一种基于硫循环的脱氮除磷重金属污水处理方法与流程

1.本发明涉及废水处理及资源循环利用领域，特别是涉及一种基于硫循环的脱氮除磷重金属污水处理方法。


背景技术：

2.近年来，随着我国制造行业的迅速发展，对线路板及各种工业产品的需求量非常旺盛，这促进了印刷线路板及电镀等行业的发展，因此每年也会产生大量的重金属废水，而且所产生的废水量也在逐年增加。这些废液往往包含有一种或多种污染物，如氨盐和重金属离子等。由于氨氮含量高，即使通过蒸氨等物化手段进行氨水回收或通过化学法处理，其出水nh
4+-n浓度也能达到200-500mg
·
l-1
左右。运用传统的硝化反硝化工艺处理时硝化过程曝气需要大量的动力消耗，由于这类废水中的cod含量不高，同时需要投加甲醇作为反硝化碳源，导致处理成本高，处理难度大。
3.化学法主要通过氧化还原反应或中和沉淀反应讲有毒有害的物质分解为无毒、无害的物质或将重金属经沉淀和上浮法从废水中除去。物理法包括混凝法，吸附法和膜系统处理法。郑国海等利用uf膜、ro膜和mcr膜组处理电镀厂含镍废水，并实现镍回收。膜组清洗频率低、通量保持稳定、产水水质好，含镍固体中镍的纯度达90％以上。膜在处理废水的同时能有效回收重金属，但是膜易结垢，使用寿命短。石墨烯材料具有较大的比表面积、良好的化学稳定性，在重金属离子的吸附处理方面有突出的表现，但是该应用还处于探索阶段，仍需作深入的研究。吸附法操作简单，去除效率高，但是成本高，再生效率低。


技术实现要素：

4.本发明是要解决现有的含重金属废水生物处理过程中药剂投加量大，处理成本高的问题，而提供一种基于硫循环的脱氮除磷重金属污水处理方法。
5.一种基于硫循环的脱氮除磷重金属污水处理方法具体是按以下步骤进行：
6.一、重金属废水送入多级厌氧装置，经多级厌氧装置处理后，得到多级厌氧装置出水；
7.二、多级厌氧装置出水和多级好氧装置回流水共同作为多级兼性厌氧装置的进水，多级兼性厌氧装置中的微生物为硫自养反硝化菌和除磷菌；经多级兼性厌氧装置处理后，获得多级兼性厌氧装置出水；
8.三、多级兼性厌氧装置出水送入多级好氧装置，通过好氧微生物去除水中的氨氮及水中污染物。
9.本发明的有益效果是：
10.本发明充分利用了电镀废水的水质特征，创造不同的处理单元来实现不同微生物的驯化培养及单元之间功能的耦合，减少碳源使用量的同时实现脱氮除磷。首先在厌氧反应器中驯化培养硫酸盐还原菌，其能够利用重金属废水中的硫酸盐等含硫物质，产生硫化物，硫化物与重金属反应生成沉淀从而去除水中的重金属，多级厌氧处理提高了重金属离
子的去除效率。然后兼性厌氧反应器中富集培养自养反硝化菌，利用厌氧水中的硫化物和回流的好氧水中的硝酸盐及亚硝酸盐自养脱氮，实现总氮的去除，同时兼性厌氧反应器中的微生物同时能够实现磷的去除。曝气池中以培养硝化菌为主，将水中的氨氮氧化为硝酸根或亚硝酸根。在重金属存在的条件下，实现了废水的达标处理，实现了重金属的浓缩，提高了污泥资源化的价值。
附图说明
11.图1为本发明中各工艺段的主要污染物去除方式示意图；
12.图2为实施例1中出水cod含量的变化曲线；
13.图3为实施例1中对铜的去除情况变化曲线；其中1表示厌氧段，2表示兼性厌氧段，3表示好氧段；
14.图4为实施例1中出水氨氮含量的变化曲线；
15.图5为实施例1中出水总氮含量的变化曲线；
16.图6为实施例1中出水磷含量的变化曲线。
具体实施方式
17.具体实施方式一：本实施方式一种基于硫循环的脱氮除磷重金属污水处理方法具体是按以下步骤进行：
18.一、重金属废水送入多级厌氧装置，经多级厌氧装置处理后，得到多级厌氧装置出水；
19.二、多级厌氧装置出水和多级好氧装置回流水共同作为多级兼性厌氧装置的进水，多级兼性厌氧装置中的微生物为硫自养反硝化菌和除磷菌；经多级兼性厌氧装置处理后，获得多级兼性厌氧装置出水；
20.三、多级兼性厌氧装置出水送入多级好氧装置，通过好氧微生物去除水中的氨氮及水中污染物。
21.本实施方式中所述的多级反应装置均为2级或3级。
22.本实施方式分别培养驯化和富集活性污泥中的硫酸盐还原菌、自养反硝化菌，自养硝化菌等，实现功能微生物的富集。在厌氧段产生硫化物，去除水中的重金属，硫化物进入下一工艺段后则用于自养反硝化过程。由于在兼性段进行磷的去除及通过自养反硝化去除总氮，从而减少了碳源的投加量。
23.具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：步骤一中所述多级厌氧装置采用sbr厌氧反应器、uasb厌氧反应器或ic厌氧反应器，利用已驯化好的厌氧活性污泥进行生物强化处理，同时监测反应装置中cu元素、cod和s元素的浓度，按照实际需要cod:n:s的比例投加碳源及硫酸根。其他与具体实施方式一相同。
24.具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式二不同的是：多级厌氧装置中的水力停留时间为4～12h。其他与具体实施方式二相同。
25.具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一不同的是：步骤二中所述多级兼性厌氧装置采用sbr厌氧反应器、uasb厌氧反应器或ic厌氧反应器，利用已驯化好的活性污泥进行生物强化处理，调控体系中硝态氮含量和好氧回流水的水量。其他与具体实施方式
一相同。
26.具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式四不同的是：多级兼性厌氧装置中的水力停留时间为4～10h。其他与具体实施方式四相同。
27.具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一不同的是：步骤三中所述多级好氧装置为常规曝气池，利用已驯化好的活性污泥进行生物强化处理，调控曝气量控制水中溶解氧含量为5.0～6.0mg/l。其他与具体实施方式一相同。
28.具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式六不同的是：多级好氧装置中的水力停留时间为4～10h。其他与具体实施方式六相同。
29.具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式一不同的是：步骤三中所述好氧微生物为硝化菌或亚硝化菌。其他与具体实施方式一相同。
30.具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式一不同的是：分别在多级厌氧装置、多级兼性厌氧装置和多级好氧装置的活性污泥中投加生物增强剂；所述生物增强剂为纳米氧化锌、纳米纤维素或碳纳米管；所述生物增强剂的投加量按每公斤污泥投加0.02～0.05克的生物增强剂。其他与具体实施方式一相同。
31.具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式一不同的是：基于硫循环的脱氮除磷重金属污水处理方法还包括定期排出多级厌氧装置中的部分污泥，回收铜元素，并补充部分污泥；多级兼性厌氧装置和多级好氧装置根据污泥浓度排出部分污泥，控制装置中的污泥浓度。其他与具体实施方式一相同。
32.通过以下实施例验证本发明的有益效果：
33.实施例1：进水为某重金属废水处理厂化学沉淀池出水，进水流量为100l/h，回流流量为100l/h，实验运行分为5个阶段，阶段1为启动阶段，不加添加铜，让微生物适应水质，从阶段2开始往进水中添加硫酸铜，其中阶段2添加铜离子含量为26.6mg/l，阶段3添加铜离子含量为53.2mg/l，阶段4添加铜离子含量为83.3mg/l，阶段5添加铜离子含量为133mg/l。
34.中试工艺各工艺段出水cod含量如图2所示，进水cod为160～400mg/l，厌氧出水cod含量与进水相比有升高，随着硫酸铜的投加量不断增大，厌氧出水cod含量有升高的趋势。兼性出水cod含量下降较快，cod含量为10～650mg/l，各阶段好氧出水cod含量小于50mg/l，能够达到《电镀污染物排放标准》gb21900-2008中的排放要求。在阶段1(启动阶段)，开始启动第4天时，出水cod含量小于50mg/l，实现了反应器的启动。
35.生物处理工艺各工艺段出水中铜含量如图3所示，进水中铜含量小于0.2mg/l，厌氧出水中铜含量下降较快，表明厌氧微生物对铜的去除效果较好，但随着铜含量的升高，厌氧出水中铜的含量也不断升高，表明厌氧微生物对铜的去除能力有限。阶段1到阶段4兼性出水铜含量小于1mg/l，阶段5兼性出水铜含量随着运行时间的延长而不断升高，达到18.8mg/l，表明兼性反应器进水铜含量的超过了兼性反应器的去除能力，兼性反应器中的微生物受铜离子影响代谢能力减弱或逐渐死亡，在实验期间内，前4个运行阶段好氧出水铜含量小于0.2mg/l，能够达到《电镀污染物排放标准》gb21900-2008中的排放要求。实验结果表明，该生物除铜工艺能够对水中的铜离子进行有效的去除，但进水中铜离子浓度不应过高，该生物除铜工艺可以抵抗短期内铜含量的升高，但进水中铜离子含量长时间较高时，该工艺去除能力会逐渐减弱。实验期间污泥中的铜占比最高可达17.98％，在进水铜含量不过高的情况下，几乎可以实现水中铜离子的全部截留，污泥中铜占比高达17.98％，铜含量远
高于一般铜矿石中铜的含量，因此污泥中的铜实现资源化，具有较高的环境价值和经济价值。
36.生物处理工艺各工艺段出水中氨氮含量如图4所示，进水氨氮含量为24～75mg/l，各个运行阶段厌氧工艺中存在氨化作用导致厌氧出水氨氮含量均有升高。兼性工艺段出水氨氮含量下降较快，在加硫酸铜的运行阶段，兼性出水氨氮含量基本保持稳定，表明铜不会影响工艺对氨氮的去除。好氧出水氨氮含量不稳定，会有一定的波动，但能保证出水氨氮含量达到《电镀污染物排放标准》gb 21900-2008中的排放要求。在阶段1(启动阶段)，开始启动第7天时，出水氨氮含量小于5mg/l，达到排放标准，实现了反应器的快速启动。
37.生物处理工艺各工艺段出水中总氮含量如图5所示，由于微生物厌氧释磷，厌氧出水磷含量较进水有较大升高，兼性出水磷含量与厌氧出水相比下降较快，好氧出水磷含量进一步降低，基本能够保证出水磷含量小于1.5mg/l，出水能够达到《电镀污染物排放标准》gb21900-2008中的排放要求。
38.生物处理工艺各工艺段出水中总氮含量如图6所示，由于微生物厌氧释磷，厌氧出水磷含量较进水有较大升高，兼性出水磷含量与厌氧出水相比下降较快，好氧出水磷含量进一步降低，基本能够保证出水磷含量小于1.5mg/l，出水能够达到《电镀污染物排放标准》gb21900-2008中的排放要求。
39.综上，在铜离子含量低于83.3mg/l时，生物处理工艺出水中cod、氨氮、总氮、磷、铜离子含量均能达到《电镀污染物排放标准》gb 21900-2008中的排放要求。