AAO-生物膜工艺处理电镀废水的脱氮除磷性能_庄桂嘉.pdf

第 40 卷第 12 期2022 年 12 月环境工程Environmental EngineeringVol40No12Dec2022收稿日期:20220302基金项目:深圳职业技术学院配套项目“难降解电镀废水精准预氧化生物强化技术及微生物代谢机制研究”(6020320003K);广东省教育厅项目“城市智慧水污染防治技术开发中心”(2019GGCZX007)第一作者:庄桂嘉(1997)，男，硕士研究生，主要研究方向为污水与污泥处理。705023766 qqcom*通信作者:朱佳(1965)，女，博士，教授，主要研究方向为工业废水生物处理理论与技术。zhujia szpteducnDOI:10.13205/jhjgc202212017庄桂嘉，刘立凡，黄潇，等 AAO生物膜工艺处理电镀废水的脱氮除磷性能 J 环境工程，2022，40(12):128133AAO生物膜工艺处理电镀废水的脱氮除磷性能庄桂嘉1，2刘立凡1黄潇3高静思2朱佳2*(1广东工业大学 土木与交通工程学院，广州 510643;2深圳职业技术学院 土木与环境工程学院，广东 深圳 518055;3南京信息工程大学 环境科学与工程学院 大气环境与装备技术协同创新中心/大气环境监测与污染控制研究重点实验室，南京 210044)摘要:为提高电镀废水的污染物去除效率，探讨厌氧缺氧好氧(AAO)生物膜耦合工艺的有机物去除和脱氮除磷效能。结果表明:AAO生物膜工艺处理电镀难降解有机废水运行效果良好，COD 去除率稳定在 89%左右;脱氮主要途径是好氧硝化，缺氧反硝化，60 d 运行中系统脱氮率达到 70%80%;难降解有机物影响 NH+4N 和 COD 的去除效率，且存在时间差距，在其影响下，NH+4N 的变化稍滞后于 COD。AAO生物膜工艺的除磷效果经 50 d 运行后趋于稳定，出水 TP 浓度低于 1 mg/L，去除率65%，除磷主要依靠厌氧释磷和好氧吸磷过程。关键词:电镀废水;AAO 工艺;活性污泥生物膜;难降解有机物;脱氮;除磷NITOGEN AND PHOSPHOUS EMOVAL PEFOMANCE OF AAO-BIOFILMPOCESS FO ELECTOPLATING WASTEWATE TEATMENTZHUANG Guijia1，2，LIU Lifan1，HUANG Xiao3，GAO Jingsi2，ZHU Jia2*(1School of Civil and Traffic Engineering，Guangdong University of Technology，Guangzhou 510643，China;2School of Civil and Environmental Engineering，Shenzhen Polytechnic，Shenzhen 518055，China;3Collaborative Innovation Center of Atmospheric Environment and Equipment Technology，Jiangsu Key Laboratory of AtmosphericEnvironment Monitoring and Pollution Control，School of Environmental Science and Engineering，Nanjing University of InformationScience and Technology，Nanjing 210044，China)Abstract:To improve the pollutant removal efficiency of electroplating wastewater，the removal efficiencies of organic matter，nitrogen and phosphorus by anaerobic anoxic aerobic(AAO)-biofilm coupling process were discussed The experimental resultsshowed that the AAO-biofilm process owned good operation performance for treating refractory organic matters in electroplatingwastewater，and the COD removal rate was stable at about 89%The majority of nitrogen was removed through nitrification inthe aerobic tank and denitrification in the anoxic tank The nitrogen removal rate of the system reached 70%80%after 60days operation efractory organics affected the removal efficiency of NH+4N and COD and made a time gap between themThe change of NH+4N lagged behind COD The phosphorus removal performance of the AAO-biofilm process tended to bestable after 50 days operation，the effluent concentration was less than 1 mg/L，and the removal rate was more than 65%Phosphorus was mainly removed through anaerobic release and aerobic absorption of the functional microorganismsKeywords:electroplating wastewater;AAO process;biofilm-coupled activated sludge;refractory organic matter;nitrogenremoval;phosphorus removal第 12 期庄桂嘉，等:AAO生物膜工艺处理电镀废水的脱氮除磷性能0引言电子制造业的崛起推动了电镀行业的飞速发展。然而，电镀生产产生的电镀废水(通常来自镀件清洗水、废电镀液等工艺)，具有重金属、氮磷含量高，有机物成分复杂等特点，是近些年水务管理部门关注度较高的行业。因其含有高浓度且成分复杂的难降解有机物，低 C/N 和已成为电镀行业电镀有机废水生物处理的瓶颈问题1，2。最新发布的 GB 219002008 电镀污染物排放标准 对电镀废水重金属、有机物和氮磷排放提出了较高的要求(总铬 0.5 mg/L、六价铬 0.1 mg/L、总镍 0.5 mg/L、COD 80 mg/L、氨氮 15 mg/L、总氮 20 mg/L、总磷 1.0 mg/L 等)3。因此，电镀废水处理新工艺研发及核心工艺改造是提高废水处理效率，提高受纳水体质量的关键。围绕重金属和难降解有机物的控制，重金属混凝、高级氧化技术已在工程应用中证实为有效的工艺。氮磷污染物的去除以生物法为核心，基于活性污泥脱氮除磷原理，主要有厌氧缺氧好氧(AAO)工艺、缺氧好氧(AO)工艺等。为抵抗难降解有机物和重金属的冲击，提高氮磷的去除效能，生物膜耦合活性污泥工艺成为工艺改造的有效方式之一，发挥了组合工艺的优势4，5。生物膜活性污泥耦合工艺已应用于城市污水、高氨氮废水、皮革废水、食品和乳品加工废水等多类型废水处理中，对各类废水中的氨氮和有机物有较强的适应性和降解能力6-8。生物膜耦合活性污泥工艺在各类型废水处理的应用，对其在电镀废水处理的应用有借鉴意义，但目前尚缺少研究。AAO生物膜复合工艺是指在普通 AAO 活性污泥系统中投加填料作为微生物附着的载体，进而形成悬浮生长的活性污泥和附着生长的生物膜共存体系，结合两者的共同优点，该复合工艺使传统 AAO 工艺的气、液两相微生态环境切换为更为复杂的固、液、气三相反应体系，形成更为复杂稳定的生态系统，达到了提高耐冲击负荷、高处理效果和低污泥产量等目的9，10。因此，本研究构建了 1 组 AAO生物膜复合工艺处理电镀废水，研究了此工艺对有机物、氮磷的去除效果，并分析比较了厌氧、缺氧和好氧 3 个功能单元对污染物的去除效果，以期为该工艺在电镀企业废水处理的广泛应用提供技术支持。1实验部分1.1接种污泥与废水本研究以深圳市某电镀企业废水处理站废水为研究对象。有机废水主要来源于电镀镀件的前处理脱脂除油工序，水质指标见表 1。同时，为模拟实际电镀废水和微生物的正常生理生化反应，原水中需添加微量元素及碱度(每克 NH+4N 转化成 NO3N 约需消耗 7.14 g 碱度，以 CaCO3计)，实验中每升废水加455.8 mg NaHCO3、10 mg CaCl2、10 mg MgSO4、5 mg FeSO4 11-14。出水水质需满足 GB 219002008 排放标准和下游城市污水处理厂的纳管要求，详见表1。表 1实验进水水质及排放标准Table 1Experimental influent water quality and theemission standardsmg/L水质指标(COD)(TN)(NH+4N)(TP)进水38054383排放要求80201511.2AAO生物膜工艺装置及运行参数图 1 为 AAO生物膜耦合系统，总有效容积为54 L，其中，厌氧池有效容积为 9.45 L，缺氧池有效容积为18.23 L，好氧池有效容积为 26.32 L。曝气系统由外部的电磁式空气泵、气体流量计及好氧池底部布设的微孔曝气条组成，根据好氧池 DO 浓度调节曝气量，各反应池均安装温控装置，反应器温度维持在2426。图 1AAO生物膜工艺实验装置Figure 1Diagram of the AAO-biofilm process experimental device本实验反应器采用连续进水方式，好氧池内均装填海绵式填料，进水、硝化液回流、污泥回流均由蠕动泵控制。对于关键参数的调节，在实际研究和实际工程中应根据不同的水质情况选取合适的工况条件15-20。本实验设置停留时间(HT)为 24 h，硝化液回流比为 200%，污泥回流比为 100%，曝气池 DO控制在 23 mg/L。好氧池 pH 值控制在 67，缺氧池 pH 值控制在 7.58.5。生物膜挂膜过程采用接种培养法，从该处理站二沉池取一定量的污泥作为接种对象16，21。将接种污泥和原水以 1 4(体积比)的比例混匀后投加，厌氧池、缺氧池、好氧池(保持填料流化状态)开启搅拌，921环境工程第 40 卷好氧池投加填料并开启曝气，并调节 DO 在 24 mg/L，使接种污泥与填料充分接触 11 h 后，停止曝气，静止沉淀 1 h 后将泥水全部排出反应器，持续5 d。从第6天起，连续进水并启动硝化液回流和污泥回流。1.3检测与分析方法水样从各个单元池及系统出水现场采样，同条件下取 2 组平行样，24 h 内完成检测。常规水质指标检测分析方法参考 GB 219002008 和相关国家标准，COD 采用重铬酸钾快速消解分光光度法测量22，NH+4N 含量采用纳氏试剂分光光度法测定23，TN 含量采用碱性过硫酸钾消解紫外分光光度法测定24，TP 含量采用钼酸铵分光光度法测定25。NO2N 和 NO3N 分别采用酚二磺酸分光光度法和分子吸收分光光度法26，27。2结果与讨论2.1COD 去除性能2.1.1整体去除性能AAO生物膜工艺对 COD 的去除效果如图 2 所示。可知:装置运行过程中，出水(CO