双氧水协同生化法强化处理印染废水

1.4实验方法

本实验水解酸化污泥和接触氧化污泥培养与驯化,包括以下步骤.

1.4.1污泥挂膜阶段

(1)水解酸化A段挂膜取3.0L接种污泥倒入反应器A内,打开搅拌装置运行5d,此期间每天投加适量的葡萄糖,碳酸铵以及磷酸二氢钾作为营养原料,当肉眼可见填料上附着污泥呈黑色,且水洗不易脱落时,停止搅拌装置后,将悬浮污泥从反应器A中排出.挂膜完成.

(2)接触氧化O段挂膜取3.0L接种污泥倒入反应器O内,打开曝气装置运行5d,此期间每天投加适量的葡萄糖,碳酸铵以及磷酸二氢钾作为营养原料,当肉眼可见填料上附着污泥呈黄褐色,且水洗不易脱落时,停止曝气装置,将悬浮污泥从反应器O中排出.挂膜完成.

(3)将水解酸化段A出水口与接触氧化段O进水口用泵连通,形成组合工艺.

1.4.2生化系统启动阶段

(1)第一阶段配置模拟生化废水进水COD浓度为450.0~500.0mg˙L-1的模拟废水,其主要成分为可溶性淀粉,葡萄糖,碳酸铵,磷酸二氢钾,使得BOD5:N:P为100:5:1,开始连续进水,A段和O段的HRT均为12h,O段DO为2.5~3.5mg˙L-1.20d后,当O段出水COD稳定小于30.0mg˙L-1、氨氮为0.0mg˙L-1时,第一阶段完成(该阶段仅为启动环节,出水水质数据不作为本实验的分析内容).

(2)第二阶段配置模拟印染废水进水COD浓度按梯度分别为200.0、300.0、500.0和800.0mg˙L-1的含PVA印染废水,其主要成分为PVA,可溶性淀粉,葡萄糖,碳酸铵,磷酸二氢钾,染料活性黑B150(主要成分BlackKN-B),B/C比为0.23,其中PVA所贡献的COD占比为60.0%,色度300.0~400.0倍.系统连续进水,A段和O段的水温均控制在30~32℃,HRT均为18~20h,O段DO为5.0~6.0mg˙L-1.当O段出水COD基本稳定在400.0~450.0mg˙L-1时,第二阶段完成.该阶段出水水质进行各指标检测.

(3)第三阶段调整模拟含PVA印染废水中成分配比,使PVA所贡献COD占比降低至50.0%,水质B/C比调整至0.26,水质总COD维持800.0mg˙L-1,色度维持300.0~400.0倍.系统连续进水,A段和O段的水温均控制在30~32℃,水力停留时间均为18~20h,待生化系统最终去除效果稳定时,即COD去除率70.0%~74.0%,PVA去除率51.0%~54.0%,氨氮去除率98.0%~100.0%,色度总去除率约86.0%~91.0%时,完成第三阶段.该阶段出水水质进行各指标检测.

1.4.3双氧水投加依据

由于目前暂未找到双氧水协同水解酸化-接触氧化处理印染废水相关方面的文献,因此本实验设计以前期探索工作为依据.

在水解酸化-接触氧化生化系统运行稳定后,于当天下午16:00开始在水解酸化段投加了20.0mL体积分数为150.0mL˙L-1的双氧水(15.0%的双氧水),流速为0.67mL˙min-1,投加时间约2.5h.第二天早上09:00取样前,发现水解酸化反应器存在严重污泥上浮现象,且体系局部DO浓度高达30.0mg˙L-1,当即采取了紧急措施,关闭了所有进水阀,将水解酸化体系的污水全部排出,换成自来水,之后按正常模拟废水进水,该生化系统经过7d后得到恢复(恢复依据为达到1.4.2节中生化系统启动阶段的第三阶段特征污染物去除情况).

当生化系统恢复稳定后,于当天下午16:00开始在水解酸化段投加20.0mL体积分数为15.0mL˙L-1的双氧水(1.5%的双氧水),流量为0.67mL˙min-1,投加时间约2.5h.第二天早上09:00取样前,发现水解酸化反应器内存在少量污泥上浮现象,且体系DO大于2.0mg˙L-1,随即停止投加双氧水,关闭所有进水阀,将水解酸化体系的污水全部排出,换成自来水,之后按正常模拟废水进水,该节生化系统经过7d后得到恢复(恢复依据为达到1.4.2节中生化系统启动阶段的第三阶段特征污染物去除情况).

当生化系统再次恢复稳定后,于每天下午16:00开始在水解酸化段投加100.0mL体积分数为3.0mL˙L-1双氧水(0.3%的双氧水),流量为0.67mL˙min-1,投加时间约2.5h.第二天早上09:00取样前,反应器内没有出现污泥上浮现象,DO稳定在0.1~0.4mg˙L-1,体系运行正常.

因此,经过前期实验探索,双氧水的投加条件最终选取为：体积分数为3.0mL˙L-1,投加量为100.0mL,流速0.67mL˙min-1,投加时间每天下午16:00,持续约为2.5h,投加频率为1次˙d-1.

1.4.4双氧水协同生化系统启动及运行阶段

(1)此阶段中,体系模拟进水成分和浓度,与1.4.2节中(3)一致,A段和O段的HRT均维持在18~20h.

(2)每个HRT阶段内,用蠕动泵向A段注入双氧水溶液,投加条件参见1.4.3节.于每天早上09:00取出水水样,并对水质的各指标进行检测.

(3)体系持续运行.系统运行稳定后,分别在A段和O段的生物膜上各采集一个污泥样本,送至检测机构(锐博生物科技有限公司,广州)进行16SrDNA宏基因组测序.

1.5水质检测方法

本实验水质均采用国家标准方法.其中,COD采用重铬酸钾法测定;NH4+-N采用水杨酸法测定;色度采用稀释法测定;PVA采用分光光度法测定;pH值和温度采用便携式pH计(PJBJ-260,上海雷磁)测定;DO采用便携式溶解氧分析仪(JPB-607A,上海雷磁)测定.染料吸光度采用分光光度法测定.

1.6基于Illumina平台的16SrDNA宏基因组测序

分别取反应器A和反应器O中的污泥,经浓缩后,冷冻干燥机冷冻干燥,进行16SrDNA宏基因组测序[19],其流程如下.

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