鐘華文，葉芳芳，聶麗君，林培喜，江利梅，林志武

(1.廣東石油化工學(xué)院 環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，廣東 茂名 525000；2.廣東省石油化工污染過程與控制重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣東 茂名 525000；3.高州友盛皮革制品有限公司，廣東 茂名 525011)

我國仍存在數(shù)量眾多的鄉(xiāng)鎮(zhèn)皮革制造企業(yè)，由于此類企業(yè)分散、集中度低，對(duì)周圍環(huán)境產(chǎn)生了嚴(yán)重污染[1]。近十年來皮革廢水產(chǎn)生的環(huán)境問題也日益受到重視，這類廢水的處理一般是用混凝沉淀與生物化學(xué)法組合[2,3]?；炷恋硎浅Ｓ脕硖幚砥じ飶U水的物化技術(shù)[4]，混凝過程中主要去除鉻離子(Cr3+)，另外也可以去除廢水中的懸浮物(SS)，降低廢水色度。由于皮革廢水中還含有較高的氨氮(NH3-N)、總氮(TN)，化學(xué)需氧量(COD)較大，故常結(jié)合生物化學(xué)法對(duì)其進(jìn)行處理。王慧、胡天媛、王敏、周雨婷等[5-8]介紹了各種生物化學(xué)法對(duì)皮革廢水處理的實(shí)驗(yàn)或應(yīng)用情況。這些方法針對(duì)的一般是有機(jī)物和氨氮污染，因?yàn)闆]有反硝化功能，硝態(tài)氮沒有得到去除，導(dǎo)致總氮不能達(dá)標(biāo)。AO工藝是一種操作簡(jiǎn)便的生物脫氮工藝，且適合中小型皮革企業(yè)的廢水處理?，F(xiàn)采用AO工藝對(duì)皮革廢水進(jìn)行生物處理實(shí)驗(yàn)，以通過實(shí)驗(yàn)獲得最佳的操作條件，達(dá)到良好的去除效果。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)用水及分析

取某皮革廠生產(chǎn)排放的綜合廢水(含沖洗地面廢水)，在實(shí)驗(yàn)室投入聚合氯化鋁，采用混凝預(yù)處理得到本實(shí)驗(yàn)的原水，對(duì)其主要指標(biāo)如COD、NH3-N、TN、SS、Cr3+和色度等進(jìn)行檢測(cè)，結(jié)果如表1。

表1 預(yù)處理后的實(shí)驗(yàn)用水水質(zhì)

由表1可知，經(jīng)混凝處理后，實(shí)驗(yàn)原水的Cr3+含量已達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)。廢水的COD和色度雖然有所降低，但仍然較高。同時(shí)，由表1數(shù)據(jù)可看到，皮革廢水中NH3-N含量較低，但TN含量卻較高，最高達(dá)到74 mg/L。TN主要由較多的有機(jī)氮和少量的NH3-N組成，有機(jī)氮經(jīng)過氨化過程會(huì)分解為NH3-N，因此，廢水需要進(jìn)行硝化和反硝化處理，才可能達(dá)到排放要求。

1.2 分析項(xiàng)目及方法

皮革廢水主要分析的項(xiàng)目有COD、NH3-N、TN、SS、Cr3+、色度、pH及DO等，這些水質(zhì)指標(biāo)和操作參數(shù)的檢測(cè)方法均采用國家標(biāo)準(zhǔn)方法。

1.3 微生物培養(yǎng)及運(yùn)行

在AO工藝裝置中加入生活污水曝氣池的有效污泥，進(jìn)行A池(反硝化池)反硝化菌和O池(硝化池)硝化菌的培養(yǎng)和馴化。微生物培養(yǎng)時(shí)，先進(jìn)行靜態(tài)培養(yǎng)，因O池的曝氣作用和A池來自O(shè)池回流液的作用，A池和O池的污泥均呈懸浮狀態(tài)。靜態(tài)培養(yǎng)一般每隔24 h更換廢水一次，此時(shí)關(guān)停充氧機(jī)讓廢水和污泥靜置半小時(shí)，排走澄清液，留下底部污泥。兩池污泥經(jīng)大約一周的培養(yǎng)，泥量漸漸增加，每天分析的主要指標(biāo)(COD、NH3-N和TN)有一定的去除效果，此時(shí)微生物培養(yǎng)方法可以用動(dòng)態(tài)替代靜態(tài)。一般再經(jīng)大約10 d，就可結(jié)束兩池微生物的馴化進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究了，實(shí)驗(yàn)時(shí)AO工藝的回流比取200%。

2 結(jié)果與討論

AO生物脫氮工藝處理皮革廢水，水中的pH會(huì)影響硝化和反硝化過程，A池和O池的pH需分別控制[9]為6.5～7.5，6.8～8.0。除pH外，AO生物脫氮工藝的脫氮效果主要取決于HRT和DO。

2.1 HRT對(duì)皮革廢水處理效果影響

圖1 HRT與A池處理效果的關(guān)系

2.1.1 HRT對(duì)A池處理效果影響

將原水泵入AO生物脫氮工藝系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究。原水首先與O池的回流水一起進(jìn)入A池進(jìn)行反硝化脫氮。實(shí)驗(yàn)研究了A池在HRT分別為4，8，12，16，20和24 h情況下的實(shí)驗(yàn)效果。圖1表示了不同的HRT實(shí)驗(yàn)條件與主要考察指標(biāo)COD和TN去除效果的關(guān)系。

從圖1可知，A池的HRT達(dá)到16 h時(shí)，COD和TN就已達(dá)到較好的去除效果，說明反硝化菌的脫氮過程與COD的降解是同時(shí)進(jìn)行的。HRT達(dá)到16 h以后，HRT繼續(xù)增加，COD和TN的去除則增加較為緩慢，這說明，此時(shí)的硝態(tài)氮已基本消耗完，反硝化過程基本結(jié)束。所以，從圖1可以得出A池的HRT控制為16～20 h比較適宜，此時(shí)的COD和TN的去除率分別達(dá)到62%和56%以上，而殘余的TN主要為氨化作用下的產(chǎn)物(NH3-N)，這些NH3-N作為后置O池的硝化菌養(yǎng)料，最終基本得到降解。

2.1.2 HRT對(duì)O池處理效果影響

圖2 HRT與O池處理效果的關(guān)系

對(duì)于O池，因硝化菌生長(zhǎng)繁殖較為緩慢，需保證足夠長(zhǎng)的時(shí)間才能確保硝化效果，若HRT過短，有機(jī)負(fù)荷增大會(huì)抑制硝化菌的活性。A池的反硝化過程同時(shí)也將原水中的有機(jī)氮分解成為氨氮(NH3-N)，然后進(jìn)入O池進(jìn)行硝化作用。實(shí)驗(yàn)研究了O池在HRT分別為6，10，14，18，22，26 h情況下的實(shí)驗(yàn)效果。圖2為COD和NH3-N的去除率隨HRT變化的情況。

由圖2可見，O池的HRT在14 h，COD的去除率就已基本達(dá)到最大，而NH3-N的去除率達(dá)到最大需要的HRT要延后4 h左右，即HRT在18 h，說明O池的異養(yǎng)菌較自養(yǎng)菌而言為優(yōu)勢(shì)菌，有機(jī)物先行降解，然后才是NH3-N的降解。HRT從14 h開始，繼續(xù)延長(zhǎng)HRT，NH3-N的去除率會(huì)繼續(xù)增加，但COD的去除率則增加緩慢，這說明在較低有機(jī)負(fù)荷條件下，硝化菌已成為優(yōu)勢(shì)菌，系統(tǒng)以降解NH3-N為主。需要說明的是，O池進(jìn)水所含的NH3-N主要是由A池有機(jī)氮分解生成，NH3-N在O池通過硝化生成硝態(tài)氮，回流至A池進(jìn)行反硝化得到去除。

2.2 DO對(duì)皮革廢水處理效果影響

2.2.1 DO對(duì)O池處理效果影響

圖3 DO與O池處理效果的關(guān)系

研究AO工藝系統(tǒng)O池的DO對(duì)處理效果的影響，在O池的HRT為22 h，選O池的DO質(zhì)量濃度分別為1.0，1.5，2.0，2.5，3.0和3.5 mg/L時(shí)，分析池中的DO變化與出水COD和NH3-N變化的關(guān)系，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖3。

從圖3看到，隨著池中DO增加，O池出水的NH3-N和COD的去除率隨著增大。這表明在充足的DO條件下，好氧菌(異養(yǎng)菌和自養(yǎng)菌)生長(zhǎng)繁殖旺盛，分解污染物的效果增強(qiáng)。但對(duì)比異養(yǎng)菌和自養(yǎng)菌對(duì)DO的依賴，異養(yǎng)菌對(duì)DO的依賴較小，COD的去除效果受DO變化的影響較小，且在較低的DO條件下，也有不錯(cuò)的COD去除效果；相對(duì)而言，自養(yǎng)菌受DO的影響則較為明顯，DO質(zhì)量濃度低于2.0 mg/L時(shí)，硝化作用隨著DO的增加而加速明顯，水中DO質(zhì)量濃度達(dá)到2.5 mg/L時(shí)，NH3-N的降解效果最好，此時(shí)COD也達(dá)到最佳的去除效果。

圖4 DO與A池處理效果的關(guān)系

2.2.2 DO對(duì)A池處理效果影響

A池的DO為O池含溶解氧的回流液而來，在A池的HRT為20 h條件下，調(diào)節(jié)O池回流比和通過在A池微曝氣，來控制A池的DO質(zhì)量濃度分別為0.2，0.4，0.6，0.8，1.0，1.2 mg/L時(shí)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，分析了池中DO變化與A池出水COD和TN變化的關(guān)系，結(jié)果如圖4所示。

從圖4可看到，COD的去除總體來說受A池DO的變化較小，而TN的去除則隨著DO增大呈現(xiàn)急速下降的變化趨勢(shì)。在DO質(zhì)量濃度低于0.6 mg/L時(shí)，反硝化效果很好，TN去除率達(dá)到56%左右，此時(shí)殘余的TN主要為氨化作用下的產(chǎn)物(NH3-N)，NH3-N則被后置的硝化池所降解；隨著DO增大，TN去除效果呈現(xiàn)較大的下降趨勢(shì)。這說明，如果含較高DO的硝化液回流到A池時(shí)，A池的DO質(zhì)量濃度難以控制在0.5 mg/L以下，反硝化則會(huì)大受影響。

2.3 AO工藝處理皮革廢水總體效果分析

皮革廢水采用AO生物脫氮工藝處理，實(shí)驗(yàn)裝置連續(xù)運(yùn)行了三個(gè)多月，期間對(duì)皮革廢水的主要污染指標(biāo)COD、NH3-N、TN、SS和色度進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果的平均值如表2所示。

表2 AO工藝對(duì)皮革廢水的平均處理效果

注：執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)為廣東省地方標(biāo)準(zhǔn)《水污染物排放限值》(DB44/26—2001)。

由表2可知，實(shí)驗(yàn)的皮革廢水采用AO生物脫氮工藝處理，系統(tǒng)對(duì)主要污染指標(biāo)COD、NH3-N、TN、SS和色度的平均去除率分別為82.3%、87.6%、56.4%、72.1%和74.4%，其總排水這些指標(biāo)的平均質(zhì)量濃度分別為76，6.2，24，24 mg/L和23倍，排水水質(zhì)指標(biāo)達(dá)到了規(guī)定的排放標(biāo)準(zhǔn)。總體來說，AO生物脫氮工藝對(duì)該類皮革廢水具有良好的脫氮效果，其硝化和反硝化過程均運(yùn)行良好。除此之外，進(jìn)水的TN波動(dòng)范圍較大，但NH3-N和TN的處理效果均較為穩(wěn)定，說明選擇AO生物脫氮工藝處理皮革廢水是合適的。

3 結(jié)論

(1) 選擇A池和O池的HRT分別為16～20 h和18～22 h，然后調(diào)節(jié)A池和O池的DO分別為0.2～0.5 mg/L和2.5～3.0 mg/L，該工藝系統(tǒng)對(duì)實(shí)驗(yàn)的皮革廢水具有良好的硝化和反硝化效果。

(2) AO生物脫氮工藝對(duì)實(shí)驗(yàn)廢水的主要污染指標(biāo)COD、NH3-N、TN、SS和色度的平均去除率分別為82.3%、87.6%、56.4%、72.1%和74.4%，排水的主要污染指標(biāo)分別為76，6.2，24，24 mg/L和23倍，達(dá)到了規(guī)定的排放標(biāo)準(zhǔn)。