 Advance in Microbiology 微生物前沿, 2013, 2, 41-47 http://dx.doi.org/10.12677/amb.2013.21009 Published Online March 2013 (http://www.hanspub.org/journal/amb.html) The A/O Process-the Coagulation Sedimentation for Treatment of Flotation Agent Production Wastewater Huijuan Li1, Mingjun Shan1,2, Yanqiu W ang1, Peng Yang1, Lihong Kou2 1University of Science and Technology Liaoning, Anshan 2Beijing Water Business Doctor Co., Ltd, Beijing Email: lihuijuan_000@163.com, shanmj@126.com Received: Jan. 19th, 2013; revised: Feb. 25th, 2013; accepted: Mar. 4th, 2013 Abstract: In this study, the A/O biological treatment method and the coagulation sedimentation treatment are adopted for wastewater from the production of mineral processing reagents, according to anaerobic-aerobic dislodge organic mechanism mixed flocculation sedimentation, by controlling technological operational parameters, getting the final result of test research. The results show that the combined method can effectively remove the organic pollutants, turbid- ity and ammonia nitrogen, and the removal rate reached 97%, 97.2%, 98.7%. The production water qualities completely reach the national integrated wastewater discharge standard (GB8978-2002 secondary standard). According to the con- dition of the test, the operation parameters and the reasonable layout of A/O technology and coagulation are introduced. Then, it can be used as reference for the design and technical process improvements [1]. Keywords: A/O Technology; Advanced Treatment; Mineral Processing Reagents A/O-混凝组合工艺处理选矿药剂生产废水研究 李会娟 1，单明军 1,2，王艳秋 1，杨 鹏1，寇丽红 2 1辽宁科技大学，鞍山 2北京万邦达环保技术股份有限公司，北京 Email: lihuijuan_000@163.com, shanmj@126.com 收稿日期：2013 年1月19 日；修回日期：2013 年2月25 日；录用日期：2013 年3月4日 摘 要：本研究采用 A/O 工艺生物处理方法和混凝沉淀法处理选矿药剂生产废水，依据厌氧–好氧去除有机物 机理和混凝沉淀的絮凝效果，通过控制工艺运行参数，最终得到试验的研究结论。结果表明，该组合方法可有 效的去除污水中的有机污染物、浊度和氨氮，去除率分别达到 97%、97.2%、98.7%。出水水质完全满足国家《污 水综合排放标准》(GB8978-2002 二级标准)。根据实验运行情况，提出A/O 工艺和混凝沉淀的合理布置及运行 参数，用于现场工艺改进及设计提供参考[1]。 关键词：A/O 工艺；深度处理；选矿药剂 1. 引言 随着矿产工业的发展，选矿药剂的用量越来越 大，由此产生大量的有机生产废水，对环境造成重大 的污染[2,3]。选矿药剂生产所排放的废水组分复杂、难 生物降解、毒性大，采用物理、化学法在某种程度上 能够取得一定的效果，但普遍存在着二次污染、运行 成本高、处理效果不够明显等问题[4]。生物法对于有 机污染废水处理效果显著，毒物降解后具有不可逆的 安全性，但对于有机物浓度高、毒性大的污染物，其 生物活性受到抑制，处理污染物的能力会大大降低， 导致出水效果不理想，指标不能达到国家规定的排放 标准[5,6]。因此，研究微生物与混凝沉淀组合方法对有 Copyright © 2013 Hanspub 41  A/O-混凝组合工艺处理选矿药剂生产废水研究 效处理选矿废水及保护矿山生态环境具有极为重要 的意义。 2. 试验过程与方法 2.1. 试验流程 通过对辽宁某选矿有限公司提供的工艺废水进 行全面分析，确定采用A/O生化 + 混凝沉淀组合处 理工艺。将厌氧段和好氧段串联在一起，厌氧池在前， 污水中的有机碳被反硝化菌所利用，可减轻其后好氧 池的有机负荷，同时提高废水可生化性，使某些长链 有机物更利于微生物利用，反硝化反应产生的碱度可 以补偿好氧池中进行硝化反应对碱度的需求，废水经 过厌氧段后进入好氧段，好氧段微生物通过自身代谢 可以使反硝化残留的有机污染物得到进一步去除[7]， 生化出水在混凝剂的作用下，使废水中的胶体和细微 悬浮物凝聚成絮凝体，然后予以分离除去，使出水最 终达到排放标准。工艺流程见图 1。 2.2. 试验水质及特点 该试验用水来源为辽宁某选矿药剂厂生产废水。 其水质如表 1。 选矿药剂生产废水经处理后达到污水综合排放 标准如表2。 Figure 1. Treatment of wastewater from the process flow diagram 图1. 废水处理试验工艺流程图 Table 1. Water-quality index of water penetration 表1. 进水水质指标 项目 CODCr (mg/L) 氨氮(mg/L) 浊度(NTU) pH(无量纲) 范围 4000~6000 50~100 70~80 6~8 均值 5000 75 75 7 Table 2. Integrated wastewater discharge standard (GB8978-2002 secondary standard) 表2. 《污水综合排放标准》(GB8978-2002 二级标准) 项目 CODCr (mg/L) 氨氮(mg/L) 浊度(NTU) pH(无量纲) 数值 ≤100 ≤25 ≤30 6~9 2.3. 试验运行控制参数 本试验具体控制参数如下：厌氧反应器污泥是按 C:N:P(生化需氧量:总氮:总磷)为800:5:1 的比例进行 投加微生物生长所需要的营养物质。厌氧反应器进水 是将配水(自来水)与选矿废水按一定的比例混合，将 选矿药剂进水 CODCr(化学需氧量)控制在 5000 mg/L 左右，氨氮控制在 75 mg/L左右，经过一定的水力停 留时间后自流到好氧反应器内，使得选矿废水进行充 分的生化处理。厌氧反应器温度为 30℃~35 ℃，pH 保 持7~8 之间，好氧反应器温度为 25℃~30℃，pH 保持 6.5~7.5 之间，好氧反应器 DO( 溶解氧)控制在 2~3 mg/L 。 2.4. 分析方法 本实验水质指标测定方法均遵照《水和废水监测 分析方法》(第四版)，具体见表 3。 3. 试验结果及分析 3.1. 生化处理实验 3.1.1. 不同停留时间对 A/O工艺连续运行处理效果的 影响 水力停留时间是A/O 工艺连续运行处理选矿药 剂生产废水工艺设计中的重要参数之一，通过试验研 究水力停留时间对 A/O 工艺处理效果的影响。在工艺 设计中，对于 A/O工艺各操作单元水力停留时间的选 取，大多是根据经验值，华金铭、魏可镁等[8]开展了 水力停留时间对选矿药剂生产水处理的研究。停留时 间过短，反应器内不能保持足够的生物量，影响反应 器的运行稳定性及处理效果；停留时间过长，会使反 应器处理能力过剩，造成浪费。 Table 3. Analytic procedure of water quality index 表3. 水质指标分析方法 测定项目 测定方法 4 NH -N 酸碱滴定法 CODCr 重铬酸钾法 pH 玻璃电极法 污泥浓度 重量法 温度 温度计 DO 便携式溶解氧仪 Copyright © 2013 Hanspub 42  A/O-混凝组合工艺处理选矿药剂生产废水研究 Copyright © 2013 Hanspub 43 本试验在停留时间为 24 h、36 h、48 h时，厌氧 池的停留时间与好氧池的停留时间的比例为 1:1，每 个工况下运行 10 天，运行稳定后，检测每天生化出 水的 CODCr 和氨氮指标。 1) 水力停留时间对CO DCr 的影响 水力停留时间对生化反应器去除有机物的影响 很大，本试验在生化反应器稳定运行条件下，分析了 不同水力停留时间对平均 CODCr 浓度的影响如表 4和 图2。 从图 2可知，当水力停留时间由 24 h 增加到 36 h 时，CODCr 的去除率由 69.9%提高到 89.2%，出水 CODCr 浓度由1506.66 mg/L降低至 540.96 mg/L；当 水力停留时间由36 h 增加到48 h 时，COD 的去除率 由89.2%提高到 89.3%，出水 CODCr 浓度由 540.96 mg/L 降低至 533.1 mg/L。由此可看出，随着水力停留 时间的增加，生化池对有机物的去除能力逐渐增强， 出水 CODCr 的浓度逐渐降低，最终达到稳定。CODCr 的去除率在停留时间为24 h 时低于停留时间为 36 h， 这是因为水力停留时间短，水力负荷增加，从而有机 物负荷也相应增加，并且污水中的有机物与微生物的 接触时间短，有机污染物不能得到充分的降解，这与 汪晓军[9]研究相同，水力停留时间与难降解有机物有 密切联系，水力停留时间的延长有助于有机物的降 解。而与停留时间为 48 h的CODCr 的去除率相差不 大，说明停留时间在 36 h 时生化系统处于稳定状态。 2) 水力停留时间对氨氮的影响 本试验在生化反应器稳定运行条件下，分析了不 同水力停留时间对氨氮的影响如表 5和图 3。 Table 4. Effects of different hydraulic retention time on the average CODCr concentration 表4. 不同水力停留时间对平均CODCr浓度的影响 d = 1 d = 2 d = 3 d = 4 d = 5 d = 6 d = 7 d = 8 d = 9 d = 10 24 h 1355 1524 1536 1484 1701 1412 1355 1637 1433 1629 36 h 534 518 587 502 525 594 507 528 571 543 48 h 559 507 526 518 532 531 543 579 534 502 Figure 2. Effects of different hydraulic retention time on the average CODCr concentration of effluent 图2. 不同水力停留时间对生化出水平均 CODCr 浓度的影响 Table 5. Effects of different hydraulic retention time on average ammonia concentration 表5. 不同水力停留时间对平均氨氮浓度的影响 d = 1 d = 2 d = 3 d = 4 d = 5 d = 6 d = 7 d = 8 d = 9 d = 10 24 h 9.1 8.8 7.9 8.9 6.4 7.5 6.9 8.3 9.1 7.2 36 h 2.1 1.8 2.0 1.9 1.5 1.7 1.4 1.5 1.6 1.3 4 8h 1.4 1.1 1.2 1.3 0.9 1.0 1.1 1.5 1.2 1.0  A/O-混凝组合工艺处理选矿药剂生产废水研究 0 2 4 6 8 10 12345678910 生化出水氨氮（mg/L） 取样天数/d 24h 36h 48h Figure 3. Effects of different hydraulic retention time on the biochemical level all ammonia concentration 图3. 不同水力停留时间对生化出水平均氨氮浓度的影响 从图 3可知，随着水力停留时间的增加，生化出 水NH3-N 逐渐降低，去除率逐渐升高。当停留时间为 24 h 时，出水氨氮降到8.01 mg/L，去除率为 89.3%； 当停留时间为36 h时，出水氨氮降到1.68 mg/L，去 除率为 97.8%；当停留时间为 48 h 时，出水氨氮降到 1.16 mg/L，去除率为98.4%；这说明，延长水力停留 时间可以提高生化反应器氨氮的去除率，因为，延长 水力停留时间，使得同步硝化反硝化作用使污水中的 氨氮得到充分的降解。 综合水力停留时间对生化出水 COD Cr 和氨氮的 影响所得数据和以上分析，并考虑到经济运行因素， 水力停留时间为36 h 比较适宜。 3.1.2. 不同污泥浓度对 A/O工艺连续运行处理效果的 影响 在此阶段试验中，将水力停留时间控制在36 h， 检测不同污泥浓度对生化出水平均 CODCr 浓度和平 均氨氮浓度的变化。 1) 不同污泥浓度对COD 的影响 在不同污泥浓度的条件下，生化反应器出水的 CODCr 变化情况如表 6和图4。 从图 4中可见，在实验初期，系统处理效果不够 稳定，随着试验的进行，生化出水CO DCr 逐渐降低， 在试验进行大约10 d 以后达到稳定，出水 CODCr 浓度 一直稳定在 470 mg/L 左右，去除率为90.6%，在试 验进行到20 d 后生化出水 CODCr 开始逐渐升高。这是 因为：试验开始时，反应器内污泥浓度较低，污泥负 荷高，处理效果差，生化出水 CODCr 浓度较高。随着 试验进行，生化反应器内污泥浓度逐渐升高，污泥负 荷逐渐降低，出水效果变好并趋于稳定，此时生化反 应器内污泥浓度在 3500 mg/L~4500 mg/L 之间。试验 进行大约20 d 之后，由于进水中营养物质相对不足， 进水 CODCr 难以维持微生物的生长需要，部分微生物 死亡，造成CODCr 浓度逐渐增加。 综合以上数据及分析，随着 MLSS 的增加，CODCr 的去除效率先增加后减小，当污泥浓度在3500 mg/L~ 4500 mg/L时，生化出水的 CODCr 浓度一直稳定在 470 mg/L 左右，去除率达到 90.6 %，去除效果最佳。 2) 不同污泥浓度对氨氮的影响 在不同污泥浓度的条件下，生化反应器出水的氨 氮变化情况如表 7和图 5。 从图 5可见，在初始阶段，NH3-N 的去除率比较 低，这是因为反应器中硝化细菌和亚硝化细菌的数量 少，硝化能力和亚硝化能力低所致。随着试验进行， 生化系统内污泥浓度增加，硝化和亚硝化细菌的数量 也随之增加，硝化效果逐渐提高，试验进行10 d 后， 出水 NH3-N 质量浓度始终低于1.5 mg/L，去除率为 98%，此时生化反应器内污泥浓度在 3500 mg/L~4500 mg/L 。有研究表明[10]，在同一反应器内发生同步硝化 –反硝化，完成对 NH3-N 的去除，与反应器内污泥浓 度大小关系密切，在污泥浓度为 4000 mg/L 时，NH3-N 的去除可达到90%以上。在试验进行 20 d 后，生化出 水氨氮浓度有升高趋势，这是因为此时产生了抑制物 质，降低了微生物的活性。 在一定范围内，MLSS 的增加有利于 CODCr 和 NH3-N 的去除，但 MLSS 过高时，抑制活性污泥的 活性作用，反而使出水的 CODCr和NH3-N 升高。结 Copyright © 2013 Hanspub 44  A/O-混凝组合工艺处理选矿药剂生产废水研究 Table 6. Effects of different sludge concentration on the average CODCr concentration 表6. 不同污泥浓度对平均 CODCr 浓度的影响 d = 1 d = 2 d = 3 d = 4 d = 5 d = 6 d = 7 d = 8 d = 9 d = 10 COD 4834 3721 4405 3777 3091 2318 1564 1088 758 543 污泥浓度 3055 3189 3326 3511 3670 3882 3899 3964 4052 4005 d = 11 d = 12 d = 13 d = 14 d = 15 d = 16 d = 17 d = 18 d = 19 d = 20 COD 529 501 488 460 444 401 397 457 585 561 污泥浓度 4136 4281 4299 4356 4463 4501 4590 4688 4703 4812 d = 21 d = 22 d = 23 d = 24 d = 25 d = 26 d = 27 d = 28 d = 29 d = 30 COD 593 576 462 798 882 961 923 1032 1207 980 污泥浓度 4855 4936 5017 5075 5192 5364 5409 5391 5487 5454 备注：COD 单位为 mg/L，污泥浓度单位为 mg/L。 3000 3500 4000 4500 5000 5500 300 800 1300 1800 2300 2800 3300 3800 4300 4800 0510 15 20 25 30 生化出水COD（mg/L） 污泥浓度 （mg/L ) 天数/d COD 污泥浓度 Figure 4. Effects of different sludge concentration on the average CODCr concentration 图4. 不同污泥浓度对平均 CODCr 浓度的影响 Table 7. Effects of different sludge concentration on average ammonia concentration 表7. 不同污泥浓度对平均氨氮浓度的影响 d = 1 d = 2 d = 3 d = 4 d = 5 d = 6 d = 7 d = 8 d = 9 d = 10 氨氮 60 59 57 60 55 40 21 10 5.0 3.0 污泥浓度 3055 3189 3326 3511 3670 3882 3899 3964 4052 4005 d = 11 d = 12 d = 13 d = 14 d = 15 d = 16 d = 17 d = 18 d = 19 d = 20 氨氮 0.7 0.5 0.8 1.1 0.7 1.2 0.4 0.6 0.7 0.5 污泥浓度 4136 4281 4299 4356 4463 4501 4590 4688 4703 4812 d = 21 d = 22 d = 23 d = 24 d = 25 d = 26 d = 27 d = 28 d = 29 d = 30 氨氮 0.9 1.0 1.3 1.7 5.0 10.23 15.3 14.7 13.8 11.7 污泥浓度 4855 4936 5017 5075 5192 5364 5409 5391 5487 5454 备注：氨氮单位为mg/ L，污泥浓度单位为 mg/L 。 Copyright © 2013 Hanspub 45  A/O-混凝组合工艺处理选矿药剂生产废水研究 3000 3500 4000 4500 5000 5500 0 10 20 30 40 50 60 0510 15 20 25 30 生化出水氨氮（mg/L） 污泥浓度 （mg/L ) 天数/d 氨氮 污泥浓度 Figure 5. Change curves of differe nt sludge concentrations of NH3-N 图5. 不同污泥浓度氨氮的变化曲线 合以上图表及数据分析，本试验确定当污泥浓度为 3500 mg/L~4500 mg/L时，选矿药剂废水经过生化处 理后，CODCr 降到 470 mg/L，去除率达到90.6 %，氨 氮降到 1.5 mg/L，去除率达到98 %。 为使选矿废水经过生化处理之后的出水进一步 达标，需要在后续辅以物化工艺。本试验下一步将对 生化出水进行混凝深度处理实验，检测混凝药剂的投 加量对生化出水的CODCr 和浊度的影响[9]。 3.2. 混凝深度处理实验 3.2.1 实验过程 取500 ml的生化出水(CODCr = 470 mg/L，浊度 = 124.4 NTU)水样分别加入 5个烧杯中，加入不同量的 PAC(聚合氯化铝)搅拌(转速为 80 r/min)1 min，再加入 8ppm 的PAM(聚丙烯酰胺)搅拌 10 min，沉淀完全后 测浊度及CODCr。 3.2.2. PAC/PAM对A/O工艺生化出水 CODCr 与浊度 的去除效果 PAC/PAM 对生化出水平均 CODCr浓度与浊度的 去除效果如表 8和图 6。 从图 6中可以发现，在PAM 用量固定(8 ppm)条 件下，增加 PAC 的投加量，生化出水中 CODCr 和浊 度数值明显降低，当 PAC的用量为 600 ppm 时，此时 生化出水中CODCr 浓度降到最低值为 80 mg/L，浊度 为3.5 NTU。随着 PAC 投加量的增加，生化出水中 CODCr 反而提升，浊度降低不明显。由本试验确定， 当PAC 的用量为 600 ppm时，生化出水中COD 和浊 度降低效果最好。 Table 8. Coagulation and sedimentation effect on effluent CODC r average r concentration and turbidity 表8. 混凝沉淀对生化出水平均 CODCr浓度和浊度的影响 PAC 用量(ppm) 400 500 600 700 800 PAM 用量(ppm) 8 8 8 8 8 COD (mg/L) 187 103 80 152 179 浊度(mg/L) 18.3 12.6 3.5 2.9 2.7 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 300 400 500 600 700 800 900 COD（mg/L） NTU PAC用量（ppm） COD 浊度 Figure 6. Coagulation and sedimentation effect on effluent CODC r average r concentration and turbidity 图6. 混凝沉淀对生化出水平均 CODC r浓度和浊度的影响 4. 试验结论 1) 通过 A/O 生化处理试验，可确定，污泥浓度 为4500 mg/L，停留时间为 36 h 时，出水CODCr 为470 mg/L，CODCr 去除率为90.6 %，出水氨氮降到 1.5 mg/L ，去除率为 98%，处理效果最佳。 2) 生化出水经混凝深度处理试验后，可确定，当 PAM 用量为8 ppm，PAC 用量为 600 ppm 时，组合工 艺出水 CODCr 浓度降到 80 mg/L，去除率为 98.4%， 浊度降到 3.5 NTU，去除率为 97.2%，满足《污水综 合排放标准》(GB8978-2002 二级标准)排放标准。 Copyright © 2013 Hanspub 46  A/O-混凝组合工艺处理选矿药剂生产废水研究 5. 致谢 本论文是在我的导师单明军教授的亲切关怀和 细心指导下完成的，整篇论文都凝聚着导师的心血。 导师治学严谨，学识渊博，品德高尚，平易近人。导 师的言传身教都将使我终生受益。无论是在理论学习 阶段，还是在论文的实验方向、资料查询、研究和撰 写的每一个环节，无不得到导师的悉心指导和帮助， 我愿借此机会向我的导师表示衷心的感谢！ 在实验进行当中，辽宁科技大学环境工程系王艳 秋、寇丽红师姐杨鹏同学，给予了无私的帮助和耐心 的指导。在此，表示深深的感谢！ 同时非常感谢《微生物前沿》期刊，给予发表文 章的机会。《微生物前沿》Advances in Microbiology 是一本关注微生物领域最新进展的国际中文期刊，本 刊支持思想创新、学术创新，倡导科学，繁荣学术， 集学术性、思想性为一体，是一个给世界范围内的科 学家、学者、科研人员提供传播、分享和讨论微生物 领域内不同方向问题与发展的交流平台。 最后，我要向关心和支持我学习的父母表示真诚 的谢意！感谢他们对我的关心、关注、理解与支持。 参考文献 (References) [1] 蒋克彬, 彭松, 陈秀珍. 水处理工程常用设备与工艺[M]. 北 京: 中国石化出版社, 2011, 234-239. 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[10] 王少坡, 彭永臻, 王淑莹. 温度和污泥浓度对短程内源反硝 化脱氮的影响[J]. 环境科学与技术, 2005, 4: 85-88. 专有名词解释 1) A/O：Anoxic/Oxic 的缩写，厌氧段和好养段串 联在一起，废水经过厌氧段后进入好养段。 2) 混凝沉淀：在废水中投入混凝剂，因混凝剂为 电解质，在废水里形成胶团，与废水中的胶体物质发 生电中和，形成绒粒沉降。混凝沉淀不但可以去除废 水中的粒径为10−3~10−6 mm 的细小悬浮颗粒，而且还 能够去除色度、油分、微生物、氮和磷等富营养物质、 重金属以及有机物等[1]。 3) CODCr：化学需氧量，是利用化学氧化剂(如高 锰酸钾)将水中可氧化物质(如有机物、亚硝酸盐、亚 铁盐、硫化物等)氧化分解，然后根据残留的氧化剂的 量计算出氧的消耗量。 4) DO：溶解氧，空气中的分子态溶解氧在水中 称为溶解氧。 5) 水力停留时间：简写作 HRT，水处理工艺名 词，是指待处理污水在反应器内的平均停留时间，也 就是污水与生物反应器内微生物作用的平均反应时 间。 6) 污泥浓度：单位体积污泥含有的干固体重量， 或干固体占污泥重量的百分比。 Copyright © 2013 Hanspub 47 |