電鍍廢水中含有多種重金屬、含氮污染物、有機物等，雖經(jīng)化學法、電解法、膜分離法、活性炭法〔1, 2, 3〕等有效處理達標排放，但仍有大量污染物流進江河湖海或滲入土壤地層，污染地下水源，破壞生態(tài)，危及人類健康和壽命。尤其在預(yù)處理后電鍍廢水中依然含有大量的含氮污染物，對環(huán)境生態(tài)的污染愈發(fā)嚴重。隨著太湖流域?qū)Φ着欧乓蟮奶岣撸婂?A style="TEXT-DECORATION: none" href="http://www.northcarolinalenders.com/">廢水尾水的脫氮處理問題亟待解決。
倒置A2/O工藝〔4〕中缺氧區(qū)位于工藝系統(tǒng)首端，優(yōu)先滿足反硝化作用的碳源需求，強化處理系統(tǒng)的脫氮功能;通過取消初沉池或縮短初沉池停留時間，增加系統(tǒng)脫氮所需的碳源;與常規(guī)A/O工藝相比，倒置A2/O工藝的流程形式和規(guī)模要求與傳統(tǒng)法工藝更為接近，在老廠改造方面更具推廣優(yōu)勢。在倒置A2/O工藝中投加填料可以截留進行生化反應(yīng)的優(yōu)勢菌種，同時為微生物提供附著環(huán)境，有效維持處理系統(tǒng)內(nèi)的微生物濃度，提高工藝系統(tǒng)的處理效率。小試試驗以電鍍廢水尾水為目標廢水，聯(lián)合生活污水后，經(jīng)增設(shè)填料的改良型倒置A2/O工藝處理，對目標廢水的脫氮效能變化進行研究。
1 試驗部分
1.1 分析方法
COD：重鉻酸鉀法回流滴定法;氨氮：納氏試劑光度法;硝酸鹽氮：紫外分光光度法;亞硝酸鹽：N-(1-萘基)-乙二胺光度法;總氮：過硫酸鉀氧化-紫外分光光度法;BOD5：稀釋接種法。
1.2 試驗用水水質(zhì)
試驗中采用的是電鍍廢水尾水(總鎳、Cu2+等重金屬已通過物化法高效回收)與生活污水混合后的廢水。
電鍍廢水尾水取自蘇州市某電鍍廠區(qū)經(jīng)物化處理后的出水，其COD為250~370 mg/L，NH4+-N為40~55 mg/L，NO2--N為1~2 mg/L，NO3--N為250~350 mg/L，TN為300~400 mg/L，Cr6+≤1 mg/L，Cu2+≤1 mg/L，總鎳≤0.5 mg/L。
生活污水為學校及周邊居民生活污水，其COD為150~200 mg/L，NH4+-N為25~35 mg/L，NO2--N<0.5 mg/L，NO3--N<0.5 mg/L，TN為30~40 mg/L。
1.3 試驗裝置與運行
試驗裝置采用有機玻璃材質(zhì)。反應(yīng)器分別設(shè)缺氧池、厭氧池、好氧池和沉淀池。缺氧池尺寸為10 cm×10 cm×45 cm，有效容積4 L;厭氧池尺寸為15 cm×15 cm×45 cm，有效容積9 L;缺氧池尺寸為30 cm×10 cm×45 cm，有效容積12 L;缺氧區(qū)和厭氧區(qū)內(nèi)設(shè)有攪拌槳攪拌。在缺氧池、厭氧池內(nèi)加入火山巖(粒徑2~3 cm，紅黑褐色不規(guī)則顆粒);在好氧池中懸掛組合填料(聚丙烯，D 80 mm)，底部鋪設(shè)一層火山巖。
倒置A2/O工藝流程如圖 1所示。
圖 1 工藝流程
運行初期，以蘇州某污水處理廠A2/O工藝中好氧池及厭氧池污泥接種馴化培養(yǎng)。試驗采用連續(xù)進水方式培養(yǎng)微生物，循序漸進向系統(tǒng)的進水中增加目標廢水的體積分數(shù)。當系統(tǒng)的COD去除率穩(wěn)定且池中污泥濃度相對穩(wěn)定時，即視為反應(yīng)裝置啟動成功。
系統(tǒng)啟動后水溫為22~32 ℃，MLSS為4~5 g/L，污泥齡SRT=10 d，運行倒置A2/O工藝，工況為：進水流量28.8 L/d，反應(yīng)器系統(tǒng)HRT為12.1 h，好氧池DO控制在2~3 mg/L，硝化液回流比100%，污泥回流比50%，監(jiān)測電鍍廢水尾水所占體積分數(shù)從10%、20%、30%、40%、50%、60%、70%、80%的變化中工藝的運行處理效果;在最佳體積分數(shù)下，觀測改變工況后工藝的運行處理效果。
2 結(jié)果與討論
2.1 電鍍廢水尾水所占比例對工藝運行效果的影響
考察了電鍍廢水尾水所占體積分數(shù)對工藝運行效果的影響，結(jié)果表明，在不同電鍍廢水尾水所占比例下，工藝對NH4+-N、TN、COD表現(xiàn)出不一樣的去除率：(1)工藝對NH4+-N的去除率一直保持在90%及以上，電鍍廢水尾水所占比例對NH4+-N的去除率幾乎沒有影響;(2)工藝對TN的去除率隨著電鍍廢水尾水的體積分數(shù)從10%變化到80%，變化較為明顯，當體積分數(shù)≥70%，工藝對TN的平均去除率只有40%不到;(3)不同體積分數(shù)下，雖然工藝對COD的去除率雖然都≥50%，但是當體積分數(shù)≥50%時，工藝對COD的平均去除率有明顯降低。
分析認為，不同混合比例直接影響混合廢水的可生化性。電鍍廢水中含有難以生化降解的含氮污染物及有機污染物，而電鍍廢水尾水和生化性較好的生活污水聯(lián)合處理，一方面降低了目標廢水中難降解物質(zhì)的濃度，另一方面生活污水中含有較易降解的有機物，為工藝系統(tǒng)的微生物生長提供營養(yǎng)物質(zhì)。兩方面共同作用使電鍍廢水尾水的可生化性得到改善，但隨著電鍍廢水尾水體積分數(shù)的增大，混合生活污水所起到的作用被弱化，從而使得工藝的處理效率產(chǎn)生波動，甚至降低。
在電鍍廢水體積分數(shù)為30%時，整個工藝有著較高的平均去除率：NH4+-N平均去除率為95%，TN平均去除率為77%，COD平均去除率為86%。
2.2 DO對工藝運行效果的影響
試驗控制進水流量28.8 L/d，反應(yīng)器系統(tǒng)HRT為12.1 h，硝化液回流比100%，污泥回流比50%，以好氧池中DO分別在1.4~1.6、1.9~2.1、2.4~2.6、2.9~3.1 mg/L變化中，監(jiān)測分析工藝對NH4+-N、TN的去除變化。
2.2.1 NH4+-N的去除變化
不同DO下NH4+-N的變化情況見圖 2。
圖 2 不同DO下NH4+-N去除效果
不同DO條件下，NH4+-N的去除效果表明：當DO在1.40~1.60 mg/L的時候，工藝對NH4+-N的平均去除率在75%，出水NH4+-N平均質(zhì)量濃度10 mg/L;當DO在1.90~2.10 mg/L的時候，NH4+-N的去除率達到90%及以上，出水NH4+-N低于5 mg/L;當DO繼續(xù)增大，在達到2.40~2.60、2.90~3.10 mg/L時，NH4+-N去除率高達95%以上，出水NH4+-N質(zhì)量濃度在1~2 mg/L。
分析認為，DO在1.40~1.60 mg/L，工藝硝化作用所需要的溶解氧不夠，抑制好氧微生物的生長，導致NH4+-N的去除效果較差，而隨著DO的增大，DO逐漸能夠滿足工藝中硝化作用的需要，使得NH4+-N的去除效果明顯變好。DO繼續(xù)增大，NH4+-N的去除率增大幅度有限，同時曝氣量的增大不僅不利于好氧活性污泥在組合填料表面的附著，造成好氧活性污泥的流失，而且從能耗角度考慮，也是不節(jié)能的。
2.2.2 TN的去除變化
不同DO下TN的變化情況見圖 3。
圖 3 不同DO下TN去除效果
當DO從1.40~1.60 mg/L變化到1.90~2.10 mg/L時，工藝對于TN的去除效果有著變好的趨勢。由于DO增大，使NH4+-N得以完全轉(zhuǎn)化為NO3--N，經(jīng)過回流至缺氧池進行反硝化脫氮，從而提高工藝對TN的去除率。同時認為，在DO為1.40~1.60、1.90~2.10 mg/L時，好氧區(qū)中存在同步硝化反硝化作用。好氧區(qū)中懸掛了組合填料，活性污泥在懸掛的填料上附著聚集，形成污泥絮體，使好氧池中構(gòu)成一個懸浮與附著微生物共生的復合生物系統(tǒng)。而DO擴散作用因受限制，使活性污泥絮體內(nèi)產(chǎn)生DO梯度，形成同步硝化反硝化的微環(huán)境：污泥絮體外表面接觸的DO較高，自養(yǎng)微生物硝化細菌利用氧氣進行硝化反應(yīng);絮體內(nèi)部，由于氧傳遞受阻以及有機物氧化、硝化作用的消耗形成缺氧區(qū)，反硝化菌占優(yōu)勢，發(fā)生反硝化作用。
當DO 自1.90~2.10 mg/L繼續(xù)增大到2.40~2.60、2.90~3.10 mg/L時，TN的去除率卻又有降低的趨勢。DO增大，一方面使原先污泥絮體內(nèi)部的缺氧區(qū)DO增大，破壞好氧池內(nèi)形成的同步硝化反硝化的微環(huán)境，導致好氧區(qū)內(nèi)的脫氮率降低，另一方面使硝化回流液中DO增大，回流至缺氧池后，影響缺氧池中的反硝化作用。兩方面作用使工藝對TN的去除率表現(xiàn)出降低的趨勢。
綜合分析不同DO下NH4+-N及TN的去除效果變化得出，DO在1.90~2.10 mg/L的時候，NH4+-N去除效果良好，同時利于脫氮處理。
2.3 回流比對工藝脫氮效能的影響
試驗控制進水流量28.8 L/d，反應(yīng)器系統(tǒng)HRT為12.1 h，DO為1.90~2.10 mg/L，污泥回流比50%，按照硝化液回流比分別為100%、150%、200%、250%進行對照試驗，監(jiān)測不同硝化液回流比下，改良型倒置A2/O工藝對TN的去除效果，結(jié)果見圖 4。
圖 4 不同回流比對 TN 的去除效果
結(jié)果表明，硝化液回流比從100%變化到150%，TN去除效果有所提高，平均去除率由77%提升到80%。硝化液回流比提高有利于經(jīng)好氧池硝化作用后的硝態(tài)氮盡可能多地回流至缺氧池進行反硝化脫氮。缺氧池內(nèi)增設(shè)的火山巖填料，截留了大量優(yōu)勢反硝化細菌，提高了反應(yīng)池內(nèi)微生物量，保障了系統(tǒng)的脫氮效能。硝化液回流比自150%繼續(xù)變大到200%、250%，TN去除率并沒有隨著提高，反而有小幅度降低。分析認為：大量硝化液回流攜帶較高濃度的DO，破壞缺氧池的缺氧環(huán)境，影響反硝化脫氮作用，同時較大的硝化液回流比也會帶來能耗問題。
因此綜合考慮節(jié)能和脫氮率，設(shè)置硝化液回流比在150%左右。
2.4 外加有機碳源對工藝脫氮的影響
試驗期間控制進水流量28.8 L/d，反應(yīng)器系統(tǒng)HRT為12.1 h，DO為1.90~2.10 mg/L，硝化液回流比150%，污泥回流比50%。以葡萄糖為有機碳源，配制COD為200 mg/L的有機碳源營養(yǎng)液，通過計量泵混合原反應(yīng)器進水，按照COD/TN分別約為1、2、3變化中，共同進入反應(yīng)器系統(tǒng)中，監(jiān)測工藝對TN去除效果，結(jié)果見圖 5。
圖 5 外加有機碳源對 TN 的去除效果
圖 5表明，隨著COD/TN逐漸從1增大到3，工藝對TN的去除率呈現(xiàn)增大的趨勢。當COD/TN≈1，TN去除率在80%左右;COD/TN≈2，TN去除率提升到84%，增幅5%，TN平均由134 mg/L被去除到22 mg/L左右;COD/TN≈3，TN平均去除率86%，提升2.3%。分析認為，外加碳源最先滿足缺氧池中反硝化作用的碳源需求，同時提高系統(tǒng)工藝流程的COD梯度，滿足后續(xù)好氧池中存在的同步硝化反硝化作用的碳源需求，提高整個工藝對氮的去除能力。
在COD/TN變化中，工藝總進水的總COD及系統(tǒng)出水COD變化如圖 6所示。
圖 6 外加有機碳源下COD的變化
總進水的總COD隨著COD/TN變大而有著明顯的增大，但是系統(tǒng)出水COD穩(wěn)定，平均出水COD為36 mg/L。由此可以推斷，外加的碳源帶入較多的易生物降解的有機碳源，被利用到反硝化脫氮作用中，提升工藝的脫氮率，而并沒有對工藝出水COD產(chǎn)生不利的影響。具體參見http://www.northcarolinalenders.com更多相關(guān)技術(shù)文檔。
3 結(jié)論
(1)系統(tǒng)為增設(shè)填料的改良型倒置A2/O工藝，綜合了活性污泥法與生物膜法的優(yōu)點，好氧段懸浮填料實現(xiàn)了活性污泥的附著聚集，出現(xiàn)同步硝化反硝化作用的微環(huán)境，兩者共同作用更利于工藝對電鍍廢水尾水的脫氮處理。
(2)改變好氧段的DO對同步硝化反硝化微環(huán)境會產(chǎn)生不利的影響，過高的DO不僅抑制了同步硝化反硝化作用，而且造成回流硝態(tài)氮液DO較高，影響缺氧段的反硝化作用，對TN的去除產(chǎn)生不利的影響。硝化液回流比的變化對TN的去除有正向作用，但過高的回流比不僅能耗增多，而且也會降低系統(tǒng)對TN的去除率。試驗結(jié)果建議，DO維持在1.90~2.10 mg/L，硝化液回流比在150%左右，可以有效保證系統(tǒng)的硝化與反硝化過程的進行，提高系統(tǒng)的脫氮率。
(3)電鍍廢水尾水混合生活污水后，可提高廢水中較易降解的有機物濃度，提升目標廢水的可生化性，但電鍍廢水中氮含量較高，生活污水所能提供的碳源有限，COD/TN在一定程度上抑制TN更高效地去除。故提高總進水的COD/TN有利于提高工藝對TN的去除率。
