申请日2017.07.14
公开(公告)日2017.10.24
IPC分类号C02F3/12; C02F103/16
摘要
本发明涉及一种处理电镀废水的好氧颗粒污泥培养方法，属于废水处理技术领域。本发明以絮状污泥为接种污泥，将絮状污泥连续曝气24～30h后投加到SBR反应器中;以人工合成模拟污水作为进水，在SBR反应器中对接种污泥进行驯化培养和改性，所述驯化培养和改性包括第一阶段、第二阶段和第三阶段，第一阶段、第二阶段和第三阶段的进水中均包含有微量元素，所述微量元素包括MgSO4、CaCl2、MnCl2、CuSO4、ZnSO4、CoCl2、K2Cr2O4、NiCl2，驯化培养和改性结束，得到好氧颗粒污泥，本发明针对含有多种重金属离子，且COD指标不达标的电镀废水，制得的好氧颗粒污泥可一次性处理以上电镀废水，达到规定排放要求。
权利要求书
1.一种处理电镀废水的好氧颗粒污泥培养方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、以絮状污泥为接种污泥，将絮状污泥连续曝气24～30h后投加到SBR反应器中;
S2、以人工合成模拟废水作为进水，在SBR反应器中对接种污泥进行驯化培养和改性，所述驯化培养和改性包括第一阶段、第二阶段和第三阶段，第一阶段、第二阶段和第三阶段的进水中均包含有微量元素，所述微量元素包括MgSO4、CaCl2、MnCl2、CuSO4、ZnSO4、CoCl2、K2Cr2O4、NiCl2，驯化培养和改性结束，得到好氧颗粒污泥。
2.根据权利要求1所述的好氧颗粒污泥培养方法，其特征在于，所述步骤S1中絮状污泥投加量为SBR反应器体积的30～40%。
3.根据权利要求1所述的好氧颗粒污泥培养方法，其特征在于，所述步骤S2中絮状污泥在SBR反应器中的接种浓度为3500～4200mg/L。
4.根据权利要求1所述的好氧颗粒污泥培养方法，其特征在于，所述步骤S2中第一阶段、第二阶段和第三阶段的进水中均包括乙酸钠、氯化铵、磷酸二氢钾和微量元素，以乙酸钠为碳源，氯化铵为氮源，磷酸二氢钾为磷源，控制COD浓度为250～400mg/L，氨氮浓度为25～35mg/L，磷浓度为6～10mg/L，并以碳酸氢钠来调节好氧颗粒污泥培养体系的pH至5.5～6.5。
5.根据权利要求1或4所述的好氧颗粒污泥培养方法，其特征在于，所述步骤S2中第一阶段的微量元素的浓度为，MgSO4 15～25mg/L，CaCl2 20～30mg/L，MnCl2 8～12mg/L，CuSO413～17mg/L，ZnSO4 8～12mg/L，CoCl2 3～7mg/L，K2Cr2O4 8～12mg/L，NiCl2 8～12mg/L。
6.根据权利要求1或4所述的好氧颗粒污泥培养方法，其特征在于，所述步骤S2中第二阶段的微量元素的浓度为，MgSO4 15～25mg/L，CaCl2 20～30mg/L，MnCl2 13～17mg/L，CuSO4 20～30mg/L，ZnSO4 15～25mg/L，CoCl2 3～7mg/L，K2Cr2O4 20～30mg/L，NiCl2 25～35mg/L。
7.根据权利要求1或4所述的好氧颗粒污泥培养方法，其特征在于，所述步骤S2中第三阶段的微量元素的浓度为，MgSO4 15～25mg/L，CaCl2 35～45mg/L，MnCl2 13～17mg/L，CuSO4 20～30mg/L，ZnSO4 15～25mg/L，CoCl2 3～7mg/L，K2Cr2O4 20～30mg/L，NiCl2 25～35mg/L，Na2S2O8 90～110mg/L。
8.根据权利要求1所述的好氧颗粒污泥培养方法，其特征在于，所述步骤S2中第一阶段持续5～8天，第二阶段持续8～10天，第三阶段持续5～6天。
9.根据权利要求1所述的好氧颗粒污泥培养方法，其特征在于，所述步骤S2中第一阶段、第二阶段和第三阶段的一个运行周期均为6h，每个运行周期按照进水-曝气-沉淀-排水的方式运行，其中进水时间4～6min，曝气时间337～343min，沉淀时间9～11min，排水时间4～6min，排水比为50～70%，曝气量为80～120L/h。
说明书
一种处理电镀废水的好氧颗粒污泥培养方法
技术领域
本发明属于废水处理技术领域，涉及一种处理电镀废水的好氧颗粒污泥培养方法。
背景技术
随着我国工业生产的快速发展，生产过程中产生越来越多含重金属离子的废水，该类废水若不经处理直接排放，会严重破坏生态环境，损害人体健康。污水中重金属的传统处理方法有离子交换法、化学沉淀法、膜方法(反渗析、电渗析、超滤)、活性炭吸附法等。但以上方法因处理成本较高、低浓度条件下处理效果较差、产物处置困难、易产生二次污染等原因而使其应用受到限制。如何经济有效地对废水中的重金属离子进行处理已成为水环境保护的重要课题。电镀废水是是一种对环境破坏较为严重的污染源，其有毒有害成分既包括汞、铜、铬、镉等重金属离子，也包括多种表面活性剂、蜡、矿物油等有机物，这些有机物随电镀后的水洗工序进入清洗水中，最终进入排放的废水中，构成了COD指标。目前利用化学混凝法和其他物理化学方法对这类废水的重金属处理可以达到排放要求，但对其中有机污染物的去除尚未有满意的方法，其原因在于电镀废水中的有害成分对微生物的毒害以及所含有机物的难降解性，通常的生物法处理难以达到排放标准。
好氧颗粒污泥是好氧条件下微生物通过自凝聚作用形成的高密度生物聚集体，好氧污泥颗粒由外向内可形成好氧区一缺氧区一厌氧区。由于其自身的结构特点以及氧扩散的限制，相比普通活性污泥，其具有沉降性能好、生物量高、耐冲击负荷等优点，能在高容积负荷条件下降解高浓度有机废水，在污水处理中得到了较为广泛的关注，具有广阔的应用前景。研究表明，好氧颗粒污泥表面含有大量的负电荷基团，如羧基、氨基、羟基等，这些基团可通过表面络合、离子交换、氧化还原、静电吸附等机理实现对重金属的去除。同时污泥内部的细菌可通过代谢作用等复杂的生化反应，将重金属吸收储备在细菌内部，达到富集和无害化的目的，但是由于重金离子对微生物有毒化作用，通常的微生物在吸收较少的重金属之后即变性或失去活性，无法继续进行后续处理。目前好氧颗粒污泥用于重金属废水无害化处理的方式主要是将好氧颗粒污泥进行干燥处理，利用其吸附剂功能通过物理化学机制去除污染物，但是由于干燥后的颗粒污泥丧失了生物活性，其吸附效果主要受颗粒污泥中微生物细胞表面组分和性质的影响，与生物的新陈代谢作用无关，对废水中的COD去除也没有有益的效果，且吸附容量较低，使得利用好氧颗粒污泥吸附效应处理重金属废水很难达到直接排放的标准，往往还需要组合后续处理工序才能达到排放标准，增加了额外的成本，因此单靠颗粒污泥的吸附作用难以应用到实际的重金属废水处理当中去。如中国专利申请CN103785361A公开了一种将颗粒污泥黄原酸化制备重金属吸附剂的方法，通过黄原酸化将颗粒污泥改性，制成高吸附容量的重金属黄原酸酯类吸附剂对重金属污染废水进行处理，具有较好的Cu2+去除效果，但是无法去除COD。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术存在的上述问题，提出了一种处理电镀废水的好氧颗粒污泥培养方法，该方法针对含有多种重金属离子，且COD指标不达标的电镀废水，制得的好氧颗粒污泥可一次性处理以上电镀废水，达到规定排放要求。
本发明的目的可通过下列技术方案来实现：
一种处理电镀废水的好氧颗粒污泥培养方法，包括以下步骤：
S1、以絮状污泥为接种污泥，将絮状污泥连续曝气24～30h后投加到SBR反应器中;
S2、以人工合成模拟污水作为进水，在SBR反应器中对接种污泥进行驯化培养和改性，所述驯化培养和改性包括第一阶段、第二阶段和第三阶段，第一阶段、第二阶段和第三阶段的进水中均包含有微量元素，所述微量元素包括MgSO4、CaCl2、MnCl2、CuSO4、ZnSO4、CoCl2、K2Cr2O4、NiCl2，驯化培养和改性结束，得到好氧颗粒污泥。
本发明根据实际电镀废水中污染物的种类及含量，采用特定的方法进行好氧颗粒污泥的培养，以用于电镀废水的处理，经过三个阶段的驯化培养、改性后，制得的好氧颗粒污泥呈黄褐色球形或椭球形颗粒，结构规则密实，颗粒表面和内部有丰富的孔隙通道，污泥粒径0.2-1.2mm，具有较好的沉降性能，微生物以球菌和杆菌为主，仅少量丝状菌。将本发明制得的好氧颗粒污泥用于处理含重金属且具有较高COD的电镀废水，可一次性处理含铬、铜、镍、锌等多种重金属，使之达到《GB21900-2008电镀污染物排放标准》规定的排放标准。
本发明在好氧颗粒污泥的培养驯化中根据实际电镀废水的主要重金属种类及含量添加了包含有微量重金属化合物(CuSO4、ZnSO4、K2Cr2O4、NiCl2)的微量元素，并采用分阶段运行的方式进行培养驯化和改性，使污泥中的微生物经过培养驯化能够逐步适应重金属离子的冲击，提高微生物对重金属的适应能力，使培养的好氧颗粒污泥形成对重金属的吸收处理能力，减少电镀废水处理过程中重金属对微生物的毒化作用。MgSO4、CaCl2、MnCl2、CoCl2是对活性颗粒污泥生长培养有益的几种微量元素，适量投加有利于污泥内微生物的生长，促进活性颗粒污泥的快速成型。本发明以污水处理中二沉池中的活性絮状污泥为接种污泥，先经过24～30h的连续曝气，使絮状污泥得到充分的吸氧、唤醒，逐步适应SBR反应器。
作为优选，所述步骤S1中絮状污泥投加量为SBR反应器体积的30～40%。
作为优选，所述步骤S2中絮状污泥在SBR反应器中的接种浓度为3500～4200mg/L。
在上述浓度范围内，絮状污泥具有较好的接种效果，也比较方便后续处理。
作为优选，所述步骤S2中第一阶段、第二阶段和第三阶段的进水中均包括乙酸钠、氯化铵、磷酸二氢钾和微量元素，以乙酸钠为碳源，氯化铵为氮源，磷酸二氢钾为磷源，控制COD浓度为250～400mg/L，氨氮浓度为25～35mg/L，磷浓度为6～10mg/L，并以碳酸氢钠调节好氧颗粒污泥培养体系的pH至5.5～6.5。
本发明将进水的COD、氨氮、磷的含量控制在上述范围内，使进水适于好氧颗粒污泥的驯化培养，并通过进水中各种成份的配合形成缓冲溶液，可应对电镀废水的冲击，保持体系pH值稳定。pH值过低不利于体系内微生物的培养，pH值过高则重金属易形成氢氧化物沉淀，同样不利于体系内微生物的驯化和培养，因此本发明将体系pH值控制在5.5～6.5，进而获得最佳的重金属及COD去除效果，
作为优选，所述步骤S2中第一阶段的微量元素的浓度为，MgSO4 15～25mg/L，CaCl220～30mg/L，MnCl2 8～12mg/L，CuSO4 13～17mg/L，ZnSO4 8～12mg/L，CoCl2 3～7mg/L，K2Cr2O4 8～12mg/L，NiCl2 8～12mg/L。
本发明在第一阶段添加了极少量的CuSO4、ZnSO4、K2Cr2O4、NiCl2对接种污泥进行培养驯化，使污泥能够适应几种重金属而不至于丧失活性。
作为优选，所述步骤S2中第二阶段的微量元素的浓度为，MgSO4 15～25mg/L，CaCl220～30mg/L，MnCl2 13～17mg/L，CuSO4 20～30mg/L，ZnSO4 15～25mg/L，CoCl2 3～7mg/L，K2Cr2O4 20～30mg/L，NiCl2 25～35mg/L。
在污泥逐步适应了几种重金属化合物第一阶段投加量的基础上，本发明在第二阶段提高了CuSO4、ZnSO4、K2Cr2O4、NiCl2的投加量，对颗粒污泥进行一定强度的重金属元素冲击，使其在承受冲击的过程中进一步适应较高浓度的重金属元素。
作为优选，所述步骤S2中第三阶段的微量元素的浓度为，MgSO4 15～25mg/L，CaCl235～45mg/L，MnCl2 13～17mg/L，CuSO4 20～30mg/L，ZnSO4 15～25mg/L，CoCl2 3～7mg/L，K2Cr2O4 20～30mg/L，NiCl2 25～35mg/L，Na2S2O8 90～110mg/L。
本发明的第三阶段为培养驯化和改性阶段，经过前两阶段的培养驯化后，好氧颗粒污泥已经能够承受接近实际电镀废水重金属元素浓度冲击，为了进一步提高好氧颗粒污泥对重金属的处理能力，本发明还在第三阶段的进水中添加了一定量的过硫酸钠Na2S2O8对好氧颗粒污泥进行改性。其原因在于，好氧颗粒污泥表面含有的多种基团可通过表面络合、离子交换、氧化还原、静电吸附等机理去除重金属离子，不同基团对不同重金属的吸附能力有差异，与其他基团相比，羧基基团与重金属离子的离子交换作用占主导作用，是好氧颗粒污泥吸附重金属离子的重要因素，具有氧化性的Na2S2O8可将好氧颗粒污泥表面的羟基等基团氧化成羧基基团，从而增加好氧颗粒污泥对重金属离子的吸附作用，提高重金属离子去除效果，尤其是提高铬的去除效果。Na2S2O8氧化能力适当，能将好氧颗粒污泥上富含的各种基团充分氧化为对重金属离子吸附和离子交换能力较强的羧基，不会造成微生物蛋白质和酶的氧化变性而失活。而且，Na2S2O8的反应产物硫酸盐的硫酸根是硫酸盐还原菌能量的来源，可被好氧颗粒污泥中的厌氧菌硫酸盐还原菌吸收，促进其生长繁殖，进而起到降低污水COD和增强重金属处理能力的作用。硫酸盐还原菌还原硫酸盐后的产物H2S可与电镀废水中的重金属离子结合为极难溶解的硫化物，从而起到分离重金属离子的作用。
相比于第一阶段，本发明在第二阶段和第三阶段增加了MnCl2的添加量，相比于第一阶段和第二阶段，本发明在第三阶段增加了CaCl2的投加量，适量的MnCl2与CaCl2协同作用，有助于调节好氧颗粒污泥粒径，使颗粒污泥的粒径保持在0.2～1.2mm，更适于处理含重金属元素的废水，适中的粒径大小，既保障了污泥里微生物的生存环境，又增加了污泥表面各种基团与重金属离子的接触面积，可起到最佳的处理效果。
作为优选，所述步骤S2中第一阶段持续5～8天，第二阶段持续8～10天，第三阶段持续5～6天。
本发明将培养驯化的各个阶段控制在上述时间内，时间过短，达不到培养驯化和适应重金属浓度的效果，时间过长，颗粒污泥达不到需要的粒径，同时也浪费能源。
作为优选，所述步骤S2中第一阶段、第二阶段和第三阶段的运行周期均为6h，每个运行周期按照进水-曝气-沉淀-排水的方式运行，其中进水时间4～6min，曝气时间337～343min，沉淀时间9～11min，排水时间4～6min，排水比为50～70%，曝气量为80～120L/h。
在本发明中，曝气时间过长，会由于营养物质不足、氧化作用过强而不利于微生物的增殖，使菌胶团解体，致使污泥颗粒细小，泥水分离效果变差，影响出水水质，如果曝气时间过短，有机物的吸附和氧化分解不充分，会导致有机污染物浓度过高，因此本发明将曝气时间控制在上述范围之内，可以保证良好的出水水质。在上述沉淀时间内SBR反应器内的污泥能形成一个清晰的泥水分离界面。
本发明针对电镀行业企业集中地区产生的电镀废水，其主要污染物含量为，铬10～100mg/L、铜10～50mg/L、镍5～50mg/L、锌5～50mg/L，pH值为3～6，COD为280～420mg/L。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明通过针对电镀废水重金属及COD特点进行人工进水配方的设计，对好氧颗粒污泥进行培养驯化和改性，使之能够快速适应，达到处理含多种重金属以及COD的废水的效果。经过18～24天的培养驯化和改性的好氧颗粒污泥相对普通活性污泥具有更高的重金属耐受能力和无害化能力，能够承受较高浓度的重金属电镀废水冲击，同时起到处理电镀废水中超标重金属及COD的作用，使好氧颗粒污泥能够应用于实际电镀废水处理中去。
