【微水會•第32期】基于兩級AO的高電導率重金屬廢水的中試試驗研究

時間：2016-08-22 來源：微水會 作者：嚴群

微水會導語

重金屬廢水向來是污水處理中讓人頭疼的難處理工業廢水之一。由于傳統物理化學法存在處理成本高、易發生二次污染等，探索生物法處理、多種方法聯合處理或成未來重要發展方向。

本期微水會邀請到江南大學嚴群老師帶來最新中試研究，探究高電導率重金屬廢水基于兩級AO等一系列工藝處理的可行性。

嘉賓：嚴群 整理：馮茹 統籌：潘鵬

背景：

重金屬主要指汞(Hg)、鎘(Cd)、鉛(Pb)、鉻(Cr)、砷(As)、銅(Cu)、鋅(Zn)、鈷(Co)、鎳(Ni)等，它們以不同的形態存在于環境之中，并在環境中遷移、積累。隨著我國工業的快速發展，重金屬廢水污染問題日漸突出，江河湖庫底質的污染率高達80.1%。其來源廣，水量大，采礦、冶金、化工等行業是水體中主要的人為污染源。

目前，對于重金屬廢水處理，主要有化學沉淀法、氧化還原法、吸附法、離子交換法、膜分離技術、電化學法及生物處理法等。其中生物法處理具有成本低、效益高、易管理、無二次污染的特點，有利于生態環境的改善。此外，通過基因工程、分子生物學等技術應用，可使生物具有更強的吸附、絮凝、整治修復能力。再言，隨著趨嚴的環保要求，很多時候，單一的方法往往很難取得較好效果，同時使用兩種或者多種方法，發揮各技術長處，更好更快地實現達到治理重金屬廢水的目的。

微水會·第32期

主題：基于兩級AO的高電導率重金屬廢水的中試試驗研究

話題：

1、試驗目的

2、組合反應器的啟動與運行

3、C/N/P去除效果數據分析

4、結論與建議

嘉賓介紹：嚴群 江南大學 博士、副教授

微水會·精彩講堂

一、中試試驗啟動運行

1、試驗水質及流程概覽

廢水來自于依托于某電鍍集中區的廢水處理中心，內有50余條電鍍生產線，水質比較復雜。目前，水量大概為2-3000噸/天，主要重金屬為鎳（含離子態、絡合態），銅，鉻，鋅等。重金屬廢水前段（非生化段）處理的主要工藝為次氯酸鈉破絡，再加堿沉淀；也是造成后段生化處理是電導率居高不下的主要原因。

水質特點：電導率高；前段處理工藝運行不穩定，有時會有重金屬殘余。

（注：將前段除重金屬后的水與其他水配比得到）

出水指標盡量靠攏《電鍍污染物排放標準》（GB21900-2008）表3標準。

工藝流程：

2、系統運行

所接種污泥來自周邊某生化制藥企業廢水處理裝置，養泥過程中硝化液回流系統及曝氣系統正常開啟。在UASB（酸化反應器）中試進水COD加入適量葡萄糖以提高BC比。

反應器啟動初期，污泥生長效果不好，不能形成很好的顆粒，有時甚至會浮起。這一階段持續30-40天。經過這一階段，污泥濃度基本穩定，鏡檢生物相鐘蟲、累枝蟲、吸管蟲增多。原生動物的出現大概表明反應裝置中污泥（即微生物菌群）的馴化告一段落。裝置中所投加填料上出現掛膜，微生物量逐漸增加。

工藝流程后段平板膜的存在，一方面截留了訓化出來的微生物流失；另一方面，出水重金屬離子濃度進一步下降。

二、C/N/P去除效果分析

1、C的去除

裝置對COD的去除率大約穩定在70%以上，出水COD大概在40-70mg/L左右。鑒于工業生產廢水特性，進水水質波動大，有時會帶來沖擊，但最高時出水COD不會高于80mg/L。

2、N的去除

由于硝化細菌生長周期較長，在訓化初期，出水氨氮高于進水氨氮。穩定階段，出水氨氮的平均值為0.9 mg/L以下，遠低于表3排放標準中8 mg/L的要求。這說明該裝置的設計及工藝控制對硝化和反硝化微生物的富集是成功的。

在12次隨機檢測過程中，出水總氮最高為14.3 mg/L，最低為4 mg/L，低于表3規定的15 mg/L的要求。

3、P的去除

該裝置對總磷的去除沒有達到預期效果，出水中總磷有時還會高于進水。一方面，反應器在運行中未進行剩余污泥排放；另一方面，運行過程中，曝氣池溶氧過高。僅從生化除磷角度考慮，恐怕該工藝無能為力。

原因分析：應該是除磷菌的生長出現了困難，或者其與脫碳以及脫氮微生物不能很好地共存，或者沒有找到其適合生長的條件。

后續嘗試：故嘗試了化學法，協同生物法除磷。采用課題組自制藥劑：改性硅酸鈣。加入改性硅酸鈣后，出水總磷最低為0.22 mg/L左右，但距離長期穩定在該水平，還有很長的路要走。

三、中試小結及后續工作：

1、微生物對COD、氨氮的去除率一直處于較高水平，表面微生物訓化成功，能夠適應含重金屬和高含鹽量的水質，且活性較強。

2、該工藝可抗受近15000US/cm的高電導率。

3、后續會進行高通量測序工作，以確定不同反應器中微生物的種群結構和豐度，深入探究耐高電導率廢水的根本原因。

4、尋找更多的此類廢水進行試驗，以進一步改進裝置及工藝條件。

微水會·答疑討論

▷1、電鍍廢水鎳從0.8mg/L降為0.5mg/L以下有什么好的辦法？

答：這個需要看廢水中鎳是何種形態。對于Ni2+，一般來說pH調整到10以上幾乎就沒有了；對于絡合態鎳而言，必須通過破絡，或者直接加重捕劑（有一類重捕劑不需要破絡）也可以做到，但水量大的話成本會上升。

▷2、為何取制藥的污泥來馴化，跟電鍍廢水生化所需菌種有差異吧？厭氧系統對pH有什么要求？

答：污泥的來源只是就地取材；厭氧系統對pH要求不高，我們厭氧段進水pH為7-9。

▷3、除磷效果差，是在哪一個階段？厭氧系統后還是AO后監測的？

答：所有的指標均為整個工藝結束后的指標，并未分段。

▷4、厭氧反應器剛啟動階段，不能形成很好顆粒的原因是什么呢？有沒有采取措施？

答：最主要的原因就是污泥不能一下子適應這么高的電導率。再加上初期溶解氧偏高。

▷5、pH在4左右對厭氧系統有影響嗎？

答：影響肯定有的，通常厭氧段的廢水應該控制在中性偏堿。

▷6、生化各工序的停留時間根據什么設計的呢？

答：工藝設計時，現有一個總水量控制。進水流量控制在2-4 L/h，厭氧反應器有效容積60 L，A/O兩端分別為20 L和40 L，以此類推，得出處理負荷。當然在實際運行過程中還需要進行微調，因為對A/O工藝而言，最重要的是污泥回流和硝化液回流。

▷7、對于除磷，可以理解為主要還是依靠排泥來達到效果的嗎？由于該系統沒有排泥，所以磷的除去效果沒有。

答：這種說法很對，沒考慮排泥的原因是舍不得把富集到的微生物放走。但更深層次的原因個人覺得生物除磷在這種工況下可能需要另作別論，即在高電導率廢水生化處理過程中，除磷微生物的生存。

▷8、這里厭氧反應器是否可理解為深度水解反應器？

答：不完全是，我們最初考慮的是重金屬廢水就算有COD，但其實并不能直接適合微生物生產。所以先加厭氧，起到部分酸化的效果。

▷9、改性硅酸鈣除磷原理應該是鈣和磷反應生成磷酸鈣沉淀去除的吧？

答：原理是離子交換，但最終和磷酸鈣的生成有關。

▷10、這個厭氧系統的微生物主要種群是哪些？

答：由于外部因素，現除裝置在運行外，其他工作處停頓狀態，該工作會在后續完成。

▷11、重金屬截留會造成富集，長期運行有沒有中毒的可能？

答：微生物為何能耐受高電導率，初步估計是和微生物種群結構的改變有關，但更直接的證據有賴高通量測序的結果。且這電導率是經過摸索得到的，大于2萬的話，真不行。

▷12、進水COD很低，好像最高才400mg/L多一點，設置厭氧的主要考慮是水解嗎？

答：確實是出于水解考慮。

▷13、既然作為水解，如果減少這級厭氧有數據影響嗎？

答：有影響，我們還嘗試過減少一級AO，對最后出水影響很大。

▷14、高鹽理解，問題是重金屬。重金屬離子是不是會造成蛋白質結構的破壞，并且富集作用可能會體現，哪怕有排泥。還有硅酸鈣和普通的石灰、鐵鹽等有做過對磷的去除差異嗎？

答：從近四個月的結果來看，運行一直比較穩定。改性硅酸鈣不同于普通的硅酸鈣，甚至石灰，是一種更致密的水合物。

▷15、中試成本有計算過嗎？

答：中試工藝工藝成本真沒算過，但業主單位全程參與，應該不是問題。

▷16、工程化適當提高好氧池曝氣量，可能會對除磷有點作用？

答：高曝氣量對某類微生物的富集不利。更直接的影響是沒有辦法實現兩級AO。針對不同水質，工況還需另行調整。

微水會·結束語

首先非常感謝嚴群老師分享基于兩級AO工藝處理高電導率重金屬廢水的中試研究。

本期微水會中，嚴老師以某電鍍中心廢水探究實驗條件下該處理工藝技術對這一廢水的可行性和適用性，進而驗證其在理論上的可行性。分別從碳、氮、磷的去除效果來驗證該工藝，坦誠指出，總磷的去除效果未達預期，并就原因予以分析總結，配合采用化學法，加入自主研制的改性硅酸鈣，達到了一定的去除效果，但要維持長期穩定出水還待繼續探究。

后續也將深入進行微生物結構及豐度的探究，進一步完善工藝條件�？傮w來講，這一組合處理工藝對碳及氮的去除效果優異，且可耐受高電導率。答疑討論環節，嚴老師就改性硅酸鈉除磷原理、生化工序停留時間、設置厭氧目的、耐受高電導率原因等予以解答。

就目前來講，生物法處理由于微生物的培養和馴化周期較長，多數處于實驗室及中試階段，實現工程化推廣還需進一步研究和完善。總之，未來重金屬廢水的治理應在工藝簡單易維護、成本投資低廉的基礎上，實現節能減排、資源回收。

微水會貼心通知：

8月16-17日中國城市發展與規劃大會于長沙舉辦，水世界參與及承辦水系規劃與水生態修復、海綿城市規劃與建設、城市綜合管廊規劃與建設三個分論壇，故此8月18日未舉行微水會，8月25日繼續與您相約一起分享探討技術。

最后微水會小編告訴大家好消息，規劃大會水世界微水會深度參與，將后續帶來專家演講報告及專家訪談。

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