某黃金礦山采用全泥氰化工藝，處理能力為500t/d，產(chǎn)生的廢水量為1800m3/d。該廢水中含有大量的COD、硫氰酸鹽及氰化物等典型污染物，經(jīng)現(xiàn)有生物處理單元處理后，出水中氰化物可達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)。但是，硫氰酸鹽及氰化物生物降解的同時(shí)，不可避免地產(chǎn)生副產(chǎn)物———氨氮。生物處理單元中，硝化細(xì)菌及亞硝酸鹽氧化菌受水溫、重金屬離子、氰化物、硫氰酸鹽等因素的影響，時(shí)常發(fā)生出水中氨氮超標(biāo)的現(xiàn)象。因此，為保障當(dāng)?shù)厮h(huán)境質(zhì)量和礦山的正常生產(chǎn)，亟需開發(fā)新的、后續(xù)的污水處理工藝，以提高氨氮的處理效率和處理系統(tǒng)最終出水水質(zhì)。

　　本文針對(duì)廢水水質(zhì)特征(包括抑制特性、氨氮、亞硝酸鹽氮)，采用生化法對(duì)其進(jìn)行處理試驗(yàn)，探討了HMBR法對(duì)氨氮和COD的去除特征，確定了最佳試驗(yàn)條件，為其工業(yè)化應(yīng)用提供技術(shù)支撐。

　　1、試驗(yàn)部分

　　1.1 儀器及藥劑

　　試驗(yàn)儀器：UV-1700紫外分光光度計(jì)；DELTA320pH計(jì)；AA6300原子吸收分光光度計(jì)；IC1000離子色譜儀;化學(xué)滴定裝置。

　　試驗(yàn)藥劑：葡萄糖、碳酸鈉、檸檬酸、次氯酸鈉、EDTA-2Na、磷酸、氫氧化鈉，試驗(yàn)所用藥劑均為分析純。

　　1.2 試驗(yàn)系統(tǒng)

　　整個(gè)反應(yīng)體系包括：外排水箱、復(fù)合式膜生物反應(yīng)器(HMBR)、曝氣系統(tǒng)、進(jìn)出水系統(tǒng)、控制系統(tǒng)和回流系統(tǒng)等。其中，復(fù)合式膜生物反應(yīng)器主體總有效容積60L，缺氧區(qū)有效容積10L，并設(shè)置攪拌器。整個(gè)試驗(yàn)系統(tǒng)見圖1。

　　1.3 礦山外排水水質(zhì)

　　試驗(yàn)期間，取該黃金礦山外排水(HMBR進(jìn)水)進(jìn)行水質(zhì)分析，結(jié)果見表1。

　　由表1可知：礦山外排水中氨氮、COD質(zhì)量濃度分別為29.99～310.65mg/L、45.24～140.30mg/L，均超過了GB8978—1996《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定的要求(氨氮≤15mg/L、COD≤100mg/L)。此外，礦山外排水pH值5.63～7.82，平均值6.19，遠(yuǎn)低于硝化細(xì)菌和反硝化細(xì)菌的最佳生存pH值7.0～7.2。

　　2、試驗(yàn)結(jié)果與討論

　　2.1 系統(tǒng)運(yùn)行條件

　　試驗(yàn)條件：缺氧區(qū)+好氧區(qū)+膜區(qū)，三級(jí)完全混合式反應(yīng)器串聯(lián)運(yùn)行，控制好氧區(qū)DO為2～3mg/L，污泥濃度控制在10000～12000mg/L，整個(gè)系統(tǒng)實(shí)際水力停留時(shí)間(HRT)為2.34d，回流比為600%，膜面積為0.1m2，膜區(qū)采用動(dòng)態(tài)曝氣方式，在線化學(xué)清洗措施為“檸檬酸+水-次氯酸鈉”。根據(jù)水質(zhì)特征和處理目標(biāo)，在好氧區(qū)pH為弱酸性(運(yùn)行工況(Ⅰ))及中性(運(yùn)行工況(Ⅱ))條件下，以活性污泥方式運(yùn)行，研究HMBR法對(duì)氨氮和COD等典型污染物的去除特征。系統(tǒng)具體運(yùn)行條件見表2。

　　2.2 氨氮去除特征

　　2.2.1 運(yùn)行工況(Ⅰ)

　　在運(yùn)行工況(Ⅰ)條件下，啟動(dòng)階段同步增加進(jìn)水COD(采用葡萄糖為碳源)及礦山外排水比例，控制碳氮比3.0gCOD/gTN左右;運(yùn)行階段，為緩解膜污染，好氧區(qū)pH控制在弱酸性條件下(好氧區(qū)目標(biāo)pH值6.00～6.80)，碳氮比2.0～4.0gCOD/gTN(最佳為3.0gCOD/gTN左右)。動(dòng)態(tài)曝氣運(yùn)行周期為12min，運(yùn)行-間歇時(shí)間分別采用10min-2min及8min-4min。在pH弱酸性條件下，好氧區(qū)pH變化特征及HMBR對(duì)礦山外排水中氨氮的去除特征見圖2和圖3。

　　由圖2可知：?jiǎn)?dòng)階段(0～24d)，好氧區(qū)pH值控制在5.85～7.51(pH逐步降低);運(yùn)行階段(25～124d)，好氧區(qū)pH值控制在5.13～6.50。

　　由圖3可知：?jiǎn)?dòng)階段(0～24d)，礦山外排水氨氮質(zhì)量濃度為47.58～507.25mg/L，HMBR出水氨氮質(zhì)量濃度降為0.28～23.11mg/L，氨氮去除率為95.44%～99.41%。運(yùn)行階段(25～124d)，礦山外排水氨氮質(zhì)量濃度為432.26～793.13mg/L，HMBR出水氨氮質(zhì)量濃度降為0.56～216.67mg/L，氨氮去除率為63.91%～99.89%?！　≡谶\(yùn)行工況(Ⅰ)條件下，運(yùn)行-間歇時(shí)間由10min-2min改變?yōu)?min-4min，HMBR對(duì)氨氮的去除特征并未發(fā)生大的改變。在運(yùn)行-間歇時(shí)間為10min-2min的運(yùn)行階段(25～92d)，HMBR出水氨氮質(zhì)量濃度降為0.56～216.67mg/L，氨氮去除率為63.91%～99.89%;在運(yùn)行-間歇時(shí)間為8min-4min的運(yùn)行階段(93～124d)，HMBR出水氨氮質(zhì)量濃度降為62.50～200.65mg/L，氨氮去除率為70.52%～90.32%。

　　在運(yùn)行工況(Ⅰ)條件下，HMBR出水氨氮的達(dá)標(biāo)率僅為26.09%，其出水水質(zhì)無法滿足處理要求。

　　經(jīng)計(jì)算，在運(yùn)行工況(Ⅰ)條件下(運(yùn)行周期12min，運(yùn)行-間歇時(shí)間分別采用10min-2min及8min-4min，平均水溫25℃)，氨氮的去除速率為0.020～0.023kgN-NH3/(kgMLSS•d)。換算為20℃水溫條件下氨氮的去除速率為0.014～0.016kgN-NH3/(kgMLSS•d)，該去除速率為城市污水處理廠(無任何抑制因素，水溫20℃，氨氮的平均去除速率為0.018kgN-NH3/(kgMLSS•d))氨氮去除速率的78%～89%。

　　2.2.2 運(yùn)行工況(Ⅱ)

　　在運(yùn)行工況(Ⅱ)條件下，啟動(dòng)階段同步增加進(jìn)水COD(采用葡萄糖為碳源)及礦山外排水比例，控制碳氮比2.5gCOD/gTN左右;運(yùn)行階段，好氧區(qū)pH控制在中性條件(好氧區(qū)目標(biāo)pH值6.80～7.20)，碳氮比2.0～3.0gCOD/gTN(最佳為2.5gCOD/gTN左右)。

　　在運(yùn)行工況(Ⅱ)條件下，運(yùn)行周期為12min(運(yùn)行-間歇時(shí)間8min-4min)及運(yùn)行周期為6min(運(yùn)行-間歇時(shí)間4min-2min)。在pH中性條件下，好氧區(qū)pH變化特征及HMBR對(duì)礦山外排水中氨氮的去除特征見圖4和圖5。

　　由圖4可知：?jiǎn)?dòng)階段(0～24d)，好氧區(qū)pH值控制在6.88～7.64(pH逐步降低);運(yùn)行階段(25～124d)，好氧區(qū)pH值控制在6.81～7.62。

　　由圖5可知：?jiǎn)?dòng)階段(0～24d)，礦山外排水氨氮質(zhì)量濃度為602.55～1151.54mg/L，HMBR出水氨氮質(zhì)量濃度降為1.38～9.51mg/L，氨氮去除率為98.84%～99.78%。運(yùn)行階段(25～124d)，礦山外排水氨氮質(zhì)量濃度為254.26～1053.26mg/L，HM睟R出水氨氮質(zhì)量濃度降為0.56～12.36mg/L，氨氮去除率為96.74%～99.93%。值得注意的是，在pH中性條件下共運(yùn)行124d，HMBR處理系統(tǒng)出水氨氮全部穩(wěn)定達(dá)到處理要求。

　　在運(yùn)行工況(Ⅱ)條件下，運(yùn)行周期由12min(運(yùn)行-間歇時(shí)間8min-4min)改變?yōu)?min(運(yùn)行-間歇時(shí)間4min-2min)，HMBR對(duì)氨氮的去除特征并未發(fā)生大的改變。在運(yùn)行-間歇時(shí)間為8min-4min的運(yùn)行階段(25～92d)，HMBR出水氨氮質(zhì)量濃度降為0.56～12.34mg/L，氨氮去除率為99.81%～99.93%;在運(yùn)行-間歇時(shí)間為4min-2min的運(yùn)行階段(93～124d)，HMBR出水氨氮質(zhì)量濃度降為0.65～12.36mg/L，氨氮去除率為96.74%～99.78%。上述結(jié)果表明：在運(yùn)行工況(Ⅱ)條件下，HMBR出水氨氮的達(dá)標(biāo)率為100%，其出水水質(zhì)可穩(wěn)定達(dá)到處理要求。同時(shí)應(yīng)注意，盡管運(yùn)行周期由12min降為6min，但HMBR處理系統(tǒng)的處理性能并未受影響。

　　經(jīng)計(jì)算，在運(yùn)行工況(Ⅱ)條件下(運(yùn)行周期12min，運(yùn)行-間歇時(shí)間8min-4min，以及運(yùn)行周期6min，運(yùn)行-間歇時(shí)間4min-2min，平均水溫22℃)，氨氮的去除速率為0.023～0.027kgN-NH3/(kgMLSS•d)。換算為20℃水溫條件下氨氮的去除速率為0.020～0.024kgN-NH3/(kgMLSS•d)，該去除速率為城市污水處理廠(無任何抑制因素，水溫20℃)氨氮去除速率的1.11～1.31倍。

　　2.3 COD去除特征

　　2.3.1 運(yùn)行工況(Ⅰ)

　　在運(yùn)行工況(Ⅰ)條件下，啟動(dòng)階段同步增加進(jìn)水COD(采用葡萄糖為碳源)及礦山外排水比例，控制碳氮比3.0gCOD/gTN左右;運(yùn)行階段，為緩解膜污染，好氧區(qū)pH控制在弱酸性條件下(好氧區(qū)目標(biāo)pH值6.00～6.80)，碳氮比2.0～4.0gCOD/gTN(最佳為3.0gCOD/gTN左右)。運(yùn)行周期為12min，運(yùn)行-間歇時(shí)間分別采用10min-2min及8min-4min。在pH弱酸性條件下，HMBR對(duì)COD的去除特征見圖6。

　　由圖6可知：?jiǎn)?dòng)階段(0～24d)，礦山外排水COD質(zhì)量濃度為137.25～566.10mg/L。隨著礦山外排水比例的增加，COD質(zhì)量濃度降低(由第一天的486.26mg/L降為137.25mg/L)，HMBR出水COD質(zhì)量濃度為27.90～132.02mg/L；COD去除率由運(yùn)行初期的89.29%下降為67.02%。運(yùn)行階段(25～124d)，礦山外排水COD質(zhì)量濃度為42.26～207.62mg/L，HMBR出水COD質(zhì)量濃度降為27.45～80.36mg/L，COD去除率為18.32%～79.63%。

　　在運(yùn)行工況(Ⅰ)條件下，運(yùn)行-間歇時(shí)間由10min-2min改變?yōu)?min-4min，HMBR對(duì)COD的去除特征并未發(fā)生大的改變。在運(yùn)行-間歇時(shí)間為10min-2min的運(yùn)行階段(25～92d)，HMBR出水COD質(zhì)量濃度為27.45～80.36mg/L，COD去除率為18.32%～79.63%;在運(yùn)行-間歇時(shí)間為8min-4min的運(yùn)行階段(93～124d)，HMBR出水COD質(zhì)量濃度為32.65～65.26mg/L，COD去除率為23.78%～68.15%。

　　在運(yùn)行工況(Ⅰ)條件下，HMBR出水COD的達(dá)標(biāo)率為91.30%，其出水水質(zhì)可以滿足處理要求。

　　2.3.2 運(yùn)行工況(Ⅱ)

　　在運(yùn)行工況(Ⅱ)條件下，啟動(dòng)階段同步增加進(jìn)水COD(采用葡萄糖為碳源)及礦山外排水比例，控制碳氮比2.5gCOD/gTN左右;運(yùn)行階段，好氧區(qū)pH控制在中性條件(好氧區(qū)目標(biāo)pH值6.80～7.20)，碳氮比2.0～3.0gCOD/gTN(最佳為2.5gCOD/gTN)。運(yùn)行周期為12min(運(yùn)行-間歇時(shí)間8min-4min)及運(yùn)行周期為6min(運(yùn)行-間歇時(shí)間4min-2min)。在pH中性條件下，HMBR對(duì)COD的去除特征見圖7。

　　由圖7可知：?jiǎn)?dòng)階段(0～24d)，礦山外排水中COD質(zhì)量濃度為78.60～361.70mg/L，HMBR出水COD質(zhì)量濃度為51.26～135.26mg/L，COD去除率為29.24%～65.11%。運(yùn)行階段(25～124d)，礦山外排水COD質(zhì)量濃度為78.60～264.26mg/L，HMBR出水COD質(zhì)量濃度降為26.35～125.26mg/L，COD去除率為16.35%～82.40%。

　　在運(yùn)行工況(Ⅱ)條件下，運(yùn)行周期由12min(運(yùn)行-間歇時(shí)間為8min-4min)改變?yōu)?min(4min-2min)，HMBR對(duì)COD的去除特征并未發(fā)生大的改變。在運(yùn)行-間歇時(shí)間為8min-4min的運(yùn)行階段(25～92d)，HMBR出水COD質(zhì)量濃度為26.35～125.26mg/L，COD去除率為32.68%～82.40%;在運(yùn)行-間歇時(shí)間為4min-2min的運(yùn)行階段(93～124d)，HMBR出水COD質(zhì)量濃度為48.26～102.36mg/L，COD去除率為16.35%～66.78%。

　　在運(yùn)行工況(Ⅱ)條件下，HMBR出水COD的達(dá)標(biāo)率為86.96%，其出水水質(zhì)可以滿足處理要求。

　　3、結(jié)論

　　1)根據(jù)運(yùn)行工況(Ⅰ)試驗(yàn)結(jié)果，確定20℃水溫條件下氨氮的去除速率為0.014～0.016kgN-NH3/(kgMLSS•d)。該去除速率為城市污水處理廠(無任何抑制因素，水溫20℃，氨氮的平均去除速率為0.018kgN-NH3/(kgMLSS•d))氨氮去除速率的78%～89%。

　　2)根據(jù)運(yùn)行工況(Ⅱ)試驗(yàn)結(jié)果，確定20℃水溫條件下氨氮的去除速率為0.020～0.024kgN-NH3/(kgMLSS•d)，該去除速率為城市污水處理廠(無任何抑制因素，水溫20℃)氨氮去除速率的1.11～1.31倍。

　　3)建議采用運(yùn)行工況(Ⅱ)的工藝條件進(jìn)行礦山氨氮廢水治理及工業(yè)化應(yīng)用，即pH值為6.80～7.20，碳氮比3.0gCOD/gTN，運(yùn)行周期6min(運(yùn)行-間歇時(shí)間4min-2min)，在線化學(xué)清洗措施為“檸檬酸+水-次氯酸鈉”，HRT為2.34d。在該工況條件下，礦山外排水中的氨氮和COD處理后均能達(dá)到GB8978—1996《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》一級(jí)要求。( >

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