CN115057529A - 一种重金属废水的厌氧生物处理方法 - Google Patents

一种重金属废水的厌氧生物处理方法 Download PDF

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Abstract

一种重金属废水的厌氧生物处理方法，涉及一种重金属废水的处理方法。本发明是要解决现有的含铬废水难处理的技术问题。本发明通过培养驯化厌氧微生物菌群，通过微生物的生长代谢活动和对重金属的异化作用本发明创新之处在于：重金属离子对于微生物具有毒害作用，在处理体系中投加Fe2+可以提高微生物对重金属离子的耐受能力，并且Fe2+能够与硫化物生成FeS沉淀，从而减轻硫化物对厌氧微生物的毒害作用。本发明提出的重金属废水的厌氧生物转化及去除方法使重金属废水达标排放，解决重金属废水对环境的危害问题。同时，重金属富集到污泥中，可以对污泥中的重金属进行后续的回收和再利用，产生一定的经济价值。

Description

一种重金属废水的厌氧生物处理方法
技术领域
本发明涉及一种重金属废水的处理方法。
背景技术
重金属过量排放到水体中易造成生态平衡的破坏，铬元素被美国环保署列为最具毒性的污染物之一，它以三价和六价化合物的形式存在。铬被广泛用于电镀、制革、化工、颜料、冶金、耐火材料等行业，这些行业往往废水产量大，如果不能进行有效处理，则会造成巨大的环境污染。由于六价铬的高溶解性，它比三价铬更具有生物毒性。研究表明，六价铬化合物能够干扰重要的酶体系，经口、呼吸道或皮肤接触吸收后能引起“三致”作用。因此，含铬废水必须严格控制六价铬的质量浓度，达标后才能允许排放。
目前，含铬废水的处理方法主要有铁氧体法、离子交换法、电渗析法、吸附法、电解法和生物法等。生物处理技术生物法处理废水一直是水处理领域研究的热点，因为它具有资源丰富、效率高、投资低、选择性强以及不产生二次污染等优点。生物法处理含铬废水主要包括氧化还原、离子交换、形成配位化合物和静电吸引等机理，主要以投加生物吸附剂和生物絮凝剂的方式来完成。生物处理能够节约化学药剂的使用，能够同步去除水中的COD、氨氮等污染物，减少了废渣的产量，是一种有前景的处理方法。
发明内容
本发明是要解决现有的含铬废水难处理的技术问题，而提供一种重金属废水的厌氧生物处理方法。
本发明的重金属废水的厌氧生物处理方法是按以下步骤进行的：
将待处理的含铬重金属废水通过厌氧装置处理后，进入沉淀池进行静置泥水分离，分离后的污泥一部分回流至厌氧装置保证污泥的浓度为4500mg/L～6000mg/L，另一部分回收处理，回收其中的铬离子；
所述的厌氧装置中的污泥为驯化的活性污泥，驯化污泥的浓度为4500mg/L～6000mg/L；在厌氧装置中按照驯化的活性污泥的重量添加0.02g/kg的纳米氧化锌提高生物活性；
厌氧装置的工作条件为：控制溶解氧含量小于0.2mg/L，ORP为-300mv～-500mv，工作温度为25℃～30℃，水力停留时间为2d～4d；
所述的驯化的活性污泥的驯化方法如下：
(1)将溶质溶于水中配制驯化药剂，1升驯化药剂中溶质的加入量为：尿素0.5g、白砂糖2g、硫酸亚铁0.2g、磷酸二氢钾0.1g、硝酸钠0.1g、硫酸镁0.1g、乳酸钠2mL、硫酸钠2g、氯化钙0.01g和硫酸亚铁0.01g；
(2)取长期稳定运行的污水处理厂二沉池的污泥，通过过筛去除污泥中粒径大于2mm的颗粒物，然后加入待处理的含铬重金属废水，含铬重金属废水与污泥的体积比为1:(3～5)，混合均匀得到混合液，向混合液中加入步骤(1)中的驯化药剂，混合液与驯化药剂的体积比为(7～10):1，搅拌均匀，再密封，每24h搅拌一次，每2天加一次驯化药剂，加入量和第一次加入时相同，常温下密闭厌氧放置4天～8天；所述的待处理的含铬重金属废水中铬元素的含量为25mg/L～32mg/L；
(3)污泥驯化完后静沉分层，去掉上部含泥量少的污水，然后加入硫酸亚铁，硫酸亚铁的加入量为每1L污泥中加入0.05g～0.2g的硫酸亚铁，搅拌均匀，得到驯化的活性污泥。
本发明通过培养驯化厌氧微生物菌群，通过微生物的生长代谢活动和对重金属的异化作用处理含铬废水，主要机制为：
(1)通过微生物产生的代谢产物与重金属离子反应生成沉淀物，使有毒有害的重金属离子以无毒或低毒的重金属沉淀物形式从水中去除；
(2)微生物分泌的特异性的氧化还原酶或代谢产物可以使重金属离子发生氧化还原反应，将毒性强的氧化态重金属离子直接还原成低毒性或无毒的离子，再通过一定的方法使废水中重金属离子得以去除；重金属离子对微生物具有一定的毒害作用，通过投加一定浓度的Fe2+可以促进厌氧微生物的生长，并且Fe2+能够与硫化物生成FeS沉淀，从而减轻硫化物对厌氧微生物的毒害作用。
本发明创新之处在于：
(1)厌氧微生物的还原在pH为4～9均可进行，微生物在处理低pH的重金属废水具有很大的优势；
(2)重金属离子对于微生物具有毒害作用，在处理体系中投加Fe2+可以提高微生物对重金属离子的耐受能力，并且Fe2+能够与硫化物生成FeS沉淀，从而减轻硫化物对厌氧微生物的毒害作用；
(3)硫酸盐还原菌异化还原SO4 2-的过程需消耗氢离子，Fe2+的投加可以促进硫酸盐还原菌对SO4 2-的还原，使得体系的pH升高，不用另外额外投加药剂调节处理体系的pH，降低处理成本。
本发明提出的重金属废水的厌氧生物转化及去除方法使重金属废水达标排放，解决重金属废水对环境的危害问题。同时，重金属富集到污泥中，可以对污泥中的重金属进行后续的回收和再利用，产生一定的经济价值。
具体实施方式
具体实施方式一：本实施方式为一种重金属废水的厌氧生物处理方法，具体是按以下步骤进行的：
将待处理的含铬重金属废水通过厌氧装置处理后，进入沉淀池进行静置泥水分离，分离后的污泥一部分回流至厌氧装置保证污泥的浓度为4500mg/L～6000mg/L，另一部分回收处理，回收其中的铬离子；
所述的厌氧装置中的污泥为驯化的活性污泥，驯化污泥的浓度为4500mg/L～6000mg/L；在厌氧装置中按照驯化的活性污泥的重量添加0.02g/kg的纳米氧化锌提高生物活性；
厌氧装置的工作条件为：控制溶解氧含量小于0.2mg/L，ORP为-300mv～-500mv，工作温度为25℃～30℃，水力停留时间为2d～4d；
所述的驯化的活性污泥的驯化方法如下：
(1)将溶质溶于水中配制驯化药剂，1升驯化药剂中溶质的加入量为：尿素0.5g、白砂糖2g、硫酸亚铁0.2g、磷酸二氢钾0.1g、硝酸钠0.1g、硫酸镁0.1g、乳酸钠2mL、硫酸钠2g、氯化钙0.01g和硫酸亚铁0.01g；
(2)取长期稳定运行的污水处理厂二沉池的污泥，通过过筛去除污泥中粒径大于2mm的颗粒物，然后加入待处理的含铬重金属废水，含铬重金属废水与污泥的体积比为1:(3～5)，混合均匀得到混合液，向混合液中加入步骤(1)中的驯化药剂，混合液与驯化药剂的体积比为(7～10):1，搅拌均匀，再密封，每24h搅拌一次，每2天加一次驯化药剂，加入量和第一次加入时相同，常温下密闭厌氧放置4天～8天；所述的待处理的含铬重金属废水中铬元素的含量为25mg/L～32mg/L；
(3)污泥驯化完后静沉分层，去掉上部含泥量少的污水，然后加入硫酸亚铁，硫酸亚铁的加入量为每1L污泥中加入0.05g～0.2g的硫酸亚铁，搅拌均匀，得到驯化的活性污泥。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：所述的厌氧装置是由单个或多个厌氧反应器串联设置，所述的厌氧反应器为厌氧SBR反应器、厌氧UASB反应器或厌氧IC反应器。其他与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二不同的是：在厌氧装置中，根据重金属废水中的COD:S的质量比为(1.2～2):1添加硫酸根。其他与具体实施方式一或二相同。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式三不同的是：所述的硫酸根为硫酸钠。其他与具体实施方式三相同。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式四不同的是：所述的厌氧装置中待处理的含铬重金属废水的COD为100mg/L～300mg/L。其他与具体实施方式四相同。
用以下试验对本发明进行验证：
实施例1：本试验为一种重金属废水的厌氧生物处理方法，具体是按以下步骤进行的：
将COD含量为100mg/L～300mg/L的重金属废水通入厌氧UASB反应器中，厌氧反应器的工作温度27℃，溶解氧含量0.1mg/L，驯化污泥浓度5000mg/L，水力停留时间为3d，ORP为-300mv；
所述的驯化的活性污泥的驯化方法如下：
(1)将溶质溶于水中配制驯化药剂，1升驯化药剂中溶质的加入量为：尿素0.5g、白砂糖2g、硫酸亚铁0.2g、磷酸二氢钾0.1g、硝酸钠0.1g、硫酸镁0.1g、乳酸钠2mL、硫酸钠2g、氯化钙0.01g和硫酸亚铁0.01g；
(2)取长期稳定运行的污水处理厂二沉池的污泥，通过过筛去除污泥中粒径大于2mm的颗粒物，然后加入待处理的含铬重金属废水，含铬重金属废水与污泥的体积比为1:(3～5)，混合均匀得到混合液，向混合液中加入步骤(1)中的驯化药剂，混合液与驯化药剂的体积比为(7～10):1，搅拌均匀，再密封，每24h搅拌一次，每2天加一次驯化药剂，加入量和第一次加入时相同，常温下密闭厌氧放置4天～8天；所述的待处理的含铬重金属废水中铬元素的含量为25mg/L～32mg/L；
(3)污泥驯化完后静沉分层，去掉上部含泥量少的污水，然后加入硫酸亚铁，硫酸亚铁的加入量为每1L污泥中加入0.15g的硫酸亚铁，搅拌均匀，得到驯化的活性污泥。
厌氧反应器的出水进入回收沉淀池进行泥水分离，分离后的污泥一部分回流至厌氧生物段保证驯化污泥浓度为5000mg/L，另一部分污泥进行回收处理，回收其中大量的铬离子。
分别在厌氧UASB反应器运行11天、21天、41天、61天进行取样，实施例1得到的厌氧SBR反应器的出水总铬含量变化和六价铬含量变化详见表1和表2。
表1总铬含量变化表
取样时间(天) 厌氧反应器进水(mg/L) 厌氧反应器出水(mg/L)
11 28.62 0.52
21 27.12 0.36
41 31.56 0.11
61 29.10 0.06
表2六价铬含量变化表
取样时间(天) 厌氧反应器进水(mg/L) 厌氧反应器出水(mg/L)
11 27.22 0.30
21 26.39 0.26
41 29.17 0.08
61 26.60 0.03
在反应器运行的第61天，实施例1出水中的总铬含量小于1mg/L，六价铬含量小于0.2mg/L，满足《污水排入城镇下水道水质标准》(GB T 31962-2015)。
实施例2
与实施例1相同，不同之处在于：厌氧装置为SRB反应器，水力停留时间为3d，驯化培养的活性污泥中硫酸亚铁的加入量为每1L驯化污泥中加入硫酸亚铁0.2g。
分别在厌氧SBR反应器运行11天、21天、41天、61天进行取样，对厌氧反应器出水中的Cr6+含量进行检测，Cr6+含量为除波动外基本小于0.5mg/L，总铬含量除波动外基本小于1.5mg/L。
实施例3
与实施例1相同，不同之处在于：厌氧装置为IC反应器，反应器的水力停留时间为3d，驯化培养的活性污泥中硫酸亚铁的加入量为每1L驯化污泥中加入铁粉0.2g。
分别在厌氧IC反应器运行11天、21天、41天、61天进行取样，对厌氧反应器出水中的Cr6+含量进行检测，Cr6+含量为除波动外基本小于0.5mg/L，总铬含量除波动外基本小于1.5mg/L。

Claims (5)

1.一种重金属废水的厌氧生物处理方法，其特征在于重金属废水的厌氧生物处理方法是按以下步骤进行的：
将待处理的含铬重金属废水通过厌氧装置处理后，进入沉淀池进行静置泥水分离，分离后的污泥一部分回流至厌氧装置保证污泥的浓度为4500mg/L～6000mg/L，另一部分回收处理，回收其中的铬离子；
所述的厌氧装置中的污泥为驯化的活性污泥，驯化污泥的浓度为4500mg/L～6000mg/L；在厌氧装置中按照驯化的活性污泥的重量添加0.02g/kg的纳米氧化锌提高生物活性；
厌氧装置的工作条件为：控制溶解氧含量小于0.2mg/L，ORP为-300mv～-500mv，工作温度为25℃～30℃，水力停留时间为2d～4d；
所述的驯化的活性污泥的驯化方法如下：
(1)将溶质溶于水中配制驯化药剂，1升驯化药剂中溶质的加入量为：尿素0.5g、白砂糖2g、硫酸亚铁0.2g、磷酸二氢钾0.1g、硝酸钠0.1g、硫酸镁0.1g、乳酸钠2mL、硫酸钠2g、氯化钙0.01g和硫酸亚铁0.01g；
(2)取长期稳定运行的污水处理厂二沉池的污泥，通过过筛去除污泥中粒径大于2mm的颗粒物，然后加入待处理的含铬重金属废水，含铬重金属废水与污泥的体积比为1:(3～5)，混合均匀得到混合液，向混合液中加入步骤(1)中的驯化药剂，混合液与驯化药剂的体积比为(7～10):1，搅拌均匀，再密封，每24h搅拌一次，每2天加一次驯化药剂，加入量和第一次加入时相同，常温下密闭厌氧放置4天～8天；所述的待处理的含铬重金属废水中铬元素的含量为25mg/L～32mg/L；
(3)污泥驯化完后静沉分层，去掉上部含泥量少的污水，然后加入硫酸亚铁，硫酸亚铁的加入量为每1L污泥中加入0.05g～0.2g的硫酸亚铁，搅拌均匀，得到驯化的活性污泥。
2.根据权利要求1所述的一种重金属废水的厌氧生物处理方法，其特征在于所述的厌氧装置是由单个或多个厌氧反应器串联设置，所述的厌氧反应器为厌氧SBR反应器、厌氧UASB反应器或厌氧IC反应器。
3.根据权利要求1所述的一种重金属废水的厌氧生物处理方法，其特征在于在厌氧装置中，根据重金属废水中的COD:S的质量比为(1.2～2):1添加硫酸根。
4.根据权利要求1所述的一种重金属废水的厌氧生物处理方法，其特征在于所述的硫酸根为硫酸钠。
5.根据权利要求1所述的一种重金属废水的厌氧生物处理方法，其特征在于所述的厌氧装置中待处理的含铬重金属废水的COD为100mg/L～300mg/L。
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