电镀废水生物膜工艺调控及微生物群落组成研究

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电镀废水作为一种典型的难降解有机废水,排放量大、毒性强、难降解,对环境危害较大。如何实现电镀有机废水的环保、高效、低成本处理成为研究的热点。目前,电镀废水的处理方法主要有化学混凝、臭氧氧化法、芬顿氧化法等化学法,电解法、膜技术等物理法及生物法。生物法因具有耗能少、工艺设备简单、成本低、不会造成二次污染等特点,在电镀有机废水处理方面有明显优势。针对现有传统生物处理法难以有效处理难降解有机物质、剩余污泥产量大、易污泥膨胀等问题,本文提出应用生物膜-AAO工艺处理难降解电镀有机废水。将生物活性填料投入传统AAO生化池内,微生物以悬浮状态和附着态同时存在,生物量大幅提高,污泥负荷率大大减少,提高了抗冲击负荷能力并减少污泥量。丝状菌因为载体的捕获而吸附于表面,避免污泥膨胀。活性污泥复合生物膜工艺能够发挥各自优势,互补缺陷,整体上提高稳定性和处理能力。在填料表面培养生物膜,并使其适应电镀有机废水,达到高效降解的目的。本文的主要研究内容如下:(1)提出泥膜复合工艺处理电镀废水,小试实验分析了生物膜-AAO工艺的有机物降解和脱氮除磷规律,并初步验证了其处理电镀废水的可行性。实验过程AAO-生物膜耦合系统挂膜效果良好,能够有效处理电镀难降解有机废水,第22 d后水质COD变化基本趋于平缓,COD去除率稳定于89%左右,前期COD去除主要是厌氧单元(45.70±14.85%);后期主要是缺氧单元(40.59%±14.11%);好氧段生物膜系统能保持稳定的去除占比(14.96%±6.57)%,对难降解有机废水起着稳定出水水质的作用。系统经过35 d成功启动,脱氮主要途径是缺氧池反硝化,60 d运行系统脱氮率达到70~80%。除磷效果经50 d运行后趋于稳定,出水浓度低于1 mg/L,去除率大于65%,除磷主要依靠厌氧释磷和好氧吸磷过程。(2)进行工艺参数优化实验,采用四因素三水平实验,设计基于Design expert 10.0软件的参数优化方案。研究了关键参数如载体填充比、水力停留时间、硝化液回流比、溶解氧浓度和有机物解率之间的模型构建。最终通过参数优选,在填充比比33%,反应浓度为2.8 mg/L,时间为17 h、回流比为230%,在此最优条件下电镀有机废水有机物去除率为92.5%。(3)微生物群落多样性分析。从α多样性分析看出,挂膜前期微生物基本来自填料上吸附的活性污泥,有较高的物种丰富度。挂膜中期物种丰富度大幅度上升,微生物处于快速增长状态。后期因此微生物丰度降低和微生物多样性有所提高,生物膜系统的微生物群落更加多样化。电镀废水进水的生物膜中变形菌门(Proteobacteria)、拟杆菌门(Bacteroidetes)、硝化细菌门(Nitrospirae)和酸性细菌门(Acidobacteria)和绿弯菌门(Chloroflexi)在生物载体中占优势,属水平上的优势菌属是亚硝化螺菌属(Nitrosospira)、动胶菌属(Zoogloea)和粘细菌属(Haliangium)和球衣菌属(Sphaerotilus)。对比生物膜样品和污泥样品,生物膜生物膜中微生物数量更多且物种丰富度高于同时期的活性污泥。(4)生物膜-AAO工艺电镀企业废水处理实际运行分析。实验结果表明,系统后期出水COD浓度平均为28.030mg/L,平均去除率为92.62%;氨氮浓度平均为0.45mg/L,平均去除率98.82%;总氮平均浓度为5.09mg/L,平均去除率91.22%。总磷浓度平均为0.27mg/L,平均去除率90.88%;出水水质基本能达到前期预处理加生化法的处理效果,此工艺对难降解电镀有机废水具有实用价值。
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