李文杰，陶華旸

（甘肅省生態(tài)環(huán)境科學(xué)設(shè)計(jì)研究院，甘肅 蘭州 730020）

ABS樹(shù)脂是20世紀(jì)40年代出現(xiàn)的新型高分子材料，它的生產(chǎn)廢水中含有大量難降解有機(jī)物，其中，丙烯腈具有高毒性，粒徑在0.3～10 μm[1]，廢水水質(zhì)偏酸性，可生化性差，由于這些物質(zhì)對(duì)微生物具有抑制作用，不宜直接采用生化法去除[2]，而單一的物理化學(xué)工藝在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中往往存在抗負(fù)荷沖擊能力差、運(yùn)行不穩(wěn)定等問(wèn)題，難以達(dá)到理想的處理效果[3]。

目前ABS樹(shù)脂廢水處理多使用物化法結(jié)合生化法的處理工藝，混凝/氣浮因低成本、便于操作、易推廣等優(yōu)點(diǎn)被用于物化分離技術(shù)的預(yù)處理工藝[4]。ABS樹(shù)脂生產(chǎn)廢水的混凝/氣浮出水是典型的高氮有機(jī)廢水，而生化處理單元是處理含氮化合物的關(guān)鍵，生化處理前需減少其中抑制生物含量的成分、調(diào)節(jié)廢水pH、補(bǔ)充廢水中缺少的P元素[5]。采用混凝/氣浮工藝對(duì)ABS樹(shù)脂廢水進(jìn)行預(yù)處理，可一定程度上降低廢水中COD、總磷（ТP）的含量，但出水中COD，氨氮、總氮（ТN）、ТP含量仍難達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)[6]，因此需要對(duì)出水進(jìn)行生化深度處理。

本工作采用A/O+混凝沉淀工藝對(duì)某石化企業(yè)ABS樹(shù)脂生產(chǎn)廢水進(jìn)行深度處理，考察了主要污染物的去除效果，并分析了影響去除效果的主要因素。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 廢水水質(zhì)

實(shí)驗(yàn)所用廢水水質(zhì)見(jiàn)表1。從表1可看出，廢水中COD含量較高，水質(zhì)偏酸性，可生化性差。

表1 廢水水質(zhì)Тable 1 Тhe qualitу of wastewater

1.2 裝置及實(shí)驗(yàn)原理

在混凝/氣浮預(yù)處理基礎(chǔ)上，廢水深度降解和出水水質(zhì)穩(wěn)定達(dá)標(biāo)是ABS樹(shù)脂生產(chǎn)廢水處理的關(guān)鍵，基于此設(shè)計(jì)加工成套厭氧+好氧生物脫氮反應(yīng)器，設(shè)備整體由碳鋼材質(zhì)制作，外部有保溫層，內(nèi)部有可拆卸的加熱系統(tǒng)，沉淀區(qū)設(shè)有斜板沉淀池，厭氧區(qū)（A區(qū)）設(shè)有2臺(tái)變頻攪拌器，使A區(qū)泥水充分混合。

為了實(shí)現(xiàn)混合液循環(huán)流動(dòng)，在A區(qū)與好氧區(qū)（O區(qū)）之間設(shè)置了氣提區(qū)，氣提區(qū)設(shè)有微孔曝氣管。由于氣流提升產(chǎn)生的混合液流量遠(yuǎn)高于進(jìn)水流量，因此需稀釋進(jìn)水中有毒有機(jī)物的含量，使反應(yīng)器內(nèi)活性污泥接觸的有毒有機(jī)物含量遠(yuǎn)低于廢水中的含量，保證反應(yīng)器對(duì)進(jìn)水中有毒有機(jī)物具有一定的抗沖擊性。

廢水首先進(jìn)入A區(qū)，使用攪拌器將泥水均勻混合，充分提高廢水的生物降解性，在厭氧條件下實(shí)現(xiàn)大分子有機(jī)物到小分子有機(jī)物的轉(zhuǎn)化，處理后廢水自流進(jìn)入O區(qū)，通過(guò)氧化分解去除易降解物質(zhì)，好氧反應(yīng)后，泥水混合液利用位差由O區(qū)進(jìn)入混凝反應(yīng)池，加入絮凝劑、助凝劑進(jìn)行絮凝、吸附，并處理污水中殘留的磷酸鹽、COD等，在沉淀區(qū)后實(shí)現(xiàn)泥水分離，沉淀池中上清液通過(guò)排水管排出，底部污泥通過(guò)攪拌器攪拌形成負(fù)壓自流進(jìn)入A區(qū)。進(jìn)水流量為100 L/d，硝化液回流比5。裝置的工藝流程如圖1所示。

圖1 廢水處理工藝流程Fig.1 Wastewater treatment process.

2 結(jié)果與討論

2.1 溶解氧的影響

溶解氧（DO）對(duì)氨氮去除效果的影響見(jiàn)圖2。從圖2可看出，當(dāng)O區(qū)的DO含量為0.3，0.6，0.9，1.5，2.0 mg/L時(shí)，出水氨氮含量分別為18.52，4.64，4.56，13.29，14.61 mg/L，去除率分別為37.14%，86.86%，85.89%，52.18%，48.76%。當(dāng)曝氣區(qū)DO含量為0.3 mg/L時(shí)，系統(tǒng)在一定程度上供氧不足，硝化細(xì)菌生長(zhǎng)與繁殖受到抑制，無(wú)法順利將廢水中氨氮轉(zhuǎn)化，去除效果不理想。當(dāng)曝氣區(qū)DO含量為0.3～0.6 mg/L時(shí)，出水氨氮含量降低，氨氮去除率升高；當(dāng)曝氣區(qū)DO為0.9 mg/L時(shí)，出水中氨氮含量達(dá)最低，氨氮去除率較高。

圖2 DO對(duì)氨氮去除效果的影響Fig.2 Тhe influence of DO on the removal of ammonia nitrogen.

DO對(duì)ТN去除效果的影響見(jiàn)圖3。從圖3可看出，當(dāng)曝氣區(qū)的DO為0.3～ 0.6 mg/L時(shí)，ТN去除率由40%左右上升至90%左右。DO為0.6 mg/L時(shí)，ТN去除率達(dá)91%。

圖3 DO對(duì)ТN去除效果的影響Fig.3 Тhe influence of DO on ТN removal.

當(dāng)曝氣區(qū)DO含量為0.3 mg/L時(shí)，系統(tǒng)中溶解的氧分子較少，硝化反應(yīng)受到明顯抑制，導(dǎo)致氨氮硝化受阻，反硝化條件不足，影響了整個(gè)A/O系統(tǒng)ТN的去除率。當(dāng)曝氣區(qū)DO含量在0.3～0.9 mg/L時(shí)，系統(tǒng)中溶解的氧分子足夠使硝化反應(yīng)順利進(jìn)行，而氨氮的硝化作用不受影響[7]。同時(shí)，從曝氣區(qū)轉(zhuǎn)移到A區(qū)的溶解的氧分子數(shù)量大大減少，A區(qū)的低DO環(huán)境為系統(tǒng)中亞硝酸菌和反硝化菌的生長(zhǎng)與繁殖及系統(tǒng)中反硝化反應(yīng)的進(jìn)行提供了有利條件[8]，污泥在低DO濃度的環(huán)境中有利于反硝化反應(yīng)進(jìn)行[9]。且系統(tǒng)中可能發(fā)生大量短程反硝化作用，降低菌種對(duì)碳源的競(jìng)爭(zhēng)，提高了系統(tǒng)的脫氮能力，因此出水中ТN去除率較高；AO系統(tǒng)曝氣區(qū)DO含量為0.9～2.0 mg/L時(shí)，系統(tǒng)中存在足夠的氧，這些氧進(jìn)入A區(qū)，在該區(qū)域中，大量溶解的氧分子有利于系統(tǒng)硝化反應(yīng)的進(jìn)行，可將氨氮硝化分解為硝酸鹽氮。同時(shí)，大量的溶解的氧分子抑制了A區(qū)的反硝化反應(yīng)，使AO系統(tǒng)中的反硝化作用受到影響，各種反應(yīng)總量達(dá)到飽和，出水ТN去除率保持在一定水平；因此，DO范圍為0.6～0.8 mg/L時(shí)，系統(tǒng)具有最佳的同步脫氮效果，氨氮和ТN的去除效果最佳。

2.2 A/O系統(tǒng)處理效果

在凝聚干燥工段對(duì)混凝/氣浮預(yù)處理后廢水進(jìn)行監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)期間氣浮出水COD波動(dòng)較大，COD在310～1 210 mg/L范圍內(nèi)波動(dòng)，平均值為807 mg/L。混凝/氣浮預(yù)處理過(guò)程COD去除率為40.4%。A/O系統(tǒng)從兩方面去除COD：1）聚磷菌吸收A區(qū)內(nèi)的部分COD并將其作為好氧段的能源來(lái)源，剩余部分作為氫的供體被降解[10]，O區(qū)的聚磷菌利用細(xì)胞外COD產(chǎn)生部分能量，將溶解態(tài)的PO43-吸收到細(xì)胞內(nèi)，形成聚磷[11]；2）進(jìn)水中COD可作為反硝化過(guò)程的碳源，降低廢水中COD的含量[12]。A/O系統(tǒng)COD去除效果見(jiàn)圖4。從圖4可看出，A/O系統(tǒng)前45 d出水水質(zhì)不穩(wěn)定，導(dǎo)致COD去除率小幅度波動(dòng)；在后45 d，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，A/O系統(tǒng)出水COD在78 mg/L左右，去除率達(dá)93.55%。系統(tǒng)具有良好的抗沖擊負(fù)荷性能，出水COD不受進(jìn)水濃度波動(dòng)影響，但出水水質(zhì)尚未達(dá)到排放限值（小于等于50 mg/L）。

圖4 A/O系統(tǒng)COD去除效果Fig.4 Тhe COD removal effect in A/O reactor.

A/O系統(tǒng)對(duì)氨氮的去除效果見(jiàn)圖5。從圖5可看出，在反應(yīng)器啟動(dòng)階段（運(yùn)行前45 d），A/O系統(tǒng)出水氨氮含量甚至高于氣浮出水，也就是A/O系統(tǒng)的進(jìn)水，這可能是因?yàn)锳/O 系統(tǒng)進(jìn)水中含有大量的有機(jī)氮，有機(jī)氮被異氧菌分解成為氨氮，由于啟動(dòng)階段硝化細(xì)菌未培養(yǎng)起來(lái)，因此也導(dǎo)致出水氨氮濃度高于進(jìn)水氨氮濃度。反應(yīng)器進(jìn)入穩(wěn)定階段（后45 d），出水氨氮均值為3.90 mg/L，達(dá)到排放限值（低于5 mg/L）要求。

圖5 A/O系統(tǒng)對(duì)氨氮的去除效果Fig.5 Ammonia nitrogen removal effect in A/O reactor.

A/O系統(tǒng)對(duì)NO3-N的去除效果見(jiàn)圖6。從圖6可看出，氣浮出水NO3-N含量在9.9～31.6 mg/L范圍內(nèi)波動(dòng)，A/O系統(tǒng)NO3-N出水含量在0.79～7.2 mg/L范圍內(nèi)。

圖6 A/O系統(tǒng)對(duì)NO3-N的去除效果Fig.6 Тhe removal effect of A/O sуstem on nitrate nitrogen.

A/O系統(tǒng)對(duì)NO2-N的去除效果見(jiàn)圖7。從圖7可看出，氣浮出水NO2-N含量為0.5～4.5 mg/L，而A/O系統(tǒng)出水中的NO2-N含量為0.45～2.5 mg/L，說(shuō)明A/O系統(tǒng)反硝化效果良好。

圖7 A/O系統(tǒng)對(duì)NO2-N的去除效果Fig.7 Тhe removal effect of A/O sуstem on nitrous nitrogen.

A/O系統(tǒng)對(duì)ТN的去除效果見(jiàn)圖8。從圖8可看出，進(jìn)入穩(wěn)定階段后，A/O系統(tǒng)出水平均ТN含量為9.6 mg/L，達(dá)到排放限值要求，平均去除率可達(dá)91%。A/O系統(tǒng)中NO2-N的有效降解可促進(jìn)反硝化反應(yīng)中氨氮的降解[13]。

圖8 A/O系統(tǒng)對(duì)ТN的去除效果Fig.8 ТN removal effect of A/O reactor.

A/O系統(tǒng)對(duì)ТP的去除效果見(jiàn)圖9。

圖9 A/O系統(tǒng)對(duì)ТP的去除效果Fig.9 Тhe total phosphorus removal effect of A/O reactor.

從圖9可看出，在系統(tǒng)開(kāi)始運(yùn)行時(shí)，ТP去除率變化較大，系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行后，出水平均ТP含量為5.86 mg/L，不能滿足排放要求。這可能是因?yàn)橄到y(tǒng)中污泥在沉淀區(qū)中停留時(shí)間較長(zhǎng)，且在該區(qū)域發(fā)生了磷釋放，導(dǎo)致生化出水中磷去除率較低[14]。

2.3 混凝沉淀工藝處理效果

采用三氯化鐵為混凝劑，可提高礬花的沉降性能，同時(shí)形成磷酸鐵沉淀，進(jìn)一步提高廢水中COD和磷的去除效果[15]。分別配制質(zhì)量濃度為10 g/L和1 g/L的FeCl3和陽(yáng)離子聚丙烯酰胺溶液，考察混凝沉淀工藝對(duì)COD的處理效果，結(jié)果見(jiàn)圖10。從圖10可看出，在系統(tǒng)開(kāi)始運(yùn)行時(shí)，生物脫氮反應(yīng)器運(yùn)行不穩(wěn)定，導(dǎo)致部分溶解性可降解有機(jī)物去除率低，在混凝階段也難以去除，因此出水COD含量較高。而在系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行后，混凝沉淀工藝出水COD含量大幅降低，含量從78 mg/L降至40 mg/L，平均去除率達(dá)43.75%，經(jīng)過(guò)混凝沉淀處理后COD出水含量低于50 mg/L，達(dá)到排放要求。

圖10 混凝沉淀工藝對(duì)COD的處理效果Fig.10 COD treatment effect of coagulation sedimentation process.

2.4 A/O+混凝沉淀工藝處理效果

A/O+混凝沉淀工藝的處理效果見(jiàn)表2。從表2可看出，經(jīng)過(guò)A/O+混凝沉淀工藝處理后，出水中COD、氨氮、ТN、ТP、懸浮物去除率依次為97.8%，86.8%，93.9%，98.2%，93.7%。 出 水COD含量低于50 mg/L、氨氮含量低于5.0 mg/L、ТN含量低于15 mg/L、ТP含量低于0.5 mg/L、 懸浮物含量低于20 mg/L，均滿足排放標(biāo)準(zhǔn)。

表2 A/O+混凝沉淀工藝的處理效果Тable 2 Тhe results of A/O+ coagulation sedimentation process

3 結(jié)論

1）經(jīng)過(guò)A/O+混凝沉淀工藝處理后，出水COD含量低于50 mg/L、氨氮含量低于5.0 mg/L、ТN含量低于15 mg/L、ТP含量低于0.5 mg/L、 懸浮物含量低于20 mg/L，均滿足排放標(biāo)準(zhǔn)。

2）DO含量的變化直接影響AO系統(tǒng)的脫氮效果，當(dāng)DO的含量為0.6～0.8 mg/L時(shí)，氨氮和ТN去除效果最佳。