电镀废水尾水脱氮处理方法

电镀废水尾水脱氮处理方法

电镀废水中含有多种重金属、含氮污染物、有机物等，虽然目前已采用化学法、电解法、膜分离法、活性炭法〔1、2、3〕等方法进行有效处理，达到排放标准，但仍有大量污染物流入江河湖海或下渗到土层中，污染地下水源，破坏生态，危害人类健康和生命。特别是电镀废水经过预处理后仍含有大量含氮污染物，对环境和生态的污染越来越严重。随着太湖流域对氮、磷排放要求的不断提高，电镀废水尾水反硝化处理问题亟待解决。

倒置A2/O工艺〔4〕中，缺氧区位于工艺系统首端，优先满足反硝化碳源需求，强化处理系统的脱氮功能；通过取消初沉池或缩短初沉池停留时间，增加系统反硝化所需碳源；与常规A/O工艺相比，倒置A2/O工艺的工艺形式和规模要求更接近传统工艺，在老厂改造中更具有推广优势。倒置A2/O工艺中投加填料，可拦截优势菌种进行生化反应，同时为微生物提供附着环境，有效维持处理系统中微生物浓度，提高工艺系统处理效率。中试以电镀废水尾水为目标废水，结合生活污水，采用投加填料的改进型倒置A2/O工艺进行处理，研究目标废水反硝化效率的变化。

1 实验部分

1.1 分析方法

COD：重铬酸钾回流滴定法；氨氮：纳氏试剂光度法；硝酸盐氮：紫外分光光度法；亚硝酸盐：N-(1-萘基)-乙二胺光度法；总氮：过硫酸钾氧化-紫外分光光度法；BOD5：稀释接种法。

1.2 试验水质

试验所用废水为电镀废水尾水(其中总镍、Cu2+等重金属已通过物理、化学方法高效回收)与生活污水的混合水。

电镀废水尾水取自苏州某电镀厂出水，经物化处理后，其COD为250～370mg/L、NH4+-N为40～55mg/L、NO2--N为1～2mg/L、NO3--N为250～350mg/L、TN为300～400mg/L、Cr6+≤1mg/L、Cu2+≤1mg/L、总镍≤0.5mg/L。

生活污水为学校及周边居民生活污水，COD为150~200mg/L，NH4+-N为25~35mg/L，NO2--N为

1.3 试验设备及操作

实验装置为有机玻璃材质，反应器内装有缺氧池、厌氧池、好氧池和沉淀池。缺氧池尺寸为10 cm×10 cm×45 cm，有效容积4 L；厌氧池尺寸为15 cm×15 cm×45 cm，有效容积9 L；缺氧池尺寸为30 cm×10 cm×45 cm，有效容积12 L；缺氧区和厌氧区均装有搅拌桨。缺氧池和厌氧池内均加入火山岩(粒径2~3 cm，红黑褐色不规则颗粒)；好氧池内悬浮复合填料(聚丙烯，D 80 mm)，底部铺一层火山岩。

倒置A2/O工艺流程如图1所示。

图 1 流程

运行初期，接种培养苏州某污水处理厂A2/O工艺好氧池、厌氧池的污泥。实验采用连续进水方式培养微生物，逐步增加目标废水进入系统进水的体积分数。当系统COD去除率稳定、池内污泥浓度相对稳定时，认为反应装置启动成功。

系统启动后，水温为22~32 ℃，MLSS为4~5 g/L，泥龄SRT=10 d，采用倒置A2/O工艺运行，运行条件​​为：进水流量为28.8 L/d，反应器系统HRT为12.1 h，好氧池DO控制在2~3 mg/L，硝化液回流比为100%，污泥回流比为50%，监测电镀废水尾水体积分数从10%、20%、30%、40%、50%、60%、70%、80%变化时工艺运行处理效果；在最佳体积分数下，观察改变运行条件后工艺的运行处理效果。

2 结果与讨论

2.1电镀废水尾水配比对工艺运行效果的影响

考察了电镀废水尾水体积分数对工艺运行效果的影响，结果表明：不同体积分数的电镀废水尾水时，该工艺对NH4+-N、TN和COD表现出不同的去除率：（1）该工艺对NH4+-N的去除率均保持在90%以上，电镀废水尾水比例对NH4+-N的去除率几乎没有影响；（2）当电镀废水尾水体积分数从10%变为80%时，该工艺对TN的去除率发生明显变化，当体积分数≥70%时，该工艺对TN的平均去除率不足40%；（3）在不同体积分数下，虽然该工艺对COD的去除率均为≥50%，但是当体积分数≥50%时，该工艺对COD的平均去除率明显降低。

分析表明，不同的混合比例直接影响混合废水的可生化性。电镀废水中含有含氮污染物和难以生物降解的有机污染物。将电镀废水尾水与可生化性好的生活污水联合处理，一方面降低了目标废水中难降解物质的浓度，另一方面生活污水中含有较多的易降解有机物，为工艺系统中微生物的生长提供了营养。这两方面的综合作用提高了电镀废水尾水的可生化性，但随着电镀废水尾水体积分数的增加，混合生活污水的作用减弱，造成工艺处理效率的波动，甚至降低。

当电镀废水体积分数为30%时,整个工艺有较高的平均去除率:NH4+-N平均去除率为95%、TN平均去除率为77%、COD平均去除率为86%。

2.2 DO对工艺运行性能的影响

试验控制进水流量为28.8 L/d,反应系统HRT为12.1 h,硝化液回流比例为100%,污泥回流比例为50%,好氧池DO分别变化在1.4~1.6、1.9~2.1、2.4~2.6、2.9~3.1 mg/L之间,监测并分析该工艺对NH4+-N和TN的去除变化情况。

2.2.1 NH4+-N去除变化

不同DO下NH4+-N的变化如图2所示。

图2 不同DO条件下NH4+-N去除效果

不同DO条件下对NH4+-N的去除效果表明：当DO在1.40～1.60 mg/L之间时，NH4+-N平均去除率为75%，出水中NH4+-N平均质量浓度为10 mg/L；当DO在1.90～2.10 mg/L之间时，NH4+-N去除率达90%以上，出水中NH4+-N低于5 mg/L；当DO继续增加，达到2.40～2.60和2.90～3.10 mg/L时，NH4+-N去除率高达95%以上，出水中NH4+-N质量浓度为1～2 mg/L。

分析表明，当DO在1.40～1.60 mg/L之间时，工艺中硝化作用所需的溶解氧不足，对好氧微生物的生长有抑制作用，导致NH4+-N去除效果不佳。但随着DO的增加，DO逐渐能满足工艺中硝化作用的需要，使得NH4+-N的去除效果明显变好。当DO继续增加时，NH4+-N去除率的提升有限。同时，曝气量的增加不仅不利于好氧活性污泥在复合填料表面附着，造成好氧活性污泥的流失，而且从能耗角度来看也不节能。

2.2.2 TN去除变化

不同DO下TN的变化如图3所示。

图3 不同DO下TN去除效果

当DO由1.40～1.60 mg/L变化到1.90～2.10 mg/L时，该工艺对TN的去除效果有提高的趋势。随着DO的增加，NH4+-N全部转化为NO3--N，返回缺氧池进行反硝化反硝化，从而提高了该工艺对TN的去除率。同时认为，当DO为1.40～1.60和1.90～2.10 mg/L时，好氧区内同时存在硝化和反硝化作用。好氧区内悬浮有组合填料，活性污泥在悬浮填料上粘附、聚集形成污泥絮体，在好氧池内形成悬浮和附着微生物的复合生物系统。 DO扩散受到限制，使活性污泥絮体中出现DO梯度，形成同时进行硝化和反硝化的微环境：污泥絮体外表面DO较高，自养微生物硝化细菌利用氧气进行硝化；在絮体内部，由于氧传递受阻，加上氧化硝化作用消耗有机物，形成缺氧区，反硝化细菌占主导地位，发生反硝化作用。

当DO从1.90～2.10 mg/L继续增加到2.40～2.60和2.90～3.10 mg/L时，TN的去除率呈现下降趋势。DO的增加一方面使得原有污泥絮体内部缺氧区的DO增加，破坏了好氧池内形成的同步硝化反硝化微环境，导致好氧区的反硝化速率下降；另一方面使得硝化回流液中的DO增加，硝化回流液回到缺氧池后，影响缺氧池的反硝化。这两种影响导致该过程TN的去除率呈现下降趋势。

综合分析不同DO下NH4+-N和TN去除效果的变化可知,DO在1.90~2.10 mg/L之间时,NH4+-N去除效果良好,且有利于反硝化处理。

2.3回流比对工艺反硝化效率的影响

试验控制进水流量为28.8 L/d，反应器系统HRT为12.1 h，DO为1.90～2.10 mg/L，污泥回流率为50%，分别以硝化液回流率为100%、150%、200%、250%进行对照试验，监测不同硝化液回流率下改良倒置A2/O工艺对TN的去除效果，结果如图4所示。

图4 不同回流比下TN去除效果

结果表明：硝化液回流比由100%变为150%时TN去除效果有所改善，平均去除率由77%提高到80%。硝化液回流比的提高有利于好氧池硝化后的硝酸盐氮尽可能多的回流到缺氧池进行反硝化反硝化。缺氧池中加入的火山岩填料拦截了大量的优势反硝化菌，增加了反应池中的微生物生物量，保证了系统的反硝化效率。硝化液回流比继续由150%提高到200%、250%，TN去除率不但没增加，反而略有下降。 分析表明，大量的硝化液回流携带着高浓度的DO，破坏了缺氧池的缺氧环境，影响脱氮反硝化，而且硝化液回流比例过大还会带来能耗问题。

因此，综合考虑节能和脱硝率，硝化液回流比设定为150%左右。

2.4 加入有机碳源对工艺反硝化的影响

试验时进水流量控制为28.8 L/d，反应器系统HRT为12.1 h，DO为1.90~2.10 mg/L，硝化液回流比例为150%，污泥回流比例为50%。以葡萄糖为有机碳源，配制COD为200 mg/L的有机碳源营养液。用计量泵将原反应器进水混合，将COD/TN分别改为约1、2、3，一起进入反应器系统。对过程中TN去除效果进行监测，结果如图5所示。

图5 添加有机碳源对TN去除的影响

图5显示随着COD/TN由1逐渐增大至3，工艺对TN的去除率呈现增大的趋势。当COD/TN≈1时，TN去除率约为80%；COD/TN≈2时，TN去除率提高至84%，增幅为5%，平均TN由134mg/L去除至约22mg/L；COD/TN≈3时，平均TN去除率为86%，增幅为2.3%。分析表明，加入的碳源首先满足了缺氧池反硝化碳源需求，同时改善了系统工艺流的COD梯度，满足了后续好氧池同步硝化反硝化碳源需求，提高了整个工艺的脱氮能力。

COD/TN变化过程中，工艺进水总COD和系统出水COD变化如图6所示。

图6 添加有机碳源条件下COD的变化

总进水COD总量随COD/TN的增加而明显升高，但系统出水COD比较稳定，平均出水COD为36mg/L。可以推断加入的碳源带来了更多的可生物降解有机碳源，被利用于反硝化反硝化工艺，提高了工艺的反硝化速率，同时不对工艺出水COD产生不利影响。详情请参考更多相关技术文献。

3 结论

（1）该系统为加装填料的改进型倒置A2/O工艺，兼具了活性污泥法和生物膜法的优点。好氧段的悬浮填料实现了活性污泥的附着、聚集，创造了同时硝化反硝化的微环境。两者的联合作用，更有利于电镀废水尾水的脱氮处理。

（2）改变好氧段DO会对同步硝化反硝化的微环境产生不利影响。过高的DO不仅会抑制同步硝化反硝化，而且会造成回流的硝氮液体DO过高，影响缺氧段的反硝化，对TN的去除产生不利影响。硝化液回流比的变化对TN的去除有积极作用，但回流比过高不仅会增加能耗，还会降低系统的TN去除率。试验结果建议，维持DO在1.90～2.10 mg/L、硝化液回流比在150%左右，可有效保证系统的硝化反硝化过程，提高系统的反硝化速率。

(3)电镀废水尾水与生活污水混合后，可以提高废水中易降解有机物浓度，提高目标废水的可生化性。但电镀废水中氮含量较高，而生活污水提供的碳源有限，COD/TN在一定程度上抑制了TN的更高效去除。因此，提高总进水的COD/TN有利于提高工艺对TN的去除率。