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近年來，竹子由于在助力碳中和方面的重要作用，被世界自然保護聯(lián)盟（IUCN）認為是《基于自然的解決方案全球標準》的最佳選擇之一，其種植及深加工產(chǎn)業(yè)蓬勃發(fā)展。鮮竹提取液主要成分包括氨基酸、維生素、黃酮、微量元素等，具有防氧化、抗炎、保濕滋潤等多種功能，可用于美容護膚、藥品制備等領(lǐng)域。鮮竹提取液生產(chǎn)及加工廢水主要來自清洗、壓榨、燒制及水提等工段，含有植物色素、有機酸、單寧、類黃酮及糖類等多種污染物，COD較高，且具有一定的抑菌作用，生化降解性較差。該廢水的達標處理在“雙碳”經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)背景下具有典型示范效應(yīng)，但目前相關(guān)工藝設(shè)計及工程運行分析鮮有報道。因此，本項目基于鐵碳微電解耦合Fenton氧化技術(shù)，聯(lián)用水解酸化-移動床生物膜反應(yīng)器（MBBR）兩級生化工藝處理該廢水使其達到《污水綜合排放標準》（GB8978—1996）直排標準，并對運行經(jīng)濟技術(shù)指標進行分析，以期為同類型的植物提取液生產(chǎn)廢水處理提供借鑒。

1、設(shè)計規(guī)模及水質(zhì)指標

本工程設(shè)計處理規(guī)模為200m3/d。設(shè)計出水水質(zhì)指標根據(jù)GB8978—1996中直接排放水質(zhì)的要求確定，如表1所示。

2、工藝設(shè)計思路

根據(jù)進出水水質(zhì)指標可知，該廢水進水COD較高，采用生化法可降低處理成本。但同時該廢水BOD5/COD約為0.18，可生化性較差，須采用物化法進行預(yù)處理，斷開廢水中具有抑菌作用的污染物分子鏈，消除其對生化菌種活性的抑制作用并將其轉(zhuǎn)化為小分子物質(zhì)，提高生化降解能力。

考慮到鐵碳微電解可形成微原電池，分別以鐵碳填料為陽極和陰極發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，使有機污染物發(fā)生氧化還原作用，從而降低部分COD。同時，鐵陽極失去電子生成新生態(tài)的Fe2+。該離子在弱堿性條件下，可形成Fe（OH）2沉淀，起到絮凝作用；在酸性條件及H2O2的作用下產(chǎn)生具有強氧化能力的·OH自由基等，從而可達到分解有機污染物質(zhì)并提高廢水可生化性的效果。因此，本工程采用鐵碳微電解與Fenton氧化聯(lián)用的技術(shù)對廢水進行物化預(yù)處理。

由于Fenton氧化出水仍殘留有·OH自由基等，會對后續(xù)生化菌種產(chǎn)生氧化損害。因此，工藝須設(shè)置還原功能單元，消除殘留的氧化能力，確保后續(xù)生化工藝的穩(wěn)定高效運行。為了使生化菌種對物化后的有機污染物有預(yù)適應(yīng)階段，并進一步提高可生化降解性，生化單元采用兩級A/O工藝。此外，好氧生化采用MBBR工藝，以使生化系統(tǒng)具有較強的抗污染沖擊能力，確保穩(wěn)定達標。

3、處理工藝流程

具體設(shè)計工藝流程如圖1所示。

由圖1可知，生產(chǎn)廢水首先進入調(diào)節(jié)池，在這里進行水量調(diào)節(jié)和水質(zhì)平衡。調(diào)節(jié)池出水進入混凝反應(yīng)池，通過堿液調(diào)節(jié)pH至6.5~7.0，加入混凝劑聚合氯化鋁（PAC）與聚丙烯酰胺（PAM），使懸浮物和污染物凝聚成較大的顆粒。經(jīng)過混凝反應(yīng)后的廢水進入一沉池，在此沉降出大部分的固體懸浮物。一沉池出水進入鐵碳反應(yīng)池，在酸性充氧條件下，鐵碳填料通過電化學(xué)反應(yīng)使有機污染物發(fā)生氧化還原反應(yīng)，降低廢水色度及COD濃度。鐵碳反應(yīng)池出水流入Fenton反應(yīng)池，在此加入酸調(diào)節(jié)pH為2.8~3.0，同時添加H?O?，生成·OH自由基，進一步氧化分解廢水中的有機污染物，將難降解的大分子物質(zhì)進行斷鏈分解。Fenton反應(yīng)池出水進入pH回調(diào)池，通過加入堿液調(diào)節(jié)廢水的pH至8.0左右，并同時添加絮凝劑PAM通過包裹席卷作用形成大塊礬花。pH回調(diào)池出水進入二沉池，進行二次沉淀，去除懸浮固體。二沉池出水進入還原池，加入焦亞硫酸鈉，消除Fenton氧化單元殘留的自由基，以減少自由基對后續(xù)生化菌種的活性抑制作用。

還原池出水進入生化單元，生化單元采用兩級A/O工藝。廢水在缺氧區(qū)通過水解酸化作用改善物化處理出水的理化性質(zhì)，使得廢水可以更好地適應(yīng)好氧生物處理。好氧生化采用移動床生物膜反應(yīng)器（MBBR）工藝，通過附著在移動填料表面的微生物生化作用，將污水中的有機物、氨氮等污染物吸附、吸收和分解。生化單元出水經(jīng)過終沉池去除脫落的生物膜等懸浮物，最終處理后的水通過標準排放口達標排放。此外，沉淀池污泥全部進入集泥池，集中進行壓濾處理，干泥外送進行安全處置。

4、主要構(gòu)筑物及設(shè)計參數(shù)

1）調(diào)節(jié)池。1座，鋼砼結(jié)構(gòu)，尺寸3.0m×7.0m×3.8m，有效池容為73m3，水力停留時間為8.8h。配備潛污泵2臺（1用1備），單臺流量為10m3/h，揚程為12m，功率為1.5kW；超聲波液位計1套，電磁流量計1套。

2）混凝反應(yīng)池。1座，鋼砼結(jié)構(gòu)，尺寸1.5m×2.0m×2.0m×2格，有效容積為9m3，水力停留時間為1h。配備反應(yīng)攪拌器2套，pH在線儀1套，堿液、PAC、PAM自動加藥裝置各1套，其中堿液加藥與pH在線儀聯(lián)動，PAC、PAM加藥裝置與電磁流量計聯(lián)動。

3）一沉池。1座，鋼砼結(jié)構(gòu)，尺寸2.5m×6.5m×4.5m，過流面積為14m2，表面負荷為0.60m3（/m2·h）。

4）鐵碳反應(yīng)池。1座，鋼砼結(jié)構(gòu)，環(huán)氧樹脂三布五涂，設(shè)計尺寸1.5m×2.0m×4.5m，有效池容為12m3，水力停留時間為1.4h。裝填70%的鐵碳顆粒，配備pH在線儀1套，硫酸自動加藥裝置1套。

5）Fenton反應(yīng)池。1座，鋼砼結(jié)構(gòu)，環(huán)氧樹脂三布五涂，設(shè)計尺寸1.5m×3.0m×4.5m，有效容積為18m3，反應(yīng)時間為2.2h。配備曝氣攪拌系統(tǒng)1套，pH在線儀1套，ORP在線儀1套，H2O2自動加藥裝置1套。

6）pH回調(diào)池。1座，鋼砼結(jié)構(gòu)，環(huán)氧樹脂三布五涂，尺寸1.5m×1.5m×4.5m，有效容積為9m3，反應(yīng)時間為1h。配備攪拌系統(tǒng)1套，pH在線儀1套，堿液及PAM自動加藥裝置各1套。

7）二沉池。1座，鋼砼結(jié)構(gòu)，尺寸2.5m×6.5m×4.5m，過流面積為14m2，表面負荷為0.60m3（/m2·h）。

8）還原池。1座，尺寸1.5m×2.0m×2.0m。有效容積為4.5m3，水力停留時間為0.5h。配備反應(yīng)攪拌器1套，ORP在線儀1套，焦亞硫酸鈉加藥裝置1套。

9）一級水解酸化/MBBR生化池。1座，鋼砼結(jié)構(gòu)，水解酸化池尺寸5.0m×2.0m×4.5m，有效容積為40m3。MBBR池采用MBBR工藝，尺寸3.5m×8.0m×4.5m×3格，有效容積為336m3，COD容積負荷為1.6kg/（m3·d）。水解酸化池配備潛水?dāng)嚢杵?臺；MBBR池配備D260mm曝氣器168個，懸浮填料130m3。

10）二級水解酸化/MBBR生化池。1座，鋼砼結(jié)構(gòu)，水解酸化池尺寸5.0m×2.0m×4.5m，有效容積為40m3。MBBR池為2.5m×8.0m×4.5m×2格，有效容積為160m3，COD容積負荷為0.6kg/（m3·d）。水解酸化池配備潛水?dāng)嚢杵?臺；MBBR池配備D260mm曝氣器80個，懸浮填料64m3。兩級生化池共用三葉羅茨風(fēng)機2臺，風(fēng)量為8.3m3/min，風(fēng)壓為39.2kPa，功率為5.5kW。

11）終沉池。1座，鋼砼結(jié)構(gòu)，尺寸2.5m×8.0m×4.5m，過流面積為17m2，表面負荷為0.5m3（/m2·h）。

12）集泥池。1座，鋼砼結(jié)構(gòu)，設(shè)計尺寸2.5m×2.5m×3.5m，有效容積為19m3。

13）污泥脫水間。1座，磚混結(jié)構(gòu)，尺寸5.0m×5.0m。配備氣動隔膜泵1臺，流量為23m3/h，揚程為84m，空壓機為22kW，板框壓濾機1臺，過濾面積為20m2。

5、運行效果分析

本工程已試運行12個月以上，進出水COD、BOD5、NH3-N濃度及處理水量如圖2所示。

由圖2可知，近1年來系統(tǒng)運行水質(zhì)逐漸趨于穩(wěn)定，COD、NH3-N去除率也隨之有所提升，目前工程實際進水水量為170~190m3/d，各項出水指標均穩(wěn)定達到GB8978－1996的直排要求。各處理單元主要污染物出水水質(zhì)情況如表2所示。

由表2可知，經(jīng)鐵碳-Fenton氧化后，廢水的BOD5/COD從0.18左右提高到了0.37左右，這表明鐵碳微電解耦合Fenton氧化技術(shù)可有效提高鮮竹提取液生產(chǎn)廢水的生物可降解性。后續(xù)兩級水解酸化/MBBR生化工藝出水COD去除率分別達到85%和70%以上，各關(guān)鍵工藝單元均達到預(yù)期處理效率。該工程最終出水穩(wěn)定達到排放標準，表明鐵碳微電解耦合Fenton氧化技術(shù)進行預(yù)處理提高了廢水可生化性，同時聯(lián)用兩級A/O生化工藝處理鮮竹提取液生產(chǎn)廢水具有可行性，可為同行業(yè)提供應(yīng)用參考。

6、經(jīng)濟分析

本工程總投資包括土建及設(shè)備材料工程等直接成本共183萬元，運輸安裝及設(shè)計調(diào)試等費用30萬元，合計為213萬元。廢水處理運行費用包括電費、藥劑費和人工費。

1）電費。設(shè)備耗電情況如表3所示，電價為0.7元（/kW·h），則每天耗電542×0.7=379.40元，折合噸水處理費用1.90元。

2）藥劑費。藥劑使用情況如表4所示，每天消耗藥劑240.7元，折合噸水藥劑費用1.20元。

3）人工費。設(shè)施自動化程度較高，管理共2人，人工費約234元/d，折合噸水處理費為1.17元。

4）總運行費。

噸水總運行費用為1.90+1.20+1.17=4.27元。

7、結(jié)語

本工程針對鮮竹提取液中抑菌難降解成分，采用鐵碳微電解耦合Fenton氧化技術(shù)進行預(yù)處理以提高廢水可降解性，再聯(lián)用水解酸化/MBBR兩級生化工藝進行處理，出水穩(wěn)定達到GB8978—1996直排標準。

鐵碳微電解可對抑菌組分產(chǎn)生氧化還原作用，同時利用鐵基填料產(chǎn)生新生態(tài)的Fe2+，可高效催化Fenton氧化過程，在有效提高廢水生化可降解性的同時降低藥劑成本。后續(xù)MBBR生化工藝可有效抵抗污染負荷沖擊，提高生化效率，確保廢水穩(wěn)定達標。該聯(lián)合工藝對于鮮竹提取液生產(chǎn)廢水的處理展現(xiàn)了良好的適用性，在“雙碳”經(jīng)濟相關(guān)產(chǎn)業(yè)發(fā)展背景下具有廣闊的應(yīng)用前景。