AO生物脱氮工艺处理皮革废水研究*

2020-07-02钟华文叶芳芳聂丽君林培喜江利梅林志武

广东石油化工学院学报 2020年3期

钟华文，叶芳芳，聂丽君，林培喜，江利梅，林志武

(1.广东石油化工学院环境科学与工程学院，广东茂名 525000；2.广东省石油化工污染过程与控制重点实验室，广东茂名 525000；3.高州友盛皮革制品有限公司，广东茂名 525011)

我国仍存在数量众多的乡镇皮革制造企业，由于此类企业分散、集中度低，对周围环境产生了严重污染[1]。近十年来皮革废水产生的环境问题也日益受到重视，这类废水的处理一般是用混凝沉淀与生物化学法组合[2,3]。混凝沉淀是常用来处理皮革废水的物化技术[4]，混凝过程中主要去除铬离子(Cr3+)，另外也可以去除废水中的悬浮物(SS)，降低废水色度。由于皮革废水中还含有较高的氨氮(NH3-N)、总氮(TN)，化学需氧量(COD)较大，故常结合生物化学法对其进行处理。王慧、胡天媛、王敏、周雨婷等[5-8]介绍了各种生物化学法对皮革废水处理的实验或应用情况。这些方法针对的一般是有机物和氨氮污染，因为没有反硝化功能，硝态氮没有得到去除，导致总氮不能达标。AO工艺是一种操作简便的生物脱氮工艺，且适合中小型皮革企业的废水处理。现采用AO工艺对皮革废水进行生物处理实验，以通过实验获得最佳的操作条件，达到良好的去除效果。

1 材料与方法

1.1 实验用水及分析

取某皮革厂生产排放的综合废水(含冲洗地面废水)，在实验室投入聚合氯化铝，采用混凝预处理得到本实验的原水，对其主要指标如COD、NH3-N、TN、SS、Cr3+和色度等进行检测，结果如表1。

表1 预处理后的实验用水水质

由表1可知，经混凝处理后，实验原水的Cr3+含量已达到排放标准。废水的COD和色度虽然有所降低，但仍然较高。同时，由表1数据可看到，皮革废水中NH3-N含量较低，但TN含量却较高，最高达到74 mg/L。TN主要由较多的有机氮和少量的NH3-N组成，有机氮经过氨化过程会分解为NH3-N，因此，废水需要进行硝化和反硝化处理，才可能达到排放要求。

1.2 分析项目及方法

皮革废水主要分析的项目有COD、NH3-N、TN、SS、Cr3+、色度、pH及DO等，这些水质指标和操作参数的检测方法均采用国家标准方法。

1.3 微生物培养及运行

在AO工艺装置中加入生活污水曝气池的有效污泥，进行A池(反硝化池)反硝化菌和O池(硝化池)硝化菌的培养和驯化。微生物培养时，先进行静态培养，因O池的曝气作用和A池来自O池回流液的作用，A池和O池的污泥均呈悬浮状态。静态培养一般每隔24 h更换废水一次，此时关停充氧机让废水和污泥静置半小时，排走澄清液，留下底部污泥。两池污泥经大约一周的培养，泥量渐渐增加，每天分析的主要指标(COD、NH3-N和TN)有一定的去除效果，此时微生物培养方法可以用动态替代静态。一般再经大约10 d，就可结束两池微生物的驯化进行实验研究了，实验时AO工艺的回流比取200%。

2 结果与讨论

AO生物脱氮工艺处理皮革废水，水中的pH会影响硝化和反硝化过程，A池和O池的pH需分别控制[9]为6.5～7.5，6.8～8.0。除pH外，AO生物脱氮工艺的脱氮效果主要取决于HRT和DO。

2.1 HRT对皮革废水处理效果影响

图1 HRT与A池处理效果的关系

2.1.1 HRT对A池处理效果影响

将原水泵入AO生物脱氮工艺系统进行实验研究。原水首先与O池的回流水一起进入A池进行反硝化脱氮。实验研究了A池在HRT分别为4，8，12，16，20和24 h情况下的实验效果。图1表示了不同的HRT实验条件与主要考察指标COD和TN去除效果的关系。

从图1可知，A池的HRT达到16 h时，COD和TN就已达到较好的去除效果，说明反硝化菌的脱氮过程与COD的降解是同时进行的。HRT达到16 h以后，HRT继续增加，COD和TN的去除则增加较为缓慢，这说明，此时的硝态氮已基本消耗完，反硝化过程基本结束。所以，从图1可以得出A池的HRT控制为16～20 h比较适宜，此时的COD和TN的去除率分别达到62%和56%以上，而残余的TN主要为氨化作用下的产物(NH3-N)，这些NH3-N作为后置O池的硝化菌养料，最终基本得到降解。

2.1.2 HRT对O池处理效果影响

图2 HRT与O池处理效果的关系

对于O池，因硝化菌生长繁殖较为缓慢，需保证足够长的时间才能确保硝化效果，若HRT过短，有机负荷增大会抑制硝化菌的活性。A池的反硝化过程同时也将原水中的有机氮分解成为氨氮(NH3-N)，然后进入O池进行硝化作用。实验研究了O池在HRT分别为6，10，14，18，22，26 h情况下的实验效果。图2为COD和NH3-N的去除率随HRT变化的情况。

由图2可见，O池的HRT在14 h，COD的去除率就已基本达到最大，而NH3-N的去除率达到最大需要的HRT要延后4 h左右，即HRT在18 h，说明O池的异养菌较自养菌而言为优势菌，有机物先行降解，然后才是NH3-N的降解。HRT从14 h开始，继续延长HRT，NH3-N的去除率会继续增加，但COD的去除率则增加缓慢，这说明在较低有机负荷条件下，硝化菌已成为优势菌，系统以降解NH3-N为主。需要说明的是，O池进水所含的NH3-N主要是由A池有机氮分解生成，NH3-N在O池通过硝化生成硝态氮，回流至A池进行反硝化得到去除。

2.2 DO对皮革废水处理效果影响

2.2.1 DO对O池处理效果影响

图3 DO与O池处理效果的关系

研究AO工艺系统O池的DO对处理效果的影响，在O池的HRT为22 h，选O池的DO质量浓度分别为1.0，1.5，2.0，2.5，3.0和3.5 mg/L时，分析池中的DO变化与出水COD和NH3-N变化的关系，实验结果见图3。

从图3看到，随着池中DO增加，O池出水的NH3-N和COD的去除率随着增大。这表明在充足的DO条件下，好氧菌(异养菌和自养菌)生长繁殖旺盛，分解污染物的效果增强。但对比异养菌和自养菌对DO的依赖，异养菌对DO的依赖较小，COD的去除效果受DO变化的影响较小，且在较低的DO条件下，也有不错的COD去除效果；相对而言，自养菌受DO的影响则较为明显，DO质量浓度低于2.0 mg/L时，硝化作用随着DO的增加而加速明显，水中DO质量浓度达到2.5 mg/L时，NH3-N的降解效果最好，此时COD也达到最佳的去除效果。

图4 DO与A池处理效果的关系

2.2.2 DO对A池处理效果影响

A池的DO为O池含溶解氧的回流液而来，在A池的HRT为20 h条件下，调节O池回流比和通过在A池微曝气，来控制A池的DO质量浓度分别为0.2，0.4，0.6，0.8，1.0，1.2 mg/L时进行实验，分析了池中DO变化与A池出水COD和TN变化的关系，结果如图4所示。

从图4可看到，COD的去除总体来说受A池DO的变化较小，而TN的去除则随着DO增大呈现急速下降的变化趋势。在DO质量浓度低于0.6 mg/L时，反硝化效果很好，TN去除率达到56%左右，此时残余的TN主要为氨化作用下的产物(NH3-N)，NH3-N则被后置的硝化池所降解；随着DO增大，TN去除效果呈现较大的下降趋势。这说明，如果含较高DO的硝化液回流到A池时，A池的DO质量浓度难以控制在0.5 mg/L以下，反硝化则会大受影响。

2.3 AO工艺处理皮革废水总体效果分析

皮革废水采用AO生物脱氮工艺处理，实验装置连续运行了三个多月，期间对皮革废水的主要污染指标COD、NH3-N、TN、SS和色度进行检测，检测结果的平均值如表2所示。

表2 AO工艺对皮革废水的平均处理效果

注：执行标准为广东省地方标准《水污染物排放限值》(DB44/26—2001)。

由表2可知，实验的皮革废水采用AO生物脱氮工艺处理，系统对主要污染指标COD、NH3-N、TN、SS和色度的平均去除率分别为82.3%、87.6%、56.4%、72.1%和74.4%，其总排水这些指标的平均质量浓度分别为76，6.2，24，24 mg/L和23倍，排水水质指标达到了规定的排放标准。总体来说，AO生物脱氮工艺对该类皮革废水具有良好的脱氮效果，其硝化和反硝化过程均运行良好。除此之外，进水的TN波动范围较大，但NH3-N和TN的处理效果均较为稳定，说明选择AO生物脱氮工艺处理皮革废水是合适的。