基于两级A/O高电导率电镀废水尾水深度处理过程研究

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电镀废水具有种类复杂、不易控制、毒性强等特点,被列为全球三大污染之一。该废水中的绝大部分重金属离子可通过传统的破络、酸碱中和等工艺去除,可达到《电镀污染物排放标准(GB21900-2008)》的排放要求。然而,电镀废水尾水中有机物、氨氮(NH4+-N)及总氮(TN)等污染物含量仍然偏高。在前道工序中氰化物的去除、重金属的破络及其他调节过程中会添加大量的NaCl、NaClO及HCl等,因此该废水的电导率通常达到12500μs/cm。现有的物化工艺(如高级氧化等)对该废水中有机物处理成本较高,还会产生大量污泥,带来二次污染,实际应用受到限制,同时该处理方法无法对含氮化合物进行有效处理。生物处理法不仅可以去除电镀废水尾中的COD(化学需氧量),而且可以同时去除NH4+-N、TN等,达到国家排放标准。本研究基于两级A/O的基础上,利用水解酸化池来提高电镀废水尾水的生化性,通过耦合生物膜来提高组合反应器中的污泥浓度,从而提高反应器的抗冲击力。本实验主要进行了组合反应器的驯化与启动,优化了反应器的运行参数,研究了在最佳运行状态对实际重金属废水尾水中污染物的去除效能,分析了稳定运行期组合系统中微生物群落的构成,并探讨了在不同浓度NaCl的冲击下该组合系统中活性污泥性能以及处理效果的变化情况。主要研究结论如下:(1)将两级A/O组合系统中污泥的驯化及启动分为人工配水阶段和实际废水阶段。经50 d后该组合系统对实际重金属废水尾水中的氮、碳有较稳定的去除效果,出水水质能到达国家一级A排放标准。(2)分别探究改变不同关键因子(水力停留时间和硝化液回流比)的情况下,该组合系统处理性能的响应情况,从而优化反应器的运行参数。在水力停留时间(HRT)从30 h增加到120 h时,该组合系统对COD及NH4+-N的去除率呈现先升后降的趋势,TN的去除率呈现不同幅度的提升。从控制运行能耗和脱氮除碳的效果考虑,HRT为60 h时较为适宜。当硝化液回流比从100%提高到250%时,该组合系统对COD和NH4+-N去除效果的影响较小,对TN的去除呈现先升后降的趋势。当回流比为200%时,TN的去除率最高,可作为最佳回流比。(3)在该组合反应器最佳运行条件下,对水质波动较大的实际重金属废水尾水进行深度处理。在整个运行期间,该组合系统对COD的平均去除率为83%,出水COD在50 mg/L以下;对NH4+-N的平均去除率高达97%,出水NH4+-N的平均浓度为0.49 mg/L;对TN的平均去除率为65%,出水TN的平均浓度为9.25 mg/L,出水水质可达到一级A排放标准。烷烃及杂环烃类物质是进水COD的主要成分,经该组合反应器处理后出水个仍有部分芳香族化合物和酯类有机物,是导致出水COD难以继续降低的主要原因。第一级A/O对COD、NH4+-N以及TN的去除率优于第二级A/O,三维荧光光谱分析也表明第二级A/O中的类色氨酸物质的荧光强度变化并不明显,但仍有其他物质在继续降解。第一级A/O对氮、碳的去除起着至关重要的作用,而第二级A/O能够保证出水水质达标排放。(4)在进水中通过添加不同质量的NaCl来模拟不同电导率对组合系统的冲击。当进水NaCl浓度在06 g/L时,该组合系统对氮、碳等仍具有较好的去除效果,出水水质能够达标排放。当进水NaCl的浓度增加到68 g/L时,COD、NH4+-N及TN的去除率下降,COD和TN的出水不能达标排放。当进水中NaCl的浓度继续增加到8 g/L时,COD、NH4+-N及TN的去除率急剧下降,该盐度对组合系统中的活性污泥及生物膜造成不可逆的伤害。当进水NaCl浓度在08 g/L时,分别对对照组污泥、AE1(好氧池1)活性污泥以及AE2(好氧池2)的活性污泥冲击,SOUR(比好氧速率)都呈现先升后降的趋势。接种污泥、AE1和AE2的SOUR分别在NaCl达到2 g/L、6 g/L和8 g/L时开始下降。随着盐度的升高,AE1和AE2的SOUR变化趋势相对接种污泥而言较为平缓,说明该组合系统中的微生物对Cl-有较好的抗冲击力。此外,盐度增加会影响活性污泥中EPS中的组成与结构,当进水中NaCl的浓度达到4 g/L时,PN/PS开始处于较低水平。该组合系统在进水NaCl浓度为06 g/L时,仍能保持较好的去除水平,对盐度具有较好的抗冲击力,但当NaCl的浓度超过8 g/L时会对组合系统造成不可逆的伤害。(5)在最佳运行条件下的第60天,利用高通量测序对ANA(水解酸化池)、AE1和AE2中的微生物菌群进行分析。在ANA、AE1和AE2中的优势菌门为Proteobacteria(变形菌门)。Anaerolineae(厌氧绳菌纲)为ANA(14.47%)中的优势菌纲;Alphaproteobacteria(α-变形菌纲)为AE1(25.1%)和AE2(21.8%)的优势菌纲。在AE1和AE2中,Nitrosomonas(4.81%、4.71%)和Nitrospira(4.94%、4.93%)分别是AOB和NOB中的优势菌种。在两级好氧池中也存在反硝化菌如Denitratisoma(AE1:1.28%;AE2:1.66%),证实了两级A/O好氧池中存在同步硝化与反硝化现象。此外,在两级A/O中存在一定量的耐盐菌属(Bacillus、Marinobacter、Hyphomicrobium等)与嗜盐菌属(Halomonas、Pseudomonas、Sphingopyxis等),因此该组合系统对含有一定量盐度的重金属废水尾水具较好的去除效果。
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