一种利用好氧颗粒污泥系统处理地下水铬(Ⅵ)污染的方法与流程

一种利用好氧颗粒污泥系统处理地下水铬(ⅵ)污染的方法
技术领域
1.本发明属于地下水净化技术领域，具体涉及一种利用好氧颗粒污泥系统处理地下水铬(ⅵ)污染的方法。


背景技术：

2.铬是一种典型的毒害元素，长期以来被视为环境地球化学的重要研究对象。环境中铬的化学形态和价态的不同直接导致其毒性的差异。在一般污染水平下，生活在土壤中的动植物及微生物都会表现出相应的受害症状。人体直接或间接接触不同浓度的铬污染物时，会出现急、慢性中毒现象。
3.现阶段国内外针对地下水中铬(ⅵ)污染的处理方法常用的有化学沉淀法、吸附法和离子交换法等。发明专利201510038175.6公开了一种六价铬污染土壤及地下水的修复方法，该方法利用搅拌注入设备将负载活性炭粉的酸化膨润土浆液和负载零价铁粉的膨润土浆液，分别独立地注入地下并搅拌，进一步还原地下水中的铬(ⅵ)。发明专利201310129975.x公开了一种改性人造沸石处理含铬地下水的方法，采用硫酸亚铁、氯化铝或壳聚糖改性人造沸石对含铬地下水进行处理。这些方法虽然能够有效地去除地下水中的铬(ⅵ)，但消耗大量的化学药剂，工艺复杂，处理成本高。到目前为止，针对地下水中铬(ⅵ)的去除，除上述技术之外，尚无更好的技术和方法。利用微生物处理铬(ⅵ)的技术是目前除镉等重金属的新兴技术和科研前沿。在处理含铬等重金属的地下水时，微生物及其代谢产物可以对其进行吸附分离，具有投资小、能耗低、处理效率高、无二次环境污染等优点，对于良好生态环境的维持，尤其是对地下水环境的修复是很重要的。
4.好氧颗粒污泥技术是20世纪90年代开始研究的一种新型污水处理技术，同普通絮状污泥相比，好氧颗粒污泥具有良好的沉降性能，对毒性物质有一定的抵抗能力，因此利用好氧颗粒污泥处理地下水中铬(ⅵ)具有可行性；然而对于利用好氧颗粒污泥处理地下水中铬(ⅵ)相关研究尚未见报道。
5.本发明提供一种处理地下水中铬(ⅵ)的方法，首次将好氧颗粒污泥用于地下水铬(ⅵ)的处理中，解决了处理地下水铬(ⅵ)工艺复杂，成本高等问题，为地下水中铬(ⅵ)的生物处理技术提供新思路。


技术实现要素：

6.本发明的目的是提供一种经济、高效、处理效果好的好氧颗粒污泥处理含铬(ⅵ)地下水的方法。实现本发明目的的技术方案为：培养出成熟的好氧颗粒污泥将其用于去除地下中铬(ⅵ)，具体包括如下步骤：
7.(1)污泥活化：取污水处理厂活性污泥作为接种污泥，将污泥加入反应器中并对其进行曝气，曝气时间为12-72h，使污泥颜色变为棕褐色。
8.(2)污泥驯化：取含有铬(ⅵ)的地下水原水，依次稀释不同倍数，通入反应器内，运行10-30d，得到驯化的污泥。
9.(3)反应器的启动和运行：向反应器中投加步骤(2)驯化好的活性污泥和钢渣，并通入含有铬(ⅵ)的地下水原水，通过控制曝气量使其与污泥均匀混合以及逐步培养出具有去除地下水中铬(ⅵ)的好氧颗粒污泥。
10.(4)提高负荷：反应器运行过程中，通过不断缩短运行周期，提高反应器铬(ⅵ)去除负荷。
11.所述步骤(1)中，接种污泥来源为污水处理厂絮状活性污泥，优选地，污泥浓度为2000-20000mg/l。
12.所述步骤(2)中的反应器序批式运行，一个运行周期为6-48h，具体包括：进水、曝气、沉淀和出水四个环节，其中曝气环节时间为4-46h。
13.所述步骤(2)中的含有铬(ⅵ)的地下水原水中铬(ⅵ)浓度为5-30mg/l，通入的含铬原水稀释倍数从5-10倍逐步降低至1-5倍。特别地，为了保证微生物的生长，另向地下水原水投加乙酸钠、氯化铵、磷酸二氢钾，使其cod为300-500mg/l，氨氮浓度为15-50mg/l，磷酸盐浓度为3-10mg/l。
14.所述步骤(3)中反应器序批式运行，一个运行周期为3-48h，具体包括：进水、曝气、沉淀和出水四个环节，其中曝气时间为2-47h，曝气量为0.1l/min-5l/min；反应器体积交换比25％-75％；反应ph值控制在5-7。
15.所述步骤(3)反应器启动运行过程中，通过观察反应器内污泥性状(颗粒污泥是否形成)以及反应器去除地下水污染物铬(ⅵ)的能力判断反应器运行效果，并对其相关运行参数进行调整。当反应器内出现不规则的污泥聚集体时，调整污泥沉降时间为0.5-10min，对反应器内污泥进行筛选，保留沉降性良好的污泥，直至培养出成熟的好氧颗粒污泥。
16.优选地，所述步骤(3)中的钢渣经过预处理才能使用，具体方法为：取钢渣原材料，进行清洗烘干、研磨，颜色为黑色；钢渣粒径优选为100-500目；所述钢渣在反应器启动时投加0.5-5g/l，之后根据反应器运行情况投加，当反应器出水中铬(ⅵ)浓度超过5mg/l时投加钢渣，投加量为0.2-3g/l。
17.所述步骤(4)中运行时周期从12-48h逐步缩短至1-10h，每次缩短1-8h；
18.所述步骤(1)-(4)中的反应器采用发明专利cn202110385781.0中的反应器。
19.本发明的特点在：本发明选取的钢渣作为颗粒污泥的晶核不仅可以为颗粒污泥提供铁等金属元素，有利于颗粒污泥的形成；且钢渣中的铁离子可在酸性条件下还原铬(ⅵ)为铬(ⅲ)，降低铬(ⅵ)对微生物的毒害作用，铬(ⅲ)进一步与钢渣中的铁离子形成共沉淀，进而再成为颗粒污泥的晶核促进好氧颗粒污泥的形成。好氧颗粒污泥形成后，吸附性能增强，吸附地下水中的铬(ⅲ)和未被钢渣还原的铬(ⅵ)，通过定期排泥能够减少铬离子的累积效应，恢复反应器中污泥活性。
20.与现有技术相比，本发明的优势在于：
21.(1)本发明首次将好氧颗粒污泥用于地下水铬的处理中，不仅成功的培养出了性状稳定，性能优良的好氧颗粒污泥，同时对于地下水中铬(ⅵ)的去除能力较好，去除率能达到90％以上。
22.(2)相比其他物化法以及普通生物法处理地下水中铬，本发明具有节约成本、操作简单等优点，且对于铬的去除高效、安全、快速。
23.(3)本发明利用钢渣还原铬(ⅵ)以及吸附其产物，进一步作为颗粒污泥的晶核，且
价格低廉，来源较广泛，实现了废物的资源化利用。
附图说明
24.图1钢渣电镜图片。
25.图2反应器内污泥照片(a接种污泥，b好氧颗粒污泥)。
具体实施方式
26.以下通过实例对本发明作进一步说明：
27.取污水处理厂活性污泥作为接种污泥，将污泥加入反应器中并对其进行曝气，曝气时间为12-72h，使污泥颜色变为棕褐色。取含有铬(ⅵ)的地下水废水，依次稀释不同倍数，通入反应器内，运行10-30d，得到驯化的污泥。向反应器中投加驯化好的活性污泥和钢渣，并通入含有铬(ⅵ)的废水，通过控制曝气量使其与污泥均匀混合，并逐步培养出具有去除地下水中铬(ⅵ)的好氧颗粒污泥。整个运行周期包括进水、曝气、沉淀和排水。反应器运行过程中，通过不断缩短运行周期，提高反应器铬(ⅵ)去除负荷。
28.实施例1：污泥驯化及好氧颗粒污泥培养
29.具体步骤如下：
30.(1)污泥活化：取污水处理厂活性污泥作为接种污泥，污泥浓度为2000mg/l。将污泥加入反应器中并对其进行曝气，曝气时间为12h，使污泥颜色变为棕褐色。
31.(2)污泥驯化：取含有铬(ⅵ)的地下水原水，依次稀释10倍、5倍、2倍、1倍后通入反应器内，运行10d，序批式运行，一个运行周期为6h，具体包括：进水、曝气、沉淀和出水四个环节，其中曝气环节时间为4h，得到驯化的污泥。
32.(3)反应器的启动和运行：向反应器中投加步骤(2)驯化好的活性污泥和钢渣，钢渣粒径为100目，投加量为0.5g/l；通入含有铬(ⅵ)的原水，通过控制曝气量使其与污泥均匀混合，周期为4h，曝气量为1.5l/min，曝气时间为3h，体积交换比25％，当反应器内出现不规则的污泥聚集体时，调整污泥沉降时间为10min，对反应器内污泥进行筛选，保留沉降性良好的污泥，直至培养出成熟的好氧颗粒污泥；当反应器出水中铬(ⅵ)浓度超过5mg/l时投加0.2g/l的钢渣。
33.所述步骤(2)中的含有铬(ⅵ)的地下水原水中铬(ⅵ)浓度为5mg/l。投加乙酸钠、氯化铵、磷酸二氢钾，使cod为300mg/l，氨氮浓度为15mg/l，磷酸盐浓度为3mg/l，ph值控制在6。
34.具体污泥形态变化见图2。
35.具体运行数据见表1
36.表1实施例1的运行监测数据
[0037][0038]
实施例2：污泥驯化及好氧颗粒污泥培养
[0039]
具体步骤如下：
[0040]
(1)污泥活化：取污水处理厂活性污泥作为接种污泥，污泥浓度为10000mg/l。将污泥加入反应器中并对其进行曝气，曝气时间为36h，使污泥颜色变为棕褐色。
[0041]
(2)污泥驯化：取含有铬(ⅵ)的地下水原水，依次稀释10倍、5倍、2倍、1倍后通入反应器内，运行20d，序批式运行，一个运行周期为24h，具体包括：进水、曝气、沉淀和出水四个环节，其中曝气环节时间为22h，得到驯化的污泥。
[0042]
(3)反应器的启动和运行：向反应器中投加步骤(2)驯化好的活性污泥和钢渣，钢渣粒径为200目，投加量为2.5g/l；通入含有铬(ⅵ)的原水，通过控制曝气量使其与污泥均匀混合，周期为24h，曝气量为3l/min，曝气时间为23h，体积交换比50％，当反应器内出现不规则的污泥聚集体时，调整污泥沉降时间为5min，对反应器内污泥进行筛选，保留沉降性良好的污泥，直至培养出成熟的好氧颗粒污泥；当反应器出水中铬(ⅵ)浓度超过5mg/l时投加2g/l的钢渣。
[0043]
所述步骤(2)中的含有铬(ⅵ)的地下水原水中铬(ⅵ)浓度为15mg/l。投加乙酸钠、氯化铵、磷酸二氢钾，使cod为500mg/l，氨氮浓度为40mg/l，磷酸盐浓度为8mg/l，ph值控制在6。
[0044]
具体运行数据见表2
[0045]
表2实施例2的运行监测数据
[0046][0047]
实施例3：污泥驯化及好氧颗粒污泥培养
[0048]
具体步骤如下：
[0049]
(1)污泥活化：取污水处理厂活性污泥作为接种污泥，污泥浓度为20000mg/l。将污泥加入反应器中并对其进行曝气，曝气时间为72h，使污泥颜色变为棕褐色。
[0050]
(2)污泥驯化：取含有铬(ⅵ)的地下水原水，依次稀释10倍、5倍、2倍、1倍后通入反应器内，运行30d，序批式运行，一个运行周期为48h，具体包括：进水、曝气、沉淀和出水四个环节，其中曝气环节时间为46h，得到驯化的污泥。
[0051]
(3)反应器的启动和运行：向反应器中投加步骤(2)驯化好的活性污泥和钢渣，钢渣粒径为500目，投加量为5g/l；通入含有铬(ⅵ)的原水，通过控制曝气量使其与污泥均匀混合，周期为48h，曝气量为1.5l/min，曝气时间为46h，体积交换比75％，当反应器内出现不规则的污泥聚集体时，调整污泥沉降时间为3min，对反应器内污泥进行筛选，保留沉降性良好的污泥，直至培养出成熟的好氧颗粒污泥；当反应器出水中铬(ⅵ)浓度超过5mg/l时投加1g/l的钢渣。
[0052]
所述步骤(2)中的含有铬(ⅵ)的地下水原水中铬(ⅵ)浓度为30mg/l。投加乙酸钠、氯化铵、磷酸二氢钾，使cod为500mg/l，氨氮浓度为25mg/l，磷酸盐浓度为5mg/l，ph值控制在6。
[0053]
具体运行数据见表3
[0054]
表3实施例3的运行监测数据
[0055][0056]
实施例4：好氧颗粒污泥处理含铬废水
[0057]
具体步骤如下：
[0058]
(1)反应器运行：向sbr反应器中投加实施例2中培养的好氧颗粒污泥，并通入含铬废水，通过不断曝气使其与污泥均匀混合，通过控制曝气量使其与污泥均匀混合，周期为24h，曝气量为3l/min，曝气时间为23h，体积交换比50％，去除地下水中的铬(ⅵ)。sbr运行过程中控制对钢渣的投加时间以及投加量，当反应器出水中的铬离子浓度超过5mg/l时，投加钢渣，投加量为2g/l。
[0059]
(2)提高负荷：反应器运行过程中，通过不断缩短运行周期，从24h逐步缩短至1h，每次缩短1-8h提高反应器铬(ⅵ)去除负荷。
[0060]
所述的含有铬(ⅵ)的地下水原水中铬(ⅵ)浓度为15mg/l。特别地，为了保证微生物的生长，另向地下水原水投加乙酸钠、氯化铵、磷酸二氢钾，其中cod为400mg/l，氨氮浓度为15mg/l，磷酸盐浓度为5mg/l。ph值控制在6。
[0061]
具体运行数据见表4
[0062]
表4实施例4的运行监测数据
[0063][0064]
实施例5：好氧颗粒污泥处理含铬废水
[0065]
具体步骤如下：
[0066]
(1)反应器运行：向sbr反应器中投加实施例3中培养的好氧颗粒污泥，并通入含铬废水，通过不断曝气使其与污泥均匀混合，通过控制曝气量使其与污泥均匀混合，周期为36h，曝气量为5l/min，曝气时间为35h，体积交换比50％，去除地下水中的铬(ⅵ)。sbr运行过程中控制对钢渣的投加时间以及投加量，当反应器出水中的铬离子浓度超过5mg/l时，投加钢渣，投加量为3g/l。
[0067]
(2)提高负荷：反应器运行过程中，通过不断缩短运行周期，从36h逐步缩短至2h，每次缩短2-6h提高反应器铬(ⅵ)去除负荷。
[0068]
所述的含有铬(ⅵ)的地下水原水中铬(ⅵ)浓度为25mg/l。特别地，为了保证微生物的生长，另向地下水原水投加乙酸钠、氯化铵、磷酸二氢钾，其中cod为500mg/l，氨氮浓度为30mg/l，磷酸盐浓度为8mg/l。ph值控制在6。
[0069]
具体运行数据见表5
[0070]
表5实施例5的运行监测数据
[0071][0072]
利用好氧颗粒污泥能够快速有效的去除地下水中的铬，且实施例1、2、3均能培养出好氧颗粒污泥，且反应器运行过程中好氧颗粒污泥性状稳定，性能优良，并未受到铬(ⅵ)污染的冲击。利用好氧颗粒污泥能够有效的去除废水中的铬(ⅵ)，去除率分别能达到90％以上，稳定运行后，出水铬浓度低于0.05mg/l，达到《地下水质量标准》(gb/t14848-2017)中规定的ⅲ类水质标准限值；且相比其他物化法以及普通生物法处理地下水中铬(ⅵ)，本发明具有节约成本、操作简单等优点，且对于铬的去除高效、安全、快速。且本发明利用钢渣还原铬(ⅵ)以及吸附其产物，进一步作为颗粒污泥的晶核，且价格低廉，来源较广泛，实现了废物的资源化利用。