申请日2017.05.05
公开(公告)日2017.08.11
IPC分类号C02F3/28; C02F101/20
摘要
本发明公开了一种有效控制含砷养殖废水厌氧处理过程中砷挥发的方法，可以通过降低厌氧污泥的含砷量、降低废水中有机物浓度以及添加硫、铁元素原位固定废水中可溶性无机砷三种方式控制含砷养殖废水厌氧处理过程中砷的挥发。
权利要求书
1.一种有效控制含砷养殖废水厌氧处理过程中砷挥发的方法，其特征在于：
含砷养殖废水厌氧处理过程中，控制厌氧污泥中含砷量低于50mg-As·kg-1，可以有效抑制挥发性砷的生成，砷挥发量可降低85-90%。
2.一种有效控制含砷养殖废水厌氧处理过程中砷挥发的方法，其特征在于：
含砷养殖废水厌氧处理过程中，控制废水中的有机物浓度低于500mg·L-1，可以有效抑制挥发性砷的生成，砷挥发量可降低85-96%。
3.一种有效控制含砷养殖废水厌氧处理过程中砷挥发的方法，其特征在于：
含砷养殖废水厌氧处理过程中，添加硫和铁元素，通过硫、铁和砷三者共沉淀的形式原位固定无机砷，从而控制砷的挥发。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：
硫和铁元素的添加是以Fe2(SO4)3的方式加入。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：
Fe2(SO4)3的投加量为0.5-10mg·L-1。
说明书
一种有效控制含砷养殖废水厌氧处理过程中砷挥发的方法
一、技术领域
本发明涉及一种有效控制含砷养殖废水厌氧处理过程中砷挥发的方法，属于污水处理技术及二次污染控制领域。
二、背景技术
20世纪40年代，有机砷制剂因其具有预防疾病和促进生长的功效开始大量用作畜禽饲料的添加剂。洛克沙胂(ROX)作为一种典型的有机砷饲料添加剂，其添加剂量为20-50mg·kg-1。大部分的ROX会随动物排泄物进入到环境或者养殖废水中。
养殖废水具有COD、SS和氨氮浓度高的特点。针对其废水特性，目前普遍应用厌氧处理工艺处理养殖废水。随着有机砷饲料添加剂的大量使用，养殖废水中砷等重金属残留问题日益备受关注。然而，当前养殖废水的处理更关注于常规污染物的去除而忽略了其中可能存在的砷等重金属污染问题。研究表明，有机砷在厌氧条件下会迅速的转化为3-氨基-4-羟基苯胂酸(HAPA)，进而毒性更大的无机砷(As(III)和As(V))随之释放出来。在微生物的作用下，无机砷通过甲基化形成挥发性砷。因而，在厌氧处理含砷养殖废水过程中，部分砷会由废水中进入大气环境而造成环境二次污染。此外，挥发性砷可以直接通过呼吸而被人体摄取。因此，为了保障环境安全和人类健康，如何解决含砷养殖废水厌氧处理过程中砷的挥成为了当前亟待解决的关键问题。
三、发明内容
本发明针对含砷养殖废水厌氧处理过程中砷易挥发的弊端，旨在提供一种有效控制含砷养殖废水厌氧处理过程中砷挥发的方法。
通过研究发现，砷的挥发可能与厌氧污泥的含砷量、废水中有机物浓度以及废水中可溶性无机砷浓度息息相关，因此可以通过以下三种方式控制含砷养殖废水厌氧处理过程中砷的挥发：
方式一：含砷养殖废水厌氧处理过程中，控制厌氧污泥中含砷量为1000-1500mg-As·kg-1时，20-50%的砷挥发可以得到有效控制;控制厌氧污泥中含砷量低于50mg-As·kg-1时，85-90%的砷挥发可以得到有效控制。可以通过监控厌氧反应器中活性污泥的含砷浓度并及时更换高砷污泥(高砷污泥是指污泥中砷浓度>1000mg-As·kg-1)，使污泥含砷量维持在较低水平，以有效控制挥发性砷的生成。
方式二：含砷养殖废水厌氧处理过程中，控制废水中的有机物浓度为500-1200mg·L-1时，砷挥发量可降低60-70%;控制废水中的有机物浓度低于500mg·L-1时，砷挥发量可降低85-96%。可以通过在进入厌氧工艺处理之前对废水采取预处理的方式削减部分有机污染物，有利于控制厌氧过程中砷的挥发。所述有机物是以挥发性脂肪酸为代表物质，包括乙酸、丙酸、异丁酸、正丁酸和戊酸。
方式三：含砷养殖废水厌氧处理过程中，添加硫和铁元素，通过硫、铁和砷三者共沉淀的形式原位固定无机砷，从而控制砷的挥发。5.52mg·L-1Fe2(SO4)3的添加可有效削减45-56%的砷挥发。
本发明通过静态厌氧批次试验和上流式厌氧污泥床(UASB)反应器实验两个方面来对含砷养殖废水厌氧处理过程中砷挥发的控制方式进行验证：
(1)静态厌氧批次试验研究
静态厌氧批次实验用于确定通过调整污泥中含砷量和废水中有机物浓度实现控制砷挥发的可能性。
合成废水配制：ROX浓度20-50mg·L-1，COD浓度0-3500mg·L-1，氨氮浓度为50-150mg·L-1，总磷浓度为1-20mg·L-1，进水温度为15-40℃，pH值为6-9，进水中按体积比为1:10000-1:5000添加微生物生长必需的元素。必需微量元素组成如下：MgCl2(0-10g·L-1)，MnSO4(0-5g·L-1)，CaCl2(0-30g·L-1)，ZnCl2(0-1g·L-1)，CuCl2(0-0.5g·L-1)，NiCl2(0-5g·L-1)，CoCl2(0-5g·L-1)。
厌氧颗粒污泥：采用三种含砷厌氧颗粒污泥(S0：0-50mg-As·kg-1;S1：1000-1500mg-As·kg-1;S2：3500-4000mg-As·kg-1)以验证污泥含砷量对砷挥发的影响，污泥接种量为1-5g-VSS·L-1。
运行条件：反应器为150mL有效容积的血清瓶，反应器温度控制在15-40℃。
(2)UASB反应器研究
在长期处理含砷废水的UASB反应器中，通过调控其进水中的砷沉积相关元素(硫和铁)，明晰硫和铁元素对于控制砷挥发的可能性。该反应器的参数设置如下：
进水参数控制：ROX浓度5-50mg·L-1，COD浓度500-5000mg·L-1，氨氮浓度为50-150mg·L-1，总磷浓度为1-20mg·L-1，进水温度为15-40℃，pH值为6-9，进水中按体积比为1:10000-1:5000添加微生物生长必需的元素。必需微量元素组成如下：MgCl2(0-10g·L-1)，MnSO4(0-5g·L-1)，CaCl2(0-30g·L-1)，ZnCl2(0-1g·L-1)，CuCl2(0-0.5g·L-1)，NiCl2(0-5g·L-1)，CoCl2(0-5g·L-1)。其中，Fe2(SO4)3中的硫和铁元素被报道可与砷结合，形成沉淀或沉淀以实现砷的原位固定，其添加量为0.5-10mg·L-1。
运行参数控制：污泥接种量为10kg-SS·m-3～30kg-SS·m-3，水力停留时间为5-24h，溶解氧浓度为0-0.5mg·L-1，反应器温度控制在15-40℃，上升流速为0.01-0.1m·h-1。反应器用于处理含砷废水研究，连续运行320天以上，其中第205-300天期间的进水中不添加Fe2(SO4)3。
本发明的有益效果体现在：
1、本发明以含砷养殖废水厌氧处理过程中控制砷挥发的三种技术策略为核心，能够实现砷挥发的有效控制，避免砷污染转移和二次污染的发生。
2、监测、控制厌氧污泥的含砷量，既能控制砷的挥发，又可反馈厌氧系统的工作状况。
3、利用预处理工艺降低废水中的有机物浓度以控制砷的挥发，实现了污水处理工艺与二次污染防控相结合。
4、利用添加硫、铁元素降低砷的挥发，经济可行，操作简单。
