【微水会•第32期】基于两级AO的高电导率重金属废水的中试试验研究

时间:2016-08-22 来源:微水会 作者:严群

微水会导语

重金属废水向来是污水处理中让人头疼的难处理工业废水之一。由于传统物理化学法存在处理成本高、易发生二次污染等,探索生物法处理、多种方法联合处理或成未来重要发展方向。

本期微水会邀请到江南大学严群老师带来最新中试研究,探究高电导率重金属废水基于两级AO等一系列工艺处理的可行性。

嘉宾:严群 整理:冯茹 统筹:潘鹏

背景:

重金属主要指汞(Hg)、镉(Cd)、铅(Pb)、铬(Cr)、砷(As)、铜(Cu)、锌(Zn)、钴(Co)、镍(Ni)等,它们以不同的形态存在于环境之中,并在环境中迁移、积累。随着我国工业的快速发展,重金属废水污染问题日渐突出,江河湖库底质的污染率高达80.1%。其来源广,水量大,采矿、冶金、化工等行业是水体中主要的人为污染源。

目前,对于重金属废水处理,主要有化学沉淀法、氧化还原法、吸附法、离子交换法、膜分离技术、电化学法及生物处理法等。其中生物法处理具有成本低、效益高、易管理、无二次污染的特点,有利于生态环境的改善。此外,通过基因工程、分子生物学等技术应用,可使生物具有更强的吸附、絮凝、整治修复能力。再言,随着趋严的环保要求,很多时候,单一的方法往往很难取得较好效果,同时使用两种或者多种方法,发挥各技术长处,更好更快地实现达到治理重金属废水的目的。

微水会·第32期

主题:基于两级AO的高电导率重金属废水的中试试验研究

话题:

1、试验目的

2、组合反应器的启动与运行

3、C/N/P去除效果数据分析

4、结论与建议

嘉宾介绍:严群 江南大学 博士、副教授

微水会·精彩讲堂

一、中试试验启动运行

1、试验水质及流程概览

废水来自于依托于某电镀集中区的废水处理中心,内有50余条电镀生产线,水质比较复杂。目前,水量大概为2-3000吨/天,主要重金属为镍(含离子态、络合态),铜,铬,锌等。重金属废水前段(非生化段)处理的主要工艺为次氯酸钠破络,再加碱沉淀;也是造成后段生化处理是电导率居高不下的主要原因。

水质特点:电导率高;前段处理工艺运行不稳定,有时会有重金属残余。

(注:将前段除重金属后的水与其他水配比得到)

出水指标尽量靠拢《电镀污染物排放标准》(GB21900-2008)表3标准。

工艺流程:

2、系统运行

所接种污泥来自周边某生化制药企业废水处理装置,养泥过程中硝化液回流系统及曝气系统正常开启。在UASB(酸化反应器)中试进水COD加入适量葡萄糖以提高BC比。

反应器启动初期,污泥生长效果不好,不能形成很好的颗粒,有时甚至会浮起。这一阶段持续30-40天。经过这一阶段,污泥浓度基本稳定,镜检生物相钟虫、累枝虫、吸管虫增多。原生动物的出现大概表明反应装置中污泥(即微生物菌群)的驯化告一段落。装置中所投加填料上出现挂膜,微生物量逐渐增加。

工艺流程后段平板膜的存在,一方面截留了训化出来的微生物流失;另一方面,出水重金属离子浓度进一步下降。

二、C/N/P去除效果分析

1、C的去除

装置对COD的去除率大约稳定在70%以上,出水COD大概在40-70mg/L左右。鉴于工业生产废水特性,进水水质波动大,有时会带来冲击,但最高时出水COD不会高于80mg/L。

2、N的去除

由于硝化细菌生长周期较长,在训化初期,出水氨氮高于进水氨氮。稳定阶段,出水氨氮的平均值为0.9 mg/L以下,远低于表3排放标准中8 mg/L的要求。这说明该装置的设计及工艺控制对硝化和反硝化微生物的富集是成功的。

在12次随机检测过程中,出水总氮最高为14.3 mg/L,最低为4 mg/L,低于表3规定的15 mg/L的要求。

3、P的去除

该装置对总磷的去除没有达到预期效果,出水中总磷有时还会高于进水。一方面,反应器在运行中未进行剩余污泥排放;另一方面,运行过程中,曝气池溶氧过高。仅从生化除磷角度考虑,恐怕该工艺无能为力。

原因分析:应该是除磷菌的生长出现了困难,或者其与脱碳以及脱氮微生物不能很好地共存,或者没有找到其适合生长的条件。

后续尝试:故尝试了化学法,协同生物法除磷。采用课题组自制药剂:改性硅酸钙。加入改性硅酸钙后,出水总磷最低为0.22 mg/L左右,但距离长期稳定在该水平,还有很长的路要走。

三、中试小结及后续工作:

1、微生物对COD、氨氮的去除率一直处于较高水平,表面微生物训化成功,能够适应含重金属和高含盐量的水质,且活性较强。

2、该工艺可抗受近15000US/cm的高电导率。

3、后续会进行高通量测序工作,以确定不同反应器中微生物的种群结构和丰度,深入探究耐高电导率废水的根本原因。

4、寻找更多的此类废水进行试验,以进一步改进装置及工艺条件。

微水会·答疑讨论

▷1、电镀废水镍从0.8mg/L降为0.5mg/L以下有什么好的办法?

答:这个需要看废水中镍是何种形态。对于Ni2+,一般来说pH调整到10以上几乎就没有了;对于络合态镍而言,必须通过破络,或者直接加重捕剂(有一类重捕剂不需要破络)也可以做到,但水量大的话成本会上升。

▷2、为何取制药的污泥来驯化,跟电镀废水生化所需菌种有差异吧?厌氧系统对pH有什么要求?

答:污泥的来源只是就地取材;厌氧系统对pH要求不高,我们厌氧段进水pH为7-9。

▷3、除磷效果差,是在哪一个阶段?厌氧系统后还是AO后监测的?

答:所有的指标均为整个工艺结束后的指标,并未分段。

▷4、厌氧反应器刚启动阶段,不能形成很好颗粒的原因是什么呢?有没有采取措施?

答:最主要的原因就是污泥不能一下子适应这么高的电导率。再加上初期溶解氧偏高。

▷5、pH在4左右对厌氧系统有影响吗?

答:影响肯定有的,通常厌氧段的废水应该控制在中性偏碱。

▷6、生化各工序的停留时间根据什么设计的呢?

答:工艺设计时,现有一个总水量控制。进水流量控制在2-4 L/h,厌氧反应器有效容积60 L,A/O两端分别为20 L和40 L,以此类推,得出处理负荷。当然在实际运行过程中还需要进行微调,因为对A/O工艺而言,最重要的是污泥回流和硝化液回流。

▷7、对于除磷,可以理解为主要还是依靠排泥来达到效果的吗?由于该系统没有排泥,所以磷的除去效果没有。

答:这种说法很对,没考虑排泥的原因是舍不得把富集到的微生物放走。但更深层次的原因个人觉得生物除磷在这种工况下可能需要另作别论,即在高电导率废水生化处理过程中,除磷微生物的生存。

▷8、这里厌氧反应器是否可理解为深度水解反应器?

答:不完全是,我们最初考虑的是重金属废水就算有COD,但其实并不能直接适合微生物生产。所以先加厌氧,起到部分酸化的效果。

▷9、改性硅酸钙除磷原理应该是钙和磷反应生成磷酸钙沉淀去除的吧?

答:原理是离子交换,但最终和磷酸钙的生成有关。

▷10、这个厌氧系统的微生物主要种群是哪些?

答:由于外部因素,现除装置在运行外,其他工作处停顿状态,该工作会在后续完成。

▷11、重金属截留会造成富集,长期运行有没有中毒的可能?

答:微生物为何能耐受高电导率,初步估计是和微生物种群结构的改变有关,但更直接的证据有赖高通量测序的结果。且这电导率是经过摸索得到的,大于2万的话,真不行。

▷12、进水COD很低,好像最高才400mg/L多一点,设置厌氧的主要考虑是水解吗?

答:确实是出于水解考虑。

▷13、既然作为水解,如果减少这级厌氧有数据影响吗?

答:有影响,我们还尝试过减少一级AO,对最后出水影响很大。

▷14、高盐理解,问题是重金属。重金属离子是不是会造成蛋白质结构的破坏,并且富集作用可能会体现,哪怕有排泥。还有硅酸钙和普通的石灰、铁盐等有做过对磷的去除差异吗?

答:从近四个月的结果来看,运行一直比较稳定。改性硅酸钙不同于普通的硅酸钙,甚至石灰,是一种更致密的水合物。

▷15、中试成本有计算过吗?

答:中试工艺工艺成本真没算过,但业主单位全程参与,应该不是问题。

▷16、工程化适当提高好氧池曝气量,可能会对除磷有点作用?

答:高曝气量对某类微生物的富集不利。更直接的影响是没有办法实现两级AO。针对不同水质,工况还需另行调整。

微水会·结束语

首先非常感谢严群老师分享基于两级AO工艺处理高电导率重金属废水的中试研究。

本期微水会中,严老师以某电镀中心废水探究实验条件下该处理工艺技术对这一废水的可行性和适用性,进而验证其在理论上的可行性。分别从碳、氮、磷的去除效果来验证该工艺,坦诚指出,总磷的去除效果未达预期,并就原因予以分析总结,配合采用化学法,加入自主研制的改性硅酸钙,达到了一定的去除效果,但要维持长期稳定出水还待继续探究。

后续也将深入进行微生物结构及丰度的探究,进一步完善工艺条件。总体来讲,这一组合处理工艺对碳及氮的去除效果优异,且可耐受高电导率。答疑讨论环节,严老师就改性硅酸钠除磷原理、生化工序停留时间、设置厌氧目的、耐受高电导率原因等予以解答。

就目前来讲,生物法处理由于微生物的培养和驯化周期较长,多数处于实验室及中试阶段,实现工程化推广还需进一步研究和完善。总之,未来重金属废水的治理应在工艺简单易维护、成本投资低廉的基础上,实现节能减排、资源回收。

微水会贴心通知:

8月16-17日中国城市发展与规划大会于长沙举办,水世界参与及承办水系规划与水生态修复、海绵城市规划与建设、城市综合管廊规划与建设三个分论坛,故此8月18日未举行微水会,8月25日继续与您相约一起分享探讨技术。

最后微水会小编告诉大家好消息,规划大会水世界微水会深度参与,将后续带来专家演讲报告及专家访谈。

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