印染废水具有有机物含量高、色度高以及可生化性能差的特点，属于难于直接生化处理的工业废水。目前，印染废水的处理有化学法(氧化法、混凝法)、生物法(厌氧、好氧工艺)以及物理化学法(吸附法、膜技术法)。但这几种方法对印染废水的处理有效果一般或者处理成本高、处理过程不易控制等缺点。近年来，国内外采用电化学法处理印染废水取得了不错的进展。电化学法处理印染废水主要有铁碳微解法、电絮凝电气浮法以及电催化氧化法。而铁碳微解法是通过废水中存在的易氧化、易还原以及导电介质自发进行反应从而达到废水处理的目的，在印染废水脱色及生化预处理方面的效果良好。
为了进一步提高废水处理的出水水质，电化学法组合其他工艺也是近年来发展的热点。曝气膜生物反应器(MABR)是一种通过疏水性中空纤维膜对微生物进行无泡曝气，通过生物膜对废水中有机物的降解和氧化达到对高浓有机废水净化的目的，对废水中的COD具有很高的去除率。
本研究采用铁碳内电解法与MABR组合工艺处理河北省某纺织厂的印染废水，探究去除废水中污染物的优化运行条件。
1、实验部分
1.1 废水水质
该厂生产的的染料主要为酸性染料，如弱酸性大红GL、弱酸性黄RXL、酸性橙AGT等系列染料。因此，原水水质呈酸性，高COD、低BOD5的特点。实验时选取的废水COD为900mg/L，BOD5为190mg/L，pH为5.0，SS的质量浓度400mg/L，色度360倍。研究主要考察废水中COD及色度(印染废水的处理难点)的去除情况。
COD、BOD5等的测定方法均按文献。其中COD测定为重铬酸钾法，BOD5测定为稀释接种法，色度测定采用稀释倍数法，SS的含量测定为过滤法，pH测定为酸度计测定。
1.2 实验方法
对取回的废水采用物化法进行预处理，其目的一是降低污染物的含量，二是提高污染物的可生化性，铁碳内电解可将工业废水中长链或难降解有机物质进行转化为易降解的有机物;并优化物化反应条件。之后将物化处理后的废水接入MABR系统进行优化。
1.2.1 物化处理
取5个500mL的烧杯，分别加入300mL水样，置于烧杯中;加入不同比例的铁碳混合物;调节不同pH，在烧杯中通入连接空气泵的曝气头，最后取上清液测定COD及色度。
对所取水样，进行铁碳质量比(1:1、2:1、3:1、4:1、5:1)，采用不同pH(2.0、3.0、4.0、5.0)，不同的反应时间(1、2、3、4、5、6h)，考察COD、色度处理效果，以确定合适的反应条件。
1.2.2 生化处理
MABR实验装置如图1所示。
反应器材质为有机玻璃，有效容积3.8L，废水体积流量10.5mL/min。曝气膜材质为聚丙烯，膜平均孔径为50nm。系统温度保持在室温，并且进水pH保持在6～9。压缩空气通过气泵供应给膜内腔。气体压力和流量分别用阀门控制并通过气体流量计进行调节。膜内压力保持在25kPa。在生物膜挂膜培养阶段，将1L的活性污泥投入反应器，采用逐渐增大进水COD的方式进行培养15～20d后，形成稳定的生物膜后，认为驯化成功。
对物化处理后的废水，进行COD负荷及水力停留时间(HRT)的优化。
2、结果与讨论
2.1 物化处理
2.1.1 铁碳质量比的影响
在pH为5(原水)、曝气反应时间为5h时，选取不同铁碳质量比进行单因素实验。出水的COD及色度去除率随不同铁碳质量比的变化情况如图2所示。
从图2可以看出，不同的铁碳质量比对应不同的COD及色度去除率。对于COD而言，在铁碳质量比3:1时，去除率达到最大。原因是合适的铁碳比能使微电池的数量达到最大，从而释放更多的自由基，达到去除污染物的目的。而对于色度的去除，铁盐具有脱色作用，因此铁的含量则占据主导，从而出现高铁碳比色度去除仍有一定的上升。综合而言，选择铁碳质量比3:1为佳。
2.1.2 pH影响
在铁碳质量比为3:1、曝气反应时间5h时，调节不同pH进行单因素实验，结果如表1所示。
从表1可以看出，pH越低，COD及色度去除率越高，这是铁碳微电解的性质决定的。但是由于去除率相差不大，而且原水的原始pH为5.0，呈酸性。从经济的角度而言，选取原始pH为5是合适的。
2.1.3 曝气反应时间的影响
在铁碳质量比为3:1、pH为5.0(原水)时，选取不同曝气反应时间进行单因素实验，结果见图3。
从图3可以看出，反应时间越长，去除效果越好。当反应时间为6h时，其去除率基本与5h持平，说明铁碳微电解已经进行到后期。因此，选取反应时间5h为宜。
2.1.4 优化反应条件下的处理
从以上实验中可以知优化的反应条件，铁碳质量比为3:1、pH为5.0(原水)、曝气反应时间为5h。在此优化条件下反应后的废水水质情况如表2所示。
从表2可以看出，COD和色度都有了较大的去除(去除率分别为55.2%和75.0)。微电解反应中，新生态氢及新生态的Fe2+，具有高活性，其在水中溶解氧存在下，能与污染物发生氧化还原反应，破坏某些有机物质的分子结构，达到降解有机物的目的。正因为如此，水中BOD5的会有所提高。同时，由于Fe2+的氢氧化物及盐既是良好的脱色剂，又是极好的混凝剂，因此，对于悬浮物有很好的去除。
对铁碳微电解的原水和处理后水进行红外光谱分析如图4所示。
从图4可以看出，原水中含有较多有机物如芳香族取代物(波数1200cm-1处)、苯环取代物(波数750cm-1处)等，波峰起伏较为明显。经过微电解处理后，特征吸收明显减少，难降解有机污染物也有了很大去除。
2.2 生化处理
2.2.1 MABR的挂膜
取污水处理厂曝气池中活性污泥混合液，加入反应器中，循环24h后排空，之后重新加入混合液后继续进行循环，1周后开始连续进水并逐渐加大进水负荷，15d后膜面出现黄色生物膜，且逐渐加厚并布满膜面，认为挂膜成功，此时开始进物化处理后的废水，并对反应器进行优化。
2.2.2 COD负荷优化
在HRT为6h时，选取不同COD负荷(4、5、6、7、8、9g/(m2•d))进行单因素实验。出水的COD及色度去除率随COD负荷的变化情况如图5所示。
从图5可以看出，COD负荷在4～7g/(m2•d)时，去除率逐渐升高;而随着COD负荷的进一步升高，去除率降低。原因是负荷低时，微生物营养不够，需要底料满足生理需要;而负荷太高，则会抑制微生物的生长。同理，色度的去除也出现同样情况。综合考虑选取COD负荷为7g/(m2•d)。
2.2.3 HRT优化
在COD负荷为7g/(m•2d)时，选取不同HRT(2、3、4、5、6、7h)进行单因素实验，结果如图6所示。
从图6可以看出，COD和色度的去除率随着HRT的升高而升高，但是HRT为6h和7h的去除率相差不大，因此，从经济角度选取6h。这与汪舒怡的研究结果相似。
2.3 组合工艺处理效果
组合工艺处理(稳定运行30d)后的出水水质情况如表3所示。
从表3可以看出，经组合工艺处理后，出水水质可满足GB4287-2012规定的要求。COD、BOD5、SS、色度去除率分别可达93.8%、88.9%、92.5%、91.6%。
3、结论
采用铁碳微电解-曝气膜生物反应器(物化-生化)组合工艺对河北省某印染厂的工业废水进行了处理。铁碳微电解处理时，在铁碳质量比3:1、pH为5、曝气反应时间4h的优化条件下，COD、色度的去除率分别为55%、75%;MABR处理时，COD负荷为7g/(m•2d)、HRT为6h下，处理效果为优。
组合工艺处理对印染废水COD、色度的平均去除率分别为93.8%、91.6%，处理后出水水质可满足GB4287-2012的排放要求。(来源：唐山市规划建筑设计研究院环境工程所)
