內(nèi)氨氮的去除效果始終較差，如圖 8 所示。

 經(jīng)過反復試驗，取得良好的氨氮去除效果，出水氨氮濃度基本保持在 15 mg / L 以內(nèi)。

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