Cu2＋和Ni2＋对水解－MBR工艺处理效能的影响特性

第４９卷第２期２０１７年２月哈尔滨工业大学学报ＪＯＵＲＮＡＬＯＦＨＡＲＢＩＮＩＮＳＴＩＴＵＴＥＯＦＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹＶｏｌＣＯＤ的去除率达７５．０８％．陆道峰等［１１］采用水解酸化结合改良型Ａ／Ｏ工艺对电镀废水进行处理，为了降低电镀废水中有毒有害物质对生物处理系统的冲击，将电镀废水和生活污水按１∶３比例混合后进入生物处理单元，对ＣＯＤ、ＮＨ４＋－Ｎ去除率可达８３％和９８％．随着国家新的《电镀污染物排放标准》（ＧＢ２１９００—２００８）启动实施，对电镀废水的ＣＯＤ、ＮＨ４＋－Ｎ、ＴＮ等生化指标排放限值显著提高［１２］，如何在多种重金属存在条件下使电镀废水达标排放，成为急需解决的主要问题．近年来，膜生物反应器（ｍｅｍｂｒａｎｅｂｉｏｒｅａｃｔｏｒ，ＭＢＲ）因占地小、容积负荷高、污泥产量少、出水水质高等特点广泛应用于各种类型污水处理中［１３－１５］，以满足更高的排放要求．但在大多数ＭＢＲ反应器中，反硝化受到抑制，系统的脱氮效率受到影响．针对电镀废水的水质特点，本研究采用了水解酸化作为ＭＢＲ预处理手段，同时为提高系统的脱氮能力，在ＭＢＲ中设置缺氧区，对好氧区的硝化液进行回流［１６－１８］，并以重金属离子Ｃｕ２＋和Ｎｉ２＋为代表，研究了不同质量浓度的重金属冲击下对水解－ＭＢＲ工艺处理电镀废水效能的影响，以及水中溶解性有机物（ｄｉｓｓｏｌｖｅｄｏｒｇａｎｉｃｍａｔｔｅｒ，ＤＯＭｓ）的变化及微生物活性的变化，以期为该组合工艺的在电镀废水处理工程应用提供技术支持．１实验１．１实验用水反应器启动期间，采用哈尔滨工业大学二校区的生活污水进行驯化培养微生物，其水质特征如表１所示．参考重金属的毒性和电镀废水排放标准，综合考虑后向生活污水中投加重金属（Ｃｕ２＋和Ｎｉ２＋）和电镀中常用的表面活性剂（十二烷基磺酸钠）、光亮剂（糖精钠）和稳定剂（聚乙二醇）模拟电镀废水．水中十二烷基磺酸钠、糖精钠、聚乙二醇的质量浓度分别为２．５、１、３．５ｍｇ／Ｌ，重金属冲击实验分３阶段进行，不同阶段Ｃｕ２＋、Ｎｉ２＋的质量浓度分别为５、１０和２０ｍｇ／Ｌ．表１水质特征Ｔａｂ．１ＷａｔｅｒｑｕａｌｉｔｙｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓＣＯＤ／（ｍｇ·Ｌ－１）ＮＨ４＋－Ｎ／（ｍｇ·Ｌ－１）ＴＰ／（ｍｇ·Ｌ－１）ｐＨ温度／℃２５０～４４０３０～４０３．５～６．０６．４～７．６１０～１８１．２实验装置水解－ＭＢＲ反应装置由水解反应器和ＭＢＲ反应器组成（见图１），记为ＨＭＢＲ工艺．ＭＢＲ反应器有效容积２０Ｌ，水解反应器有效容积为１１．８Ｌ．反应器由有机玻璃制成，其中水解反应器直径Ｄ＝１５０ｍｍ，有效高度６７０ｍｍ，有效容积为１１．８Ｌ，ＭＢＲ规格为Ｌ×Ｂ×Ｈ＝４００ｍｍ×２００ｍｍ×２５０ｍｍ，总有效容积为２０Ｌ．水解反应器和ＭＢＲ的水力停留时间（ｈｙｄｒａｕｌｉｃｒｅｔｅｎｔｉｏｎｔｉｍｅ，ＨＲＴ）分别为５和９ｈ．水解反应器采用连续进水、连续出水的运行方式，由进水泵控制停留时间．ＭＢＲ采用连续进水、间歇出水的运行方式，出水通过三针式液位计进行控制，保证进水流速小于出水速度．中空纤维膜直接浸入到反应器中与废水接触，中空纤维膜的材质为聚偏氟乙烯（ＰＶＤＦ），孔径为０．２μｍ，膜面积为０．２ｍ２．由压力传感器检测跨膜压差（ｔｒａｎｓｍｅｍｂｒａｎｅｐｒｅｓｓｕｒｅｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ，ＴＭＰ），当压力为０．２ＭＰａ时，取出膜组件进行清洗．ＭＢＲ反应器改进后增加缺氧区，有效容积为４Ｌ．在ＭＢＲ反应器的好氧区设置微孔曝气管，采用曝气泵进行不间断曝气，由转子流量计控制曝气量，曝气量为１４ｍＬ／ｍｉｎ．硝化液回流通过蠕动泵完成，回流比为１５０％．对照反应装置为单独ＭＢＲ反应器，记为ＭＢＲ工艺．反应器进水与ＨＭＢＲ工艺进水保持一致，其他运行参数不变．实验以每６ｄ为一个阶段，每阶段结束后，改用生活污水纯培养，使系统的微生物活性恢复．当连续２ｄ的ＣＯＤ去除率稳定在８５％以上，恢复期结束，开始下一阶段实验．123115746891021—水箱；2—进水泵；3—水解反应器；4—中空纤维膜组件；5—穿孔曝气管；6—三针式液位计；7—气体流量计；8—真空表；9—真空泵；10—曝气泵；11—膜生物反应器图１水解－ＭＢＲ反应器示意Ｆｉｇ．１Ｓｃｈｅｍａｔｉｃｄｉａｇｒａｍｏｆｔｈｅｌａｂ⁃ｓｃａｌｅｈｙｄｒｏｌｙｓｉｓａｃｉｄｉｆｉｃａｔｉｏｎ⁃ＭＢＲｒｅａｃｔｏｒ１．３污泥接种ＭＢＲ反应器的接种污泥取自哈尔滨市某污水厂Ａ／Ｏ池好氧段的污泥，水解池的污泥取自污泥消化间．在启动阶段，反应器利用生活污水采用间歇运行方式并监测ＣＯＤ指标，反应器经过１０ｄ的启动培养，对ＣＯＤ去除率稳定在８０％左右，采用连续进水的方式运行．最终控制水解反应器中污泥质量浓度在８０００ｍｇ／Ｌ左右，ＭＢＲ反应器中污泥质量浓度在４５００ｍｇ／Ｌ