AO生物脱氮工艺处理皮革废水研究*

2020-07-02 04:09钟华文叶芳芳聂丽君林培喜江利梅林志武
广东石油化工学院学报 2020年3期
关键词:色度皮革硝化

钟华文,叶芳芳,聂丽君,林培喜,江利梅,林志武

(1.广东石油化工学院 环境科学与工程学院,广东 茂名 525000;2.广东省石油化工污染过程与控制重点实验室,广东 茂名 525000;3.高州友盛皮革制品有限公司,广东 茂名 525011)

我国仍存在数量众多的乡镇皮革制造企业,由于此类企业分散、集中度低,对周围环境产生了严重污染[1]。近十年来皮革废水产生的环境问题也日益受到重视,这类废水的处理一般是用混凝沉淀与生物化学法组合[2,3]。混凝沉淀是常用来处理皮革废水的物化技术[4],混凝过程中主要去除铬离子(Cr3+),另外也可以去除废水中的悬浮物(SS),降低废水色度。由于皮革废水中还含有较高的氨氮(NH3-N)、总氮(TN),化学需氧量(COD)较大,故常结合生物化学法对其进行处理。王慧、胡天媛、王敏、周雨婷等[5-8]介绍了各种生物化学法对皮革废水处理的实验或应用情况。这些方法针对的一般是有机物和氨氮污染,因为没有反硝化功能,硝态氮没有得到去除,导致总氮不能达标。AO工艺是一种操作简便的生物脱氮工艺,且适合中小型皮革企业的废水处理。现采用AO工艺对皮革废水进行生物处理实验,以通过实验获得最佳的操作条件,达到良好的去除效果。

1 材料与方法

1.1 实验用水及分析

取某皮革厂生产排放的综合废水(含冲洗地面废水),在实验室投入聚合氯化铝,采用混凝预处理得到本实验的原水,对其主要指标如COD、NH3-N、TN、SS、Cr3+和色度等进行检测,结果如表1。

表1 预处理后的实验用水水质

由表1可知,经混凝处理后,实验原水的Cr3+含量已达到排放标准。废水的COD和色度虽然有所降低,但仍然较高。同时,由表1数据可看到,皮革废水中NH3-N含量较低,但TN含量却较高,最高达到74 mg/L。TN主要由较多的有机氮和少量的NH3-N组成,有机氮经过氨化过程会分解为NH3-N,因此,废水需要进行硝化和反硝化处理,才可能达到排放要求。

1.2 分析项目及方法

皮革废水主要分析的项目有COD、NH3-N、TN、SS、Cr3+、色度、pH及DO等,这些水质指标和操作参数的检测方法均采用国家标准方法。

1.3 微生物培养及运行

在AO工艺装置中加入生活污水曝气池的有效污泥,进行A池(反硝化池)反硝化菌和O池(硝化池)硝化菌的培养和驯化。微生物培养时,先进行静态培养,因O池的曝气作用和A池来自O池回流液的作用,A池和O池的污泥均呈悬浮状态。静态培养一般每隔24 h更换废水一次,此时关停充氧机让废水和污泥静置半小时,排走澄清液,留下底部污泥。两池污泥经大约一周的培养,泥量渐渐增加,每天分析的主要指标(COD、NH3-N和TN)有一定的去除效果,此时微生物培养方法可以用动态替代静态。一般再经大约10 d,就可结束两池微生物的驯化进行实验研究了,实验时AO工艺的回流比取200%。

2 结果与讨论

AO生物脱氮工艺处理皮革废水,水中的pH会影响硝化和反硝化过程,A池和O池的pH需分别控制[9]为6.5~7.5,6.8~8.0。除pH外,AO生物脱氮工艺的脱氮效果主要取决于HRT和DO。

2.1 HRT对皮革废水处理效果影响

图1 HRT与A池处理效果的关系

2.1.1 HRT对A池处理效果影响

将原水泵入AO生物脱氮工艺系统进行实验研究。原水首先与O池的回流水一起进入A池进行反硝化脱氮。实验研究了A池在HRT分别为4,8,12,16,20和24 h情况下的实验效果。图1表示了不同的HRT实验条件与主要考察指标COD和TN去除效果的关系。

从图1可知,A池的HRT达到16 h时,COD和TN就已达到较好的去除效果,说明反硝化菌的脱氮过程与COD的降解是同时进行的。HRT达到16 h以后,HRT继续增加,COD和TN的去除则增加较为缓慢,这说明,此时的硝态氮已基本消耗完,反硝化过程基本结束。所以,从图1可以得出A池的HRT控制为16~20 h比较适宜,此时的COD和TN的去除率分别达到62%和56%以上,而残余的TN主要为氨化作用下的产物(NH3-N),这些NH3-N作为后置O池的硝化菌养料,最终基本得到降解。

2.1.2 HRT对O池处理效果影响

图2 HRT与O池处理效果的关系

对于O池,因硝化菌生长繁殖较为缓慢,需保证足够长的时间才能确保硝化效果,若HRT过短,有机负荷增大会抑制硝化菌的活性。A池的反硝化过程同时也将原水中的有机氮分解成为氨氮(NH3-N),然后进入O池进行硝化作用。实验研究了O池在HRT分别为6,10,14,18,22,26 h情况下的实验效果。图2为COD和NH3-N的去除率随HRT变化的情况。

由图2可见,O池的HRT在14 h,COD的去除率就已基本达到最大,而NH3-N的去除率达到最大需要的HRT要延后4 h左右,即HRT在18 h,说明O池的异养菌较自养菌而言为优势菌,有机物先行降解,然后才是NH3-N的降解。HRT从14 h开始,继续延长HRT,NH3-N的去除率会继续增加,但COD的去除率则增加缓慢,这说明在较低有机负荷条件下,硝化菌已成为优势菌,系统以降解NH3-N为主。需要说明的是,O池进水所含的NH3-N主要是由A池有机氮分解生成,NH3-N在O池通过硝化生成硝态氮,回流至A池进行反硝化得到去除。

2.2 DO对皮革废水处理效果影响

2.2.1 DO对O池处理效果影响

图3 DO与O池处理效果的关系

研究AO工艺系统O池的DO对处理效果的影响,在O池的HRT为22 h,选O池的DO质量浓度分别为1.0,1.5,2.0,2.5,3.0和3.5 mg/L时,分析池中的DO变化与出水COD和NH3-N变化的关系,实验结果见图3。

从图3看到,随着池中DO增加,O池出水的NH3-N和COD的去除率随着增大。这表明在充足的DO条件下,好氧菌(异养菌和自养菌)生长繁殖旺盛,分解污染物的效果增强。但对比异养菌和自养菌对DO的依赖,异养菌对DO的依赖较小,COD的去除效果受DO变化的影响较小,且在较低的DO条件下,也有不错的COD去除效果;相对而言,自养菌受DO的影响则较为明显,DO质量浓度低于2.0 mg/L时,硝化作用随着DO的增加而加速明显,水中DO质量浓度达到2.5 mg/L时,NH3-N的降解效果最好,此时COD也达到最佳的去除效果。

图4 DO与A池处理效果的关系

2.2.2 DO对A池处理效果影响

A池的DO为O池含溶解氧的回流液而来,在A池的HRT为20 h条件下,调节O池回流比和通过在A池微曝气,来控制A池的DO质量浓度分别为0.2,0.4,0.6,0.8,1.0,1.2 mg/L时进行实验,分析了池中DO变化与A池出水COD和TN变化的关系,结果如图4所示。

从图4可看到,COD的去除总体来说受A池DO的变化较小,而TN的去除则随着DO增大呈现急速下降的变化趋势。在DO质量浓度低于0.6 mg/L时,反硝化效果很好,TN去除率达到56%左右,此时残余的TN主要为氨化作用下的产物(NH3-N),NH3-N则被后置的硝化池所降解;随着DO增大,TN去除效果呈现较大的下降趋势。这说明,如果含较高DO的硝化液回流到A池时,A池的DO质量浓度难以控制在0.5 mg/L以下,反硝化则会大受影响。

2.3 AO工艺处理皮革废水总体效果分析

皮革废水采用AO生物脱氮工艺处理,实验装置连续运行了三个多月,期间对皮革废水的主要污染指标COD、NH3-N、TN、SS和色度进行检测,检测结果的平均值如表2所示。

表2 AO工艺对皮革废水的平均处理效果

注:执行标准为广东省地方标准《水污染物排放限值》(DB44/26—2001)。

由表2可知,实验的皮革废水采用AO生物脱氮工艺处理,系统对主要污染指标COD、NH3-N、TN、SS和色度的平均去除率分别为82.3%、87.6%、56.4%、72.1%和74.4%,其总排水这些指标的平均质量浓度分别为76,6.2,24,24 mg/L和23倍,排水水质指标达到了规定的排放标准。总体来说,AO生物脱氮工艺对该类皮革废水具有良好的脱氮效果,其硝化和反硝化过程均运行良好。除此之外,进水的TN波动范围较大,但NH3-N和TN的处理效果均较为稳定,说明选择AO生物脱氮工艺处理皮革废水是合适的。

3 结论

(1) 选择A池和O池的HRT分别为16~20 h和18~22 h,然后调节A池和O池的DO分别为0.2~0.5 mg/L和2.5~3.0 mg/L,该工艺系统对实验的皮革废水具有良好的硝化和反硝化效果。

(2) AO生物脱氮工艺对实验废水的主要污染指标COD、NH3-N、TN、SS和色度的平均去除率分别为82.3%、87.6%、56.4%、72.1%和74.4%,排水的主要污染指标分别为76,6.2,24,24 mg/L和23倍,达到了规定的排放标准。

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