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提铜选矿药剂生产废水处理中污泥驯化研究 华金铭曾佳伟朱秋华廖小山 紫金矿业集团股份有限公司紫金矿冶设计研究院， 福建 上杭 364200 摘要 针对提铜选矿药剂生产废水气味浓、 浊度高、 色度高、 含有机毒物、 油类物质含量高、 高盐分、 高 COD 的水质特 点， 采用物化 － 生化组合工艺进行处理。在前期预处理工艺研究基础上， 采用预处理废水， 对生化处理单元活性污泥 进行驯化研究。结果表明 先采用常规的 COD 负荷提升法对活性污泥进行兼氧、 好氧单独驯化， 然后进行兼氧 － 好氧 活性污泥组合驯化， 经 2 个月左右可驯化出高活性的兼氧、 好氧污泥。当进水 ρ COD ≤7 800 mg/L， 经兼氧 － 好氧生 化处理后， 出水 ρ COD 低于150 mg/L。兼氧、 好氧生化工艺参数分别如下 ρ MLSS 3 700 mg/L、 HRT 3 ～ 4 d、 有 机容 积 负 荷 OLR 1. 3 kg / m3d ; ρ MLSS 为8 400 mg/L 、 HRT2 ～ 3 d 、 OLR 0. 3 kg / m3d 、 ρ DO 5 ～ 6 mg/L。 关键词 物化 － 生化组合法; 选矿药剂生产废水; 活性污泥驯化; 单独驯化; 组合驯化 STUDY ON ACCLIMATION OF ACTIVATED SLUDGE IN TREATING WASTEWATER FROM PRODUCTION OF FLOTATION REAGENT FOR EXTRACTING COPPER Hua JinmingZeng JiaweiZhu QiuhuaLiao Xiaoshan Zijin Research and Engineering Institute of Mining ＆ Metallurgy，Zijin Mining Group Co. ， Ltd，Shanghang 364200， China AbstractThe wastewater from production of flotation reagent is characterized by strong odour，high turbidity，high colourity， high salinity，high concentration of oils and chemical oxygen demand CODwhilst containing some organic poisons. A rather adaptable way to deal with the wastewater is the physicochemical-biochemical . At the base of previous study on the pretreatment of the wastewater to improve its biodegradability，the domestication of activated sludge used in the biochemical process was investigated employing the pretreated wastewater. The results show that the highly active facultative and aerobic sludges are obtained respectively，through firstly facultative and aerobic acclimation separatedly using the conventional of increasing organic loading and secondly combinational acclimation of facultative and aerobic sludges in about two months. Employing the acclimated facultative and aerobic sludges，the COD of the effluent is less than 150 mg/L when the sludge added into the influent， whose COD is not more than 7 800 mg/L. The parameters of facultative and aerobic biochemical process are as follows，respectively，mixed liquor suspended solids ρ MLSS 3 700 mg/L， hydraulic retention time HRT 3 ～ 4 d， organic loading rate OLR 1. 3 kg/ m3d ; ρ MLSS 8 400 mg/L， HRT 2 ～ 3 d， OLR 0. 3 kg/ m3dand dissolved oxygen ρ DO 5 ～ 6 mg/L. Keywordsphysicochemical-biochemical process; wastewater from production of flotation reagent; acclimation of activated sludge; separate acclimation; combinational acclimation 0引言 福建上杭某选矿药剂厂生产提铜药剂 ZJ988 ， 是通过分别生产酮肟和醛肟后复配而成。 在生产过程中产生大量气味浓、 浊度高、 色度高、 含有机毒物、 油类物质含量高、 高盐分、 高 COD 的有 机酸性废水。由于废水中污染物浓度高、 水质复杂而 无法直接回用于生产， 直接排放将严重污染环境。采 用 “集水调节酸化沉降隔油过滤除油石灰 中和Ⅰ级炉渣吸附Ⅲ级活性炭吸附” 联合工艺， 出水水质能够满足生产过程水解工序用水的要求， 实 现生产废水 “净化回用” 在生产工艺过程中循环使 用 ［ 1］。但在实际运行过程中发现废水处理系统存在 以下问题 炉渣更换频繁， 活性炭吸附易饱和、 再生处 理频繁， 导致系统运行成本显著提高。针对该废水可 34 环境工程 2010 年 6 月第 28 卷第 3 期 生化性较差的特点进行预处理研究 ［ 2］， 结果表明 采 用铁炭微电解、 Fenton 试剂催化氧化等物化工艺对该 废水进 行 预 处 理， 能 明 显 改 善 其 可 生 化 性 废 水 ρ BOD 5/ρ COD 由 0. 05 提高至 0. 28 。本文主要 以废水 COD 去除率为试验指标， 采用预处理废水， 着 重进行活性污泥培养激活、 兼氧、 好氧驯化研究， 以期 获得能有效降解该废水中有机物的活性污泥。 1试验材料和方法 1. 1药剂、 材料及设备 药剂 H2SO4 98 ，AR 、 FeSO47H2O AR 、 H2O2 30 ，AR 、 Ca OH 2 工业级 、 葡萄糖、 尿 素、 磷酸氢二钾; 材料 铸铁屑、 椰壳活性炭 10 ～ 28 目 ; 设备 水浴恒温槽 HY- 8 型调速振荡器改装 、 Z- 0. 1 /10 型空压机、 5 L 有机玻璃圆筒等。试验废水 来自福建上杭某选矿药剂厂生产废水处理系统隔 油 － 过滤除油单元出水， 水质情况为 pH 4 ～ 5， 呈棕 褐色， 气味浓， ρ COD 为1 000 ～ 12 000 mg/L。驯化 用活性污泥取自龙岩市政污水处理厂回流活性污泥。 1. 2试验流程与方法 试验废水采用如下组合工艺进行预处理， 酸化沉 降铁炭微电解Fenton 试剂催化氧化石灰中和 组合工艺 1 ， 出水分别用于活性污泥兼氧、 好氧单 独驯化试验; 独立驯化结束后， 废水预处理工艺改为， 酸化沉降铁炭微电解石灰中和 组合工艺 2 ， 出 水用于兼氧好氧组合驯化， 即兼氧驯化出水作为好 氧驯化进水; 组合驯化后， 进行兼氧好氧生化组合 运行处理试验。废水预处理工艺、 活性污泥兼氧、 好 氧单独 驯 化 及 兼 氧好 氧 组 合 驯 化 试 验 流 程， 如 图 1a、 图 1b 所示。 图 1废水物化-生化处理活性污泥驯化试验流程 1. 2. 1废水预处理 预处理单元， 酸化沉降、 铁炭微电解、 Fenton 试剂 催化氧化、 石灰中和， 试验过程及条件详见参考文 献［ 2］ 。 1. 2. 2活性污泥培养驯化 1 活性污泥培养激活 将活性污泥经 20 目筛网 过滤后， 沉降、 弃去上清液， 然后按驯化用途分别进行 兼氧培养 A 和好氧培养 B 。培养期间由于气温 较低， 污 泥 培 养 在 恒 温 槽 中 进 行 水 温 控 制 25 ～ 32 ℃ 、 搅拌器搅拌均匀 。采用葡萄糖溶液作为营养 盐， 同时按配比添加适量尿素和磷酸氢二钾 葡萄 糖、 尿素、 磷酸氢二钾质量比为 300∶ 10∶ 8 ; 兼氧培养 期间每隔2 h进行搅拌、 混匀; 好氧培养采用间歇式曝 气、 曝气量控制在0. 02 L/h 曝气时间每天上午约 4 h、 下午约3 h和晚上约3 h 。培养过程中， 当溶液 ρ COD 降至约100 mg/L时更换上清液。更换前 2 h 进行振荡操作、 混匀污泥， 取样检测 MLSS、 SV， 计算 SVI， 进行微生物镜检。待溶液澄清后， 去除 50 的 上清液， 营养盐一次性加入， 保持溶液总体积不变。 培养前5 d营养盐溶液 ρ COD 为368 mg/L， 后 10 d 营养盐溶液 ρ COD 为600 mg/L。 2 活性污泥兼氧、 好氧单独驯化 第一阶段， 活 性污泥培养结束后， 分别进行兼氧、 好氧驯化， 驯化过 程中采用在进水中逐渐增加预处理废水比例的方式 来提 升 进 水 COD 负 荷，以 上 清 液 ρ COD 达 150 mg/L左右为换水时间界限， 其余试验过程均与 污泥培养试验相同。试验分 3 组进行， 分别为兼氧驯 化 A， 有效容积1. 8 L 、 好氧驯化 B1、 B2， 有效容积 2. 5 L 。其中， B1、 B2 由好氧培养活性污泥均分而 得， 主要进行废水加入量的递增比例对比试验。第二 阶段， 考虑到预处理后废水 COD 较高， 为减小进水有 机负荷的冲击、 提高驯化效果， 改用滴加方式进水继 续进行驯化， 同时增大兼氧驯化有效容积2. 0 L， 将好 氧驯化活性污泥 B1、 B2 合并， 增大其有效容积为 3. 0 L， 开始监测反应器内混合液溶解氧 DO 变化。 3 活性污泥兼氧好氧组合驯化 试验废水采 用组合工艺 2 进行预处理， 即酸化沉降铁炭微电 解石灰中和， 出水用于活性污泥兼氧驯化 有效容 积2. 0 L 、 兼氧驯化出水用于好氧驯化 有效容积 3. 0 L 。 1. 2. 3兼氧好氧生化组合运行处理 重新提取试验废水采用组合工艺 2 进行预处理， 44 环境工程 2010 年 6 月第 28 卷第 3 期 出水用于兼氧好氧生化组合运行处理试验。考虑 到工业化应用的可能性， 将废水预处理的过滤操作单 元均改为静置沉降、 虹吸分离。 2结果与讨论 2. 1活性污泥激活培养 将活性污泥分别进行兼氧、 好氧培养激活， 培养 期间分别进行污泥性质及其微生物镜检监测。结果 发现 活 性 污 泥 兼 氧 培 养 期 间， 污 泥 质 量 浓 度 ρ MLSS 发生明显波动 1 300 ～ 2 000 mg/L 、 污泥沉 降比 SV 变化不明显 11 ～ 19 ， 相应污泥容积指 数 SVI 也发生明显波动 80 ～ 116 mL/g ; 培养初期 未发现有细菌和原生动物， 培养 6 d 后， 出现少量纤 毛虫类动物， 培养 10 d 后， 以粒状、 针状细菌为主。 活性污泥好氧培养期间， ρ MLSS 也发生明显波动 1 800 ～ 3 400 mg/L 、SV 变 化 不 明 显 18～ 26 ， 相应 SVI 也发生明显波动 72 ～ 111 mL/g ; 培养初期未发现细菌和原生动物， 培养6 d后， 发现有 粒状、 针状细菌存在， 出现较多杆状细菌和少量纤毛 虫类动物， 培养11 d后， 仍存在粒状、 针状、 较多杆状 细菌和少量纤毛虫类动物， 出现大量线虫。 2. 2活性污泥兼氧、 好氧单独驯化 2. 2. 1废水预处理 废水经组合工艺 1 预处理试验结果如表 1 所示。 表 1不同批次生产废水预处理试验结果 预处理 批次 进水 ρ COD / mg L － 1 出水 ρ COD / mg L － 1 去除 率 / 11 22791625. 35 24 8471 48469. 38 35 0271 56068. 97 41 6121 20725. 12 56 2901 89669. 86 66 0471 70671. 79 从表 1 可以看出 废水经组合工艺 1 预处理后， COD 被大部分去除， 但与其起始浓度有关。由于该 厂进行间歇性生产， 所以其产生的废水水质水量随时 间变化较大。当起始 COD 浓度较高时， COD 去除率 较高， 达 70 左右; 而起始浓度较低时， COD 去除率 较低， 仅 25 左右。 2. 2. 2活性污泥兼氧单独驯化 将经过兼氧培养的活性污泥， 按比例逐步投加预 处理废水进行兼氧单独驯化。试验条件同其培养过 程， 驯化条件及结果如图 2 所示， t 为驯化时间， r 为 废水体积分数。驯化期间进行污泥性质及其微生物 镜检监测 污泥性质监测数据略 。 图 2活性污泥兼氧驯化试验条件及结果 从图 2 可以看出， 在驯化初期 时间为 8 d ， 随 废水投加量从 0 逐渐提高至 30 ， 出水 ρ COD 均保 持在 150 mg/L 左右， 但水力停留时间从 1 d 延长至 3 d， COD有机容积负荷较低为 6. 0 mg/L， 出水 ρ COD 明显降低 102 ～ 207 mg/L。 但 COD 去除率不仅与进水有机容积负荷有关， 还与 进水水质有关 ［ 9］。组合污泥好氧驯化条件及结果见 表 3， 好氧驯化期溶解氧变化见表 4。 2. 4兼氧好氧生化组合运行对废水的处理效果 兼氧好氧组合驯化结束后， 进行兼氧好氧生 化组合处理废水试验， 具体试验条件及结果见表 5。 处理前废水 ρ COD 为12 000 mg/L， 经组合工艺 2 预处理后 ρ COD 降至7 800 mg/L。 64 环境工程 2010 年 6 月第 28 卷第 3 期 表 3活性污泥兼氧好氧组合驯化的 好氧驯化条件及结果 时间 t/d 污水体积 ΔV/mL 加入污水的 ρ COD/ mgL － 1 HRT/ d COD 有机 负荷 OLR / kgm － 3d－ 1 处理后出水 ρ COD/ mgL － 1 01 0001 10820. 18151 230. 12162 38001 08310. 29139 420. 14207 51 0001 10830. 12201 89001 16630. 12204 118001 20130. 11196 148001 32530. 12204 178001 32540. 09184 214001 32520. 09144 238001 32530. 12102 26123 表 4活性污泥兼氧好氧组合驯化的 好氧驯化期间溶解氧浓度变化 时间 t/d ρ DO / mg L － 1 时间 t/d ρ DO / mg L － 1 时间 t/d ρ DO / mg L － 1 017. 197. 02115. 2 27. 6107. 1227. 2 316. 31116. 82316. 7 47. 11416. 6247. 2 56. 41715. 0257. 8 817. 0186. 9 注 1 滴加方式进水期间测定。 由表 5 可以看出， 预处理废水经兼氧生化处理后 其 ρ COD 降至3 400 ～ 4 600 mg/L， 水力停留时间为 3 ～ 4 d， 延长停留时间， 出水 COD 反而上升， 有机容 积负荷 OLR 1. 3 kg/ m3d ， 活性污 泥性质为 ρ MLSS 3 700 mg/L、 SV 10 、 SVI 27 mL/g。 兼氧生化出水经好氧生化处理后COD进一步降低， 出 表 5兼氧好氧生化组合运行处理条件及结果 生化 单元 试验时间 t/d 加入废水 ΔV/mL 进水 ρ COD / mg L － 1 HRT/ d OLR / kg m － 3d－ 1 处理前 ρ COD / mg L －1 处理后 ρ COD / mg L － 1 COD 去除 率 / 兼氧 活性 污泥 好氧 活性 污泥 31 0007 80031. 33 9003 43711. 87 71 0007 80040. 983 9004 085－ 4. 74 131 00060. 653 9004 533－ 16. 23 21 0003 43720. 571 14627476. 08 31 00030. 381 14616785. 42 41 00040. 291 14611889. 70 69003 43720. 521 03116484. 09 990030. 341 03113686. 81 水 ρ COD 降至 100 ～ 200 mg/L， 水力停留时间为 2 ～ 3 d， 延长停留时间至 4 d， 出水 ρ COD 接近 100 mg/L， 有机容积负荷 OLR 0. 3 kg/ m3d ， 溶解氧 ρ DO 5 ～ 6 mg/L， 活 性 污 泥 性 质 为 ρ MLSS 8 400 mg/L、 SV 17 、 SVI 20. 2 mL/g。 综上所述， 该厂过滤除油单元出水采用酸化沉 降铁炭微电解石灰中和组合工艺预处理， 不仅能 将废水中大部分 COD 去除， 而且能有效改善其可生 化性， 预处理废水水质适宜后续生化处理。经兼氧生 化处理后， 虽然其水解酸化过程对废水 COD 去除效 果有限， 甚至出现 COD 负去除， 但作为不完全的厌氧 过程， 能进一步改善和提高废水的可生化性， 有利于 后续好氧生化降解效率的提高 ［ 9］， 使得出水 ρ COD 低于 150 mg/L。但出水呈浅黄色， 需采用活性炭吸 附进行深度脱色处理， 同时降低废水 COD。结合前 期研究结果 ［ 2］， 推荐该生产废水的处理采用如下工 艺流程 隔油过滤除油酸化沉降铁炭微电解 石灰中和兼氧生化好氧生化活性炭吸附。 3结论 1 先采用常规的 COD 负荷提升法对活性污泥进 行兼氧、 好氧单独驯化， 然后进行兼氧好氧组合驯 化， 经 2 个月左右可以驯化出高活性的兼氧、 好氧污 泥。当进水 ρ COD ≤7 800 mg/L， 经兼氧好氧生 化处理后， 出水 ρ COD 接近 150 mg/L。 2 兼氧、 好氧生化工艺参数分别为 ρ MLSS 3 700 mg/L、 HRT 3 ～ 4 d、 OLR 1. 3 kg/ m3d ; ρ MLSS 8 400 mg/L、 HRT 2 ～ 3 d、 OLR 0. 3 kg/ m3d 、 ρ DO 5 ～ 6 mg/L。 下转第 50 页 74 环境工程 2010 年 6 月第 28 卷第 3 期 表 3MBR 生物反应区工艺设计参数 反硝化池硝化池 数量 / 座 尺寸 / m HRT/ h 污泥质量 浓度 / g L － 1 反硝化速率 / kg kg － 1 d － 1 泥龄 / d 数量 / 座 尺寸 / m HRT/ h 污泥质量 浓度 / g L － 1 硝化速率 / kg kg － 1 d － 1 污泥负荷 / kg kg － 1 d － 1 剩余污泥产率 系数 / kg kg － 1d－ 1 111. 6 9. 525150. 1640216. 5 9. 5100150. 0330. 160. 1 该泵在沿膜管内壁提供一个需要的流速， 从而形成紊 流， 产生较大的过滤通量， 避免堵塞。4 条环路的运 行完全独立， 提高了系统运行的可靠性。当其中 1 条 超滤环路需要清洗或冲洗时， 其余环路不受影响。 膜管的清洗由储存有清水或清液的清洗槽通过 清洗泵来完成。自动压缩空气控制阀能同时切断进 料， 留在管内的污泥随冲洗水进入生化池。清洗后期 可向清洗槽滴加膜清洗药剂。超滤的药剂清洗周期 一般为 1 月 1 次。 膜系统设计参数如表 4 所示。 表 4 MBR 膜组件工艺设计参数 膜组件环 路数 /路 膜组件 数 /套 总膜面 积 /m2 膜通量 / L m － 1h－ 1 循环流量 / m3h － 1 超滤浓液 回流比 42054065108015 2设计总结 无锡市桃花山垃圾填埋场渗沥液预处理工程采 用 UASB 外置式 MBR 工艺处理生活垃圾渗沥液， 工程设计主要有以下特点 1 UASB 反应器处理污水效果受气温影响较大， 本设计利用 MBR 出水温度较高的特点， 通过回流 MBR 出水与 UASB 进水热交换以提高进水温度， 确 保 UASB 反应器的冬季运行效果。 2 针对高浓度氨氮废水生物处理的微生物学特 点， 主体生化反应区采用 A/O2脱氮工艺， 有针对性 的去除 COD 和氨氮， 以提高处理效果。 3 MBR 膜组件采用错流式管式超滤膜组件， 可 以避免传统的内置式 MBR 膜易堵塞、 难于清洗、 反冲 洗不均匀等缺点。 该工程已投入运行。 参考文献 ［1 ］ 吴希子， 金红华， 张文平. 选择膜技术处理垃圾渗沥液［J］ . 环 境卫生工程， 2006 5 25- 29. ［2 ］ 申欢. 膜生物法 MBR 处理垃圾渗滤液的研究［D］ . 西安 西 安建筑科技大学， 2004. ［3 ］ 陈建. 一体式膜生物反应器中高浓度氨氮的硝化特性研究 ［D］ . 西安 西安建筑科技大学， 2005. ［4 ］骆欣. 用于高氨氮废水处理的缺氧-好氧膜生物反应器的研究 ［D］ . 天津 天津大学， 2005. 作者通信处耿震214072无锡市隐秀路 901 号无锡市政设计 研究院有限公司 电话 0510 85160288- 8611 E- mailgengzhen-nj sohu. com 2009 － 09 － 04 櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄 收稿 上接第 47 页 3 对于该提铜选矿药剂生产废水， 推荐采用“隔 油过滤 除 油酸 化 沉 降铁 炭 微 电 解石 灰 中 和兼氧生化好氧生化活性炭吸附” 组合工艺 进行处理。 参考文献 ［1 ］ 华金铭， 彭钦华， 曾佳伟， 等. 提铜选矿药剂生产废水回用处理 工艺研究［J］ . 工业用水与废水， 2009， 40 3 59- 64. ［2 ］ 华金铭. 物化组合工艺处理提铜选矿药剂厂废水的研究［J］ . 净水技术， 2008， 27 2 39- 41， 73. ［3 ］ 李湘凌， 周元祥， 周娟. 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