【砷酸盐废水】含砷酸盐废水处理方法

2.3 实验方法

2.3.1 氢自养菌的驯化及反应器的启动

接种污泥取自上海市曲阳污水处理厂的厌氧池污泥，经过离心、清洗、重悬浮等处理后，用灭菌注射器取50  mL从反应器底部预留的放空口注入反应器，从进水口快速泵入人工配置的模拟进水，使反应器内水位达到正常水平.打开电磁搅拌装置，使反应器内部液体完全混合.控制H2分压为0.03  MPa，并调节进水泵流速至最小(0.3 mL ˙ min-1，HRT=34.7 h)保持24 h，然后按照前述步骤再次打入50 mL污泥，继续运行24  h.通过48  h的运行，中空纤维膜面上的生物膜初步形成.将初步的生物膜进行一段时间的驯化，使生物膜长厚，生物量富集，并达到稳定的氢自养呼吸状态，即为反应器的启动阶段.改变氢分压为0.04  MPa，进水泵流速调节至1.0 mL ˙ min-1(HRT=10.4  h)，以促进微生物继续富集在膜外表面上.待出水NO13-N、SO42-还原率稳定后，添加0.5 mg ˙ L-1  As(Ⅴ)，进行微生物对As(Ⅴ)还原的驯化.当As(Ⅴ)去除率达到稳定，则认为生物膜驯化完成，进入As(Ⅴ)还原影响因素实验阶段.

2.3.2 影响因素试验

MBfR去除As(Ⅴ)影响因素试验共考察NO3--N负荷、SO42-负荷、As(Ⅴ)负荷、氢分压4个因素，每个因素考察3~4个水平，每个水平运行持续时间为48  h.调整反应器水力停留时间为5.2 h(流速为2.0 mL ˙ min-1)，每次改变工况后，让反应器稳定24  h(多于4倍水力停留时间)，即调节反应器回到平衡状态运行，可认为其达到拟稳态(Rittmann et al.， 004)，平衡状态的条件为:氢分压为0.06  MPa，进水NO13-N 10 mg ˙ L-1，SO42- 25 mg ˙ L-1，As(Ⅴ)0.5 mg ˙ L-1.反应器稳定后开始取样，分别在第24  h、36 h和48 h取得3个出水和进水样品，分析其中各污染物浓度后分别取平均值.各系列试验保持在室温25  ℃，进水pH值7.2左右的背景环境下进行，流速均保持在2.0 mL ˙ min-1.具体各试验运行条件见表 2.

表2 影响因素试验的工况安排

2.4 样品采集与分析

每次试验出水取样时间为1 h，用注射器从完全摇匀的取样瓶中抽出适量水样，经0.45 μm的滤膜过滤后置于4  ℃的冰箱中保存.NO3--N、NO2--N、SO42-浓度通过离子色谱法(ICS-1000型，美国戴安公司)进行测定.As(Ⅲ)、As(Ⅴ)的检测采用LC(Agilent  1000，美国)-ICP-MS(Agilent Technologies 7700  Series，美国)联用技术测定，As(Ⅲ)和As(Ⅴ)分离的液相色谱条件为：Agilent CRC8色谱柱(150 mm×3 mm，3 μm);流动相：2.0  mmol ˙ L-1四丁基磷酸铵、0.5 mmol ˙ L-1乙二胺四乙酸二钠、体积分数为2%的甲醇.电感耦合等离子体质谱参数：功率1500 W，载气流量0.9  mL ˙ min-1，补偿气流量0.25 L ˙ min-1，进样深度8 mm，蠕动泵速0.3 r ˙ min-1，预混室温度2  ℃.采用pHS-29A酸度离子计测定pH.

3 结果与讨论

3.1 NO3--N负荷影响系列试验

工况A下试验MBfR系统的出水水质和污染物通量如图 2所示.在进水中含有低浓度NO3--N(5、10 mg ˙  L-1)时，出水中SO42-浓度分别为11.8和14.4 mg ˙ L-1，出水As(Ⅴ)浓度分别为0.07和0.11 mg ˙  L-1，总砷去除率稳定在76%左右.随着进水NO13-N负荷的增加，出水中其他污染物浓度不断增加，各自的还原通量不断降低.当NO3--N浓度达到50 mg ˙  L-1时，出水水质恶化，出水As(Ⅴ)浓度为0.27 mg ˙ L-1，其还原率为28.5%，还原通量201501200010.003 g ˙ m-2 ˙  d-1，而SO42-的还原通量则为零，其还原过程几乎停止，故而出现As(Ⅲ)的积累，总砷去除率仅为1.5%.同时，NO3--N还原也受到影响，出水中出现不完全还原产物NO2--N的累积，浓度高达5.3  mg ˙  L-1，总N去除率仅有61.2%.综上所述，在处理含NO31-N、SO42-及As(Ⅴ)等污染物的污水时，NO3--N发生还原反应的顺序优先于SO42-和As(Ⅴ)，这与之前的一些研究结果相符.在恒定的氢分压及进水SO42-浓度下，NO3--N作为优先电子受体能在氢气限制条件下取得竞争优势，导致SO42-及As(Ⅴ)还原过程中电子供体氢气不足，同时因为系统中SO42-还原产物S2-含量不足进而导致总砷去除效果不佳.同时，反硝化过程中产生的中间产物(如NO21-N、NO和N22O)具有毒性，能和血红或非血红铁蛋白发生亲和反应，对还原性微生物产生抑制作用，因此，NO--N的累积会对As(Ⅴ)的还原反应产生影响.