生物强化技术在电镀废水处理中的应用案例分析

尹成彬，关 勇

(普罗生物技术(上海)有限公司，上海 201206)

电镀行业作为世界三大污染工业之一，生产过程产生的废水、废气、废渣始终是困扰行业发展的难题。我国的电镀产业长期以来存在的问题是：布局混乱；管理体系不完善；生产水平低；环境污染严重等[1]。电镀废水的主要来源为：镀件清洗废水；电镀废液；其他废水，包括冲刷车间、刷洗地板，以及镀槽渗漏或操作管理不当造成的跑、冒、滴、漏的各种槽液和排水[2]。

电镀废水成分复杂，主要的污染物有重金属、氰化物、有机物、盐、氮和磷等。因其含有高浓度且成分复杂的难降解有机物，低 C/N 和已成为电镀行业电镀有机废水生物处理的瓶颈问题[3]。电镀工业园区废水处理站针对水质特性，进行分流而治：通常采用物化法去除重金属和氰化物，而对于有机污染物(COD)、磷(P)和氮(N)则采用更加节省成本的活性污泥方法进行处理[4]。然而在电镀园区污水处理站实际处理废水过程中存在着：来水水质和水量波动、难以完全分质分流、前端物化对络合态重金属去除不彻底等问题，使得后端生化系统受到不同程度上的冲击及影响，造成低浓度重金属进入生物处理系统[5]。这些因素共同造成生化系统对氨氮及COD指标去除效能下降。因此，生物强化技术在电镀废水中应用研究，探究其对生化污水处理系统的影响，快速恢复生化系统中污泥活性进程是保障电镀行业污水处理工艺稳定运行具有重要意义。

1 项目概况

1.1 设计水质水量

某电镀产业园区内企业废水站主要负责收集、处理电镀产业园区内企业产生的含铜、镍、锌、铬等电镀废水。污水处理中心采用废水分流、分类收集处理、净水回用，金属回收，并实现集中处理、达标排放。污水处理中心于2021年12月进行了升级改造，改造后废水处理水量可达 1200 m3/d，大幅度提高废水处理规模。采用了“分质收集调节、化学混凝沉淀、水解酸化、A/O及反硝化脱氮除磷、化学高级氧化、树脂离子交换、膜处理”等多种高效的联合处理工艺，为废水处理达标排放提供了可靠的技术保障。设计进水限值和排放标准如表1，电镀废水主要分类设计处理水量如表2。

表1 废水进水限值和排放标准

表2 电镀废水主要分类设计处理水量

1.2 工艺路线

电镀废水处理工艺流程如图1。

图1 电镀废水处理工艺流程图

1.3 系统运行情况分析

近期生化系统实际进水水量为约 800 m3/d，生化进水铬质量浓度在0.1～0.2 mg/L、镍进水质量浓度在0.2～0.3 mg/L、铜进水质量浓度低于 0.1 mg/L、锌离子质量浓度在 0.05 mg/L。生化进水总氮质量浓度在180～260 mg/L 范围内波动。生化段缺氧池有效池容为 1200 m3，好氧池在 800 m3。经现场勘察交流及数据分析，此次系统受冲击的主要原因为来水水质异常(重金属离子长期累积及高负荷总氮冲击导致)，生化系统出水COD、总氮异常已经持续 20 d 以上，期间通过倒泥、系统工艺优化等多种措施，生化系统出水指标仍未见明显好转。业主希望引用生物增效技术及产品(生物解毒剂、生物促生剂、倍活®反硝化菌种、倍活®除COD菌四种产品)，结合现场工艺调整恢复生化系统，满足出水总氮达到排放标准。

2 材料和方法

2.1 产品介绍

本项目使用倍活®除COD菌、倍活®反硝化菌种、生物菌酶解毒剂MN、生物菌酶促生剂BN四款生物制剂产品。产品介绍及用量如表3 所示。

表3 产品用量及介绍

2.2 产品使用方法

本项目使用生物菌剂均为针对污水处理厂研发的从大自然中筛选出的安全无毒无害的生物制剂，倍活®反硝化菌种、倍活®除COD菌、生物菌酶解毒剂MN、生物菌酶促生剂BN四种生物菌剂产品人工直接投加在缺氧池进水端。

2.3 分析方法

本研究中常规水质指标的检测均参照《水与废水检测分析方法(第四版)》，项目主要考察通过投加生物菌剂提高微生物对污染物的降解能力，从而满足出水总氮达标排放，故主要监测指标为COD、总氮、氨氮等，取样点为缺氧池进出水。取样的检测项目及检测方法如表4所示。

表4 检测指标及方法

3 系统调试概况

3.1 投加高效生物菌剂的作用

1)促进微生物的繁殖，提高微生物对污染物的氧化分解能力，并能屏蔽化学残留物对微生物的毒性；

2)协调污水中的土著微生物来增强系统的反硝化能力，提高系统在毒性，有抑制物或低温条件下的运行能力；

3)提高废水处理系统对有毒、抑制物质冲击的耐受度效降低出水污染物浓度，改善生化系统，提高废水处理系统的稳定性。

3.2 工艺优化措施

1)优化水解酸化池工艺参数，提高生化系统抗冲击能力；

2)通过控制污泥回流泵阀门，将污泥回流流量提升至100%，目的维持生化系统污泥浓度；

3)提高葡萄糖或淀粉投加量，提高生化系统B/C比；

4)间歇性开启曝气池，延长反硝化脱氮反应时间；

5)控制来水重金属离子各项指标，避免系统持续收到冲击；

6)减少生化系统排泥频次，可有效恢复生化系统污泥浓度，从而增强系统抗冲击能力。

4 结果与讨论

4.1 COD数据分析

现场污水处理运行设备随着使用时间的推移，部分污水处理设备工艺硬件出现不同程度的损坏，对整个工艺系统运行全面打通，污水处理流畅化及各项指标控制均受到影响。电镀废水中含有大量的重金属离子不断在生化系统活性污泥中不断积累富集，从而导致活性污泥的活性大幅度降低，外观表现生化池面出现大量死泥漂浮，内在指标表现二沉池出水水质SS、总氮、CODcr升高。受到重金属离子抑制的活性污泥在曝气、搅拌器作用下充分混合条件下，极易产生大量粘性的生物泡沫，而这些异常泡沫影响着活性污泥中氧传质效果，进一步降低好氧池溶解氧，同时也进一步影响微生物在生化系统中难以发挥去除有机污染物作用。

在实际工程污水处理工艺设备运行过程中，生化池面所浮现的泡沫和死泥，此类泡沫黏附污泥絮体香花之间黏附性较强，难以通过常规排泥降低系统污泥浓度等调整手段进行解决这类泡沫和浮泥。若工艺系统在长时间运行过程中极易造成生化系统中活性污泥流失，影响二沉池出水浊度以及悬浮物升高，从而带来感官上不适，最直接反映CODcr数据为二沉池出水指标升高，需从根本上解决因污泥中毒导致活性差老化等问题，解决措施：通过工艺调整配合生物解毒剂和生物促生剂的使用，从而有效缓解因毒性物质冲击活性污泥导致死泥、泡沫情况。再通过投加除COD菌在生化池内，从而降低出水COD指标，以满足现场指标排放的要求。

图2是采用生物增效产品使用前后，生化系统进水以及二沉池出水COD数据变化趋势图。从10月份以来二沉池出水CODcr开始出现波动，在10月26日投加COD去除菌(MicroPlex-COD)前，出水CODcr呈现逐步上升趋势，在10月25日出水CODcr达到峰值 301 mg/L，在10月26日往A池投加COD去除菌以及配合工艺段调整等措施，控制进水COD浓度有所降低，在投加COD去除菌(MicroPlex-COD)5 d 内，二沉池出水CODcr上升趋势有所减缓，此时生化系统对COD去除率也降至最低，在短暂的出水COD平缓，10月30日，在COD去除菌(MicroPlex-COD)投加第 5 d 天，二沉池出水COD开始出现大幅度下降，至11月1日，二沉池出水COD趋于稳定，随之COD去除率也逐步恢复至86.5%，在连续 7 d 跟踪检测二沉池出水COD，即使在生化系统A池进水COD波动的情况下，二沉池出水COD稳定小于 100 mg/L，完全达到现场污水处理系统外排标准(<150 mg/L)。

图2 生化系统进出水COD变化趋势图

4.2 TN数据分析

图3是采用生物增效产品使用前后，生化系统中缺氧池池进水以及二沉池出水总氮数据变化趋势图。从图中可以发现，在10月25日开始投加生物增效产品，此时生化系统进出水总氮基本一致，系统内反硝化作用基本完全丧失功能，同死时由于现场水力停留时间原因，在检测指标上检测显然有延缓，故在10月23～25日检测总氮上反映出出水总氮要比进水总氮的指标高。在投加生物增效产品 5 d，同时配合相关的工艺调整，二沉池出水总氮下降趋势明显，投加生物增效产品 10 d 后，二沉池出水总氮已从250～300 mg/L 下降至 35 mg/L以下，已满足现场外排标准。在生物增效产品投加 14 d 天后，二沉池出水总氮持续稳定在3～8 mg/L 范围内，生化系统总氮去除率逐步上升，从10月23日反硝化作用没有的情况下，脱氮效率提升至99%，在面临生化系统进水总氮大幅度波动的情况下，二沉池出水总氮依然保持较低水平(<10 mg/L)。

图3 生化系统进出水总氮变化趋势图

4.3 活性污泥改善效果分析

生化系统AO工艺中主要对废水指标产生作用的主体为活性污泥，活性污泥的性能高低直接关系到废水指标的好坏。活性污泥的活性评价方法有很多，如：菌胶团性状、生物相镜检、污泥沉降比SV30等。在调试期间的连续镜检可以观察到，在生物菌酶MN及生物菌酶BN投加使用前，观察生化系统好氧池末端污泥混合液中菌胶团外形轮廓发黄发暗，污泥絮体结构细密松散，存在极少数原后生动物，但活性极差。在投加生物菌酶MN及生物菌酶BN投加使用后，生物镜检发现污泥絮体外形轮廓逐渐清晰，污泥絮体结构较为紧密，原后生动物活性明显增强。11月1日从镜检中便可以观察到原后生指示性动物，如：轮虫、钟虫等。污泥活性得到极大改善，生化系统各项废水指标去除效果大大提高，达到预期效果。

5 总结

自生化系统投加生物菌剂后，取得了以下几点效果：

1)系统 COD 降解能力明显提升，二沉池出水 COD 由最高 283 mg/L 逐步降至 100 mg/L 左右，在生化进水COD负荷大幅度提升的情况，二沉池出水COOD稳定且满足现场排放标准。

2)通过工艺调整和反硝化菌种的投加生化系统硝化能力得到强化，二沉池出水总氮持续下降并稳定在 10 mg/L 以下。

3)投加生物促生剂、生物解毒剂后，生化系统抗冲击能力有所提升，在来水波动期间及进水依然存在重金属离子的情况下，出水依旧能够稳定达标排放且优于排放标准。由上检测指标及微生物镜检观察，在电镀废水处理中通过采用生物强化技术，能够提高电镀废水生化系统对废水处理效率，提高各项指标：如 COD、总氮的去除率，从源头上改善污泥的活性，从而进一步加强生化系统的抗冲击能力。