O工艺处理制革废水一级生化出水的效能

中国环境科学2014,34(1)：123~129ChinaEnvironmentalScience多段A/O工艺处理制革废水一级生化出水的效能李建政1*,赵博玮2,赵宗亭2(1.哈尔滨工业大学城市水资源与水环境国家重点实验室,黑龙江哈尔滨150090；2.哈尔滨工业大学市政环境工程学院,黑龙江哈尔滨150090)摘要：针对现有制革废水处理工艺难以使氨氮达标排放的问题,引入多段A/O工艺(MAOP)作为制革废水二级生物处理单元,探讨分段进水、水力停留时间(HRT)以及污泥回流比(R)对其COD和氨氮同步去除的影响.结果证明,无论是否分段进水,四段MAOP对制革废水一级生化出水均有良好的COD去除效果,当污泥停留时间(SRT)为18d、HRT不小于24h时,其出水浓度都可保持在300mg/L以下,满足GB8978-1996二级排放标准.在各段进水比为4:3:2:1、R100%、HRT48h、SRT18d条件下,MAOP对制革废水一级生化出水的氨氮去除率高达97.7%,出水浓度3.6mg/L左右,达到GB8978-1996一级排放标准.MAOP同时具备反硝化、短程硝化反硝化、同步硝化反硝化等多种脱氮机制,是一种颇具前景的制革废水生物脱氮技术.关键词：制革废水；多段A/O；氨氮去除；脱氮中图分类号：X731文献标识码：A文章编号：1000-6923(2014)01-0123-07Efficiencyofamulti-stageanoxic/oxicprocesstreatingtannerywastewaterfollowingabiochemicalpretreatment.LIJian-zheng1*,ZHAOBo-wei2,ZHAOZong-ting2(1.StateKeyLaboratoryofUrbanWaterResourceandEnvironment,HarbinInstituteofTechnology,Harbin150090,China；2.SchoolofMunicipalandEnvironmentalEngineering,HarbinInstituteofTechnology,Harbin150090,China).ChinaEnvironmentalScience,2014,34(1)：123~129Abstract：Ammonianitrogen(NH4+-N)removalisnotsatisfactoryintheexistingtannerywastewatertreatmentprocesses.Inordertosolvetheproblem,amulti-stageanoxic/oxicprocess(MAOP)wasintroducedasasecondarybiologicaltreatmentunittotreattannerywastewaterdeeply.TheMAOPwasafour-stageanoxic/oxicprocessandtheinfluenceofstep-feeding,hydraulicretentiontime(HRT)andsludgereturnrate(R)onitssimultaneousremovalefficiencyofchemicaloxygendemand(COD)andNH+4-Nwasinvestigated.TheresultsshowedthattheMAOPwaseffectiveinCODremoval.Whateverthestep-feedingwascarriedout,theeffluentCODwaslessthan300mg/LwithHRT24handsolidresidencetime(SRT)18d,cominguptothesecondaryemissionstandardsofGB8978-1996.WiththesameHRTandSRT,theNH4+-Nremovalwasupto97.7%whentheinflowdistributionratioandRwere4:3:2:1and100%respectively.TheeffluentNH4+-Nabout3.6mg/LmettheprimaryemissionstandardsofGB8978-1996.Amultiplemechanismofdenitrification,shortcutnitrification,simultaneousnitrificationanddenitrificationcouldbeoccurintheMAOP.ItwassuggestedthatMAOPwasapromisingbiologicaldenitrificationprocessfortannerywastewatertreatment.Keywords：tannerywastewater；multi-stageanoxic/oxicprocess；ammoniaremoval；nitrogenremoval制革工业是高污染行业之一,生产过程中排放的废水有机物浓度高、成分复杂、含硫化物及铬等有毒有害物质处理难度大[1-2].对于制革废水的处理,一般均采用物化预处理与生化处理相结合的综合工艺,而氧化沟和序批式活性污泥法是目前应用最为广泛的制革废水生物处理技术[3-4].这些工艺对制革废水的COD具有很好的去除效果,但对氨氮(NH4+-N)去除能力有限.据统计,在轻工业中,皮革行业的NH4+-N排放量以1.49万t/a而高居第6位[5].国家环保总局曾先后颁布了GB3549-83和GB8978-88,并在GB8978-1996中对制革废水NH4+-N的排放浓度提出了明确要求[6].如何有效去除制革废水中的NH4+-N,成为保障制革行业持续健康发展和生态文明建设的重要课题.多段A/O工艺采用按比例分段进水的方式收稿日期：2013-05-10基金项目：国家科技重大专项课题(2013ZX07201007);国家自然科学基金(51178136)*责任作者,教授,[e-mail]124中国环境科学34卷运行,具有碳源分配合理,脱氮效果显著,无需硝化液回流,运行费用低等特点,在城市污水处理工程上已得到成功应用[7-9].但对于高浓度的制革废水,过高浓度的COD将不利于多段A/O系统中的氨氧化,无法达到较好的氨氧化和脱氮效果,采用由物化预处理、一级生化处理、多段A/O工艺有机组合而成的综合工艺,则有望实现制革废水的有效治理[10].原水经物化预处理,其中的硫化物、铬、悬浮物等污染物被去除;通过一级生化处理,废水中的COD大幅降低,进入多段A/O工艺后,废水中的COD将得到进一步去除,还可同步实现NH4+-N去除,甚至达到良好的脱氮效果.为探讨多段A/O工艺处理制革废水一级生化处理出水的可行性,在泉州市某制革厂污水处理站构建了一套四段A/O试验装置,并通过调控运行探讨了水力停留时间(HRT)、各段进水比以及污泥回流比(R)对多段A/O系统同步去除COD和NH4+-N效能的影响.1材料和方法1.1试验装置用于处理制革废水一级生化出水的试验装置(图1)由进水箱、四段A/O反应器和竖流式沉淀池组成.其中,进水箱和沉淀池的有效容积分别为1000L和100L.123456789101112图1四段A/O反应系统流程Fig.1Schematicdiagramofthefour-stageanoxic/oxicprocess1.进水箱;2.阀门;3.进水泵;4.搅拌器;5.曝气头;6.空气流量计;7.空气泵;8.污泥回流泵;9.沉淀池;10.出水;11.浓缩污泥;12.剩余污泥四段A/O反应器由ABS板材制成,规格为L×B×H=3200×300×1200mm,总有效容积1m3.如图1所示,反应器由隔板均分成四个格室,每个格室又由一个隔板按1:3分成前后两个部分,其前端小格室为缺氧区(A区),后端的大格室为好氧区(O区).每个缺氧区均设置有精密加力电动搅拌机,使泥水完成混合并将溶解氧(DO)控制在0.3~0.5mg/L以下.每个好氧区通过电磁式空气泵曝气,微孔砂头做曝气器,由转子流量计控制风量,以维持好氧区DO为2~3mg/L左右.系统设置1台蠕动泵作为污泥回流泵,将沉淀池底部污泥回流至A/O反应器第一段的A区.1.2试验水质原水取自某制革废水处理厂的一级生化池出水口.由于制革废水水质波动大,一级生化处理的出水水质也有较大变化,主要指标如表1所示.表1四段A/O系统的进水水质Table1Influentwaterqualityofthefour-stageanoxic/oxicprocess水质参数最小值最大值平均值pH值COD(mg/L)NH4+-N(mg/L)NO3--N(mg/L)7.318621.10.48.71032227.330.17.9563112.56.61.3污泥接种与驯化启动四段A/O反应器的接种污泥取自泉州某制革废水处理厂二级生化工艺段,其浓度(MLSS)约8000mg/L.将625L种泥等量接种于4个A/O池后,首先对污泥进行驯化培养.在污泥驯化阶段,四段A/O反应器采用间歇运行方式,即关闭出水阀门,反应器进水至水深约1m处后,开启A区搅拌器和O区曝气机,调整搅拌器转速和曝气机曝气量,维持A区DO为0.3~0.5mg/L,O区DO为2.0~3.0mg/L.持续运行48h后停止曝气和搅拌,静置,待泥水分离后,由蠕动泵抽出上清液,再泵入新鲜的污水,继续搅拌和曝气.如此运行5个周期(10d)后,系统的NH4+-N去除率和出水硝态氮(NO3--N)分别达到80%和15mg/L左右,污泥驯化完成,此时系统的平均污泥浓度为5000mgMLSS/L左右.1.4四段A/O反应器的连续运行与控制污泥驯化完成后,四段A/O反应器进入正式运行阶段.反应器的连续运行,根据HRT、各段进1期李建政等：多段A/O工艺处理制革废水一级生化出水的效能125水流量比以及R划分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ四个阶段,各阶段的运行控制参数如表2所示.1.5分析项目与方法分析项目包括pH值、DO、COD、NH4+-N、NO3--N等水质指标.DO采用ThermoOrion3-STAR溶氧仪(310D,美国)测定,pH值采用PHS-3C型pH值测定仪(上海雷磁)测定,其他指标的检测均采用国家标准方法[11].2结果与讨论2.1COD的去除如表2所示,四段A/O反应器在为期60d的运行中,根据HRT、反应器各段进水流量比以及R划分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ四个阶段,其中阶段Ⅰ和阶段Ⅱ采用只从首段反应单元的A区进水方式运行.四段A/O反应器在连续运行之前,已经通过间歇式运行对接种污泥进行了为期10d的驯化培养.在进入连续流模式运行之后,反应器对COD的去除率在前5d即表现为持续上升趋势.在第5~11d的运行中,虽然进水COD波动较大,但出水COD和COD去除率保持了相对稳定,分别平均为223mg/L和55.9%.有研究表明[12-13],适当控制R等参数可使多段A/O系统的MLSS浓度比普通系统增大35%~70%,适当增加A区HRT有助于难生物降解COD转化为易生物降解COD.为提高四段A/O反应器的COD去除效果,在阶段Ⅱ的运行中,将R由阶段Ⅰ的100%调整为200%,同时将HRT由48h延长为96h.结果表明(图2),在阶段Ⅱ运行中,四段A/O反应器出水COD平均为222mg/L,而COD去除率为50.1%左右.可见,在未分段进水模式下,R和HRT的调整并未显著改变系统的出水水质,COD的平均去除率甚至还有所下降.进入阶段Ⅲ后,四段A/O反应器调整为按比例分段进水模式运行,同时将R和HRT分别调整为50%和24h(表2).结果表明(图2),运行条件改变以后,四段A/O反应器对COD的去除能力有了显著提高.在为期19d的运行中,在进水COD浓度约为792mg/L条件下,系统对COD的平均去