制革废水多段A/O处理技术研发与工程应用

邹 灿

（江西维清环境工程有限公司，江西 南昌 330000）

在“十二五”出台后，我国水污染标准中增加了“氨氮”作为常控指标，并对工业、农业以及生活废水中氨氮的排放总量做出了全新的要求。制革行业主要是对牲畜皮革进行生产加工，牲畜的生皮具有不稳定性，极易出现腐烂现象，而经过制革工艺转化后，便可成为稳定的材料，应用于人类日常生活中的各个领域[1]。同时，皮革行业的发展也为人们带来了更多的商机，有效推动了社会的发展。但是制革行业的大力发展也为我国生态环境带来了巨大的烦恼。据调查统计，我国每年制革行业会产生1.49 t的氨氮排放，如果没有进行良好的处理，流入到生态环境中，会造成大量的水环境污染，进而影响人们的正常生活。因此，只有积极引入多段A/O废水处理技术，才能更好的实现制革废水的处理。

1 制革废水处理新技术应用的意义

随着我国制革产业的不断发展，生产规模也不断扩大，同时生产过程中产生的废水量也越来越多，污染物排放影响也越来越严重。在我国现阶段国情发展的背景下，制革企业想要持续稳定的发展，就必须做到环境与经济协调发展，创新废水治理工艺，只有这样才能满足经济健康发展需求，促进生态与工业的有序发展[2]。就当前的环境状态来看，我国对产业结构实现了全面调整，重点对制革行业提出了全新的要求，强化制革生产废水的分流分治理念，加强污水排放量和排放浓度的控制，同时做好制革生产固体废物处理，严格杜绝恶臭污染物流入生态环境。

2 制革废水的特点和污染来源

2.1 特点

在皮革制造业领域，制革生产会产生许多副产物，如皮革废料、制革废水和废气等，这些副产物对生态环境具有严重的影响。其中，制革废水的污染对生态环境的影响最为严重，主要原因是在制革生产活动中会产生大量的废水，每加工1 t牛皮就会产生40～75 m3制革废水；其次，制革废水的成分十分复杂，其中包含多种有机物、无机物等有毒物质，大约每公斤皮革生产就会添加300 kg化学元素，含有大量的金属有害元素；最后，制革废水还具有较强的流动性，比固态废物更容易扩散，对公共卫生与生态环境会造成巨大的危害。制革废水的产生主要是由各个生产工序所产生的废水汇集而成，由于加工的原料和药剂种类较多，加工工艺复杂，因此制革废水具有复杂的特性。只有全面了解制革生产的各道工序，才能更好的选择废水处理手段，实现良好的制革废水处理效果[3-4]。

2.2 制革废水污染物来源

制革工业生产活动的原材料主要为动物的生皮，经过复杂的加工技术以及化学制剂的处理，从而生成稳定的皮制品，同事伴随产生大量的废物污染物。在制革生产中，水和化学原料是主要消耗材料，同时在生产过程中还会存在一些化学材料反应不充分的情况，进而流入并污染水资源。此外在制革过程中，动物生皮中含有大量的脂肪、蛋白质等有机物质，处理后溶于水中也会使废水成分更加复杂。

一般制革企业在皮革生产过程中，主要分为三个阶段：准备阶段、鞣制阶段与整饰阶段。在制革准备阶段，一般需要对动物毛皮进行清洗、脱毛、取肉以及修边和软化，这一系列的工作中会传输浓度较高的COD，同时也会出现大量的硫化物融于水中，使废水呈现碱性。在生皮浸水清洗过程中，皮上的血渍、尘土、粪便等杂物流入水中，而脱毛过程需要在碱性条件下进行，这时皮毛内的脂肪和蛋白质就会融入水中。

鞣制阶段一般包括浸酸、鞣制、中和等三道工序，其中会使用大量的甲酸和硫酸溶液，同时也会流入到废水中，因此鞣制阶段的废水具有较高的酸度。

此外，在整饰阶段也包含两个阶段，整饰阶段包括中和、染色以及加脂，其中需要添加Na HCO3、NH4HCO3等化学制剂，因此会造成废水污染。

3 制革废水中的有害污染物

制革废水的成分复杂，包含多种类型的污染物质。动物原皮在加工过程中会应用到多种化学原料，同时产生大量的原料残留和污染物质。

3.1 重金属铬

制革过程会应用到铬、明矾以及硫酸铬去除皮革中的蛋白质，铬对环境的直接影响比较小，同时也是人体脂肪代谢所需的微量元素。但是在废水中，铬很可能会转化为Cr（Ⅵ），该物质具有严重的致癌性，人体吸入会提高肺癌的发生风险，皮肤接触也会发生溃烂和皮疹，对人体健康具有严重的损伤。

3.2 硫化物

制革过程还会用到硫酸盐等化合物，进而产生大量的硫化物，硫化物在厌氧条件下的pH为5～9左右，会被还原成H2S，作为一种有毒气体会影响人的神经系统，对人体造成巨大的伤害。

3.3 氨氮

制革废水中还会含有大量的氨氮，主要来源为生皮加工中的有机氮化合物，比如脱毛过程中的角质蛋白。另外，在制革生产中还会使用多种铵盐，从而生成氨氮和液氨，废水中的氨氮会消耗大量的溶解氧，这会导致水体溶解氧不足，最终造成水生物死亡[5-7]。

4 制革废水多段A/O处理工艺可行性分析

4.1 多段A/O具有去除氨氮和总氮的作用

多段A/O在分段进水后，可加强反硝化的作用，在理想状态中，如果A/O系统进水中不含有NO2--N与NO3--N，那么消化液回流以及污泥回流中含有的NO2--N与NO3--N在第一段A/O系统中就能够实现完全反硝化，在进入各级污泥中的NH4+-N在O区实现完全硝化，从而实现氮素质量平衡。以四段A/O处理工艺为例，进水流量的比例分配α=25%，R=50%，不设消化液回流（r=0）的条件下，系统的理论脱氮率最高可达87.5%＞84%。由此可见，多段A/O处理工艺能够实现良好的氨氮和总氮处理去除效果。

4.2 多段A/O处理技术具有良好的可靠性

在实际应用中，多段A/O系统的分段进水能够对碳源进行良好的分配，一般不需要再次进行碳源补充，就可以实现良好的反硝化作用，有效降低了污水处理的实际成本；其次，多段A/O系统的进水流量调节以及反应区的改变，可有效抵抗进水冲击产生的负荷以及适应季节性温度变化；第三，多段A/O系统可以实现缺氧和好氧的交替运行，限制了活性污泥对氧的溶解，抑制好氧菌的滋生，从而实现便捷的管理效果。最后，多段A/O系统相比于传统前置反硝化具有更高的工艺水平，在同等情况下缩小了池容，节约了基建成本。

5 制革废水多段A/O处理工艺应用

相比于传统的反硝化工艺，多段A/O处理技术是一种全新的高效污水净化技术。通过将多个结构的A/O单元串联在一起，将进水按照流量比例进行分配，废水中的有机碳在缺氧区进行反硝化反应，同时好氧区将氨氮进行良好的硝化处理，使其以盐酸盐氮的形式进入A/O的缺氧区，作为反硝化细菌的能量来源，系统的脱氮在多段A/O区域得以实现。

在相同的环境下，多段A/O处理工艺能够有效实现节约池容效果，而在实际的污水处理中可以看出，多段A/O技术相比于传统的A/O技术可以缩减20%，并且对氮的去除效果更加理想。经过对制革污水处理厂中应用多段A/O工艺实践来看，经过18个月的数据分析来看，废水中氮元素和BOD的去除比分别为76%～85%与82%～86%。

多段A/O去除工艺在氮元素的处理中有着显著的效果。但是对于传统工艺来说，虽然A/O、A2/O、UCT等工艺都可以实现氮处理，但是这些工艺都需要投入大量的外碳源以及消化液，同时还需要应用硝化细菌以及加碱剂的投入，大大增加了废水处理成本。而多段A/O去除工艺可以实现反硝化作用，大大节约了碳源消耗，并且可调节进水流量，避免了消化液回流的问题。因此，多段A/O去除工艺的应用有效降低了废水处理成本，同时也可有效去除废水中的污染元素，结合多段A/O工艺的优势来看，其在未来工业发展中具有较大的优势[8]。

另外，含有金属铬和硫物质的废水直接进入A/O系统会导致设备损坏，并且由于各时段的污水排放量波动较大，如果直接进入处理单元，还会造成巨大的冲击负荷，也不利于运行管理[9]。同时各时段的废水污染物浓度波动也比较大，很难使生化处理系统发挥出良好的作用。为此，通过多段A/O处理技术，在污水处理设施前设置格栅或滤网能够去除漂浮物或大型悬浮物质，泥沙等无机颗粒的去除则采用沉砂池，考虑到含铬及含硫废水的含沙量并不大，可设置预沉池，将泥沙和悬浮物质一并去除。此外，还可设置调节池，调节水量，均衡水质，为后续处理单元特别是生化处理创造良好的进水条件。

6 结论

综上所述，随着我国制革工业的不断发展，工业生产规模不断扩大，产生的废水流量以及浓度也不断增加，给我国水环境治理带来了巨大的压力。为了有效缓解这一问题，必须引入全新的多段A/O去除工艺，充分分析制革工业生产中各环节产生的污染元素，并充分发挥多段A/O去除工艺的优势，促进我国制革行业的健康发展，保护我国水环境不受污染，给人们营造一个健康的生活环境，对社会的发展具有重要意义。