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Cu2+和Ni2+对水解-MBR工艺处理效能的影响特性

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文档简介:

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

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