潘琨 蘇洲 陸靜怡 居軍 張鍵

摘 ?要：高校實(shí)驗(yàn)室廢水具有排放周期和排放量不定、濃度和成分復(fù)雜多變等特性。為減少實(shí)驗(yàn)室高濃度廢水排放對(duì)周邊環(huán)境造成的污染，采用微電解-A/O生化組合工藝對(duì)某高校環(huán)境學(xué)院實(shí)驗(yàn)室廢水進(jìn)行處理。工程實(shí)踐表明，該工藝運(yùn)行穩(wěn)定，抗沖擊負(fù)荷能力強(qiáng)，處理成本低，處理效果好，CODcr、SS和NH3-N的總?cè)コ史謩e達(dá)到87.2%、90.5%和79.9%。出水水質(zhì)達(dá)到《污水排入城鎮(zhèn)下水道水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T 31962-2015）和污水處理廠納管要求。

關(guān)鍵詞：實(shí)驗(yàn)室廢水;微電解;A/O生化

中圖分類號(hào)：X703 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A ? ? ? ? 文章編號(hào)：2095-2945（2020）24-0105-03

Abstract： Laboratory wastewater in colleges and universities has the characteristics of indefinite discharge cycle and quantity， complex concentration and composition. In order to reduce the pollution to the surrounding environment caused by the discharge of high concentration laboratory wastewater， a micro electrolysis-A/O biochemical combination process was used to treat the laboratory wastewater of the Environmental College of a university. The engineering practice shows that the process has stable operation， strong shock load resistance， low treatment cost and good treatment effect. The total removal rates of CODcr， SS and NH3-N are 87.2%， 90.5% and 79.9% respectively. The water quality of the effluent meets the requirements of "Wastewater Quality Standards for Discharge to Municipal Sewers" （GB/T 31962-2015） and the requirements of the sewage treatment plant for collecting wastewater through pipes.

Keywords： laboratory wastewater; microelectrolysis; A/O biochemical

1 實(shí)驗(yàn)室高濃度廢水來源及特性

近年來，我國高等教育規(guī)模迅速擴(kuò)大，各高校實(shí)驗(yàn)室的教學(xué)、科研活動(dòng)增加迅猛，隨之而來的便是教學(xué)、實(shí)驗(yàn)過程中產(chǎn)生的實(shí)驗(yàn)室廢水污染物排放量快速增加[1-3]。各高校師生在科研過程中都會(huì)使用到各類化學(xué)試劑，這些化學(xué)試劑的部分在使用后一般會(huì)和洗滌水一同排入下水道。因此，近年來實(shí)驗(yàn)室廢水逐漸呈現(xiàn)高濃度趨勢[4]。

實(shí)驗(yàn)室高濃度廢水具有長期殘留性、生物積蓄性、高毒性等性質(zhì)，如果不經(jīng)處理直接排放不僅會(huì)對(duì)周圍環(huán)境造成嚴(yán)重的污染，長遠(yuǎn)來看，還會(huì)對(duì)人體造成危害，而且一般的城市污水處理廠的常規(guī)處理工藝很難處理這些實(shí)驗(yàn)室高濃度廢水，更為嚴(yán)重的是大量排放的高濃度實(shí)驗(yàn)室廢水會(huì)對(duì)污水處理廠生化系統(tǒng)造成破壞[5]。因此，實(shí)驗(yàn)室高濃度廢水的處理是一個(gè)急需解決的問題。

根據(jù)對(duì)某高校環(huán)境學(xué)院實(shí)驗(yàn)樓排放的廢水多次采樣分析測定，主要水質(zhì)指標(biāo)如表1所示。

2 工程設(shè)計(jì)

2.1 設(shè)計(jì)進(jìn)水水量及水質(zhì)

設(shè)計(jì)處理能力為20m3/d（1.0m3/h）。

設(shè)計(jì)進(jìn)水水質(zhì)如表2所示。

2.2 設(shè)計(jì)出水標(biāo)準(zhǔn)

廢水經(jīng)處理后排入市政污水管網(wǎng)，出水水質(zhì)執(zhí)行《污水排入城鎮(zhèn)下水道水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T 31962-2015）和當(dāng)?shù)匚鬯幚韽S納管水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，最終確定排放標(biāo)準(zhǔn)為：pH值6-9，CODcr≤260mg/L，BOD5≤100mg/L，SS≤100mg/L，NH3-N≤25mg/L，總磷≤5mg/L，總鋅≤5mg/L，總銅≤2mg/L，總鉻≤1.5mg/L。

2.3 設(shè)計(jì)工藝流程

根據(jù)江蘇某高校環(huán)境學(xué)院實(shí)驗(yàn)樓高濃度實(shí)驗(yàn)室廢水的水質(zhì)水量情況，通過工藝比選，經(jīng)濟(jì)效益分析，確定采用微電解-A/O生化組合工藝，并將所有處理設(shè)備集成于一個(gè)集裝箱內(nèi)，占地面積小，移動(dòng)靈活，配置自控系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)24小時(shí)無人值守全自動(dòng)運(yùn)行。

本項(xiàng)目的詳細(xì)處理工藝流程圖如圖1。

工藝流程主要技術(shù)參數(shù)描述如下。

（1）微電解反應(yīng)器的反應(yīng)時(shí)間為60min，采用的質(zhì)量比為0.8的成品鐵碳填料，反應(yīng)器填充度為50%，曝氣量設(shè)置為20m3/h，通過管道混合器調(diào)整進(jìn)水pH值為4，反應(yīng)結(jié)束后pH值在pH調(diào)整罐中設(shè)置為8后進(jìn)入沉淀池1中進(jìn)行固液分離。

微電解反應(yīng)器池體采用PP材料加工而成，底部設(shè)置布水區(qū)，布水區(qū)上方設(shè)置承托層以及曝氣頭，承托層上部為成品鐵碳填料，出水設(shè)置出水堰。

微電解就是利用鐵和碳之間的電極電位差在具有一定導(dǎo)電性廢水中形成無數(shù)微型原電池，由電極反應(yīng)和其引發(fā)的一系列反應(yīng)共同作用，達(dá)到水中污染物的去除。這些反應(yīng)主要有氧化還原反應(yīng)、絮凝沉淀、電化學(xué)附集和物理吸附[6]。

（2）A/O生化反應(yīng)器HRT為12h，其中A段HRT為4h，O段HRT為8h，A段反應(yīng)器填料填充率為50%，O段反應(yīng)器填料填充率為60%，O段反應(yīng)器氣水比為24：1，O段反應(yīng)器上清液回流比控制在200%-300%，污泥回流比控制在1：1.2-1.3。

A/O反應(yīng)器池體采用Q235鋼制成，A段反應(yīng)器底部安裝潛水推流式攪拌機(jī)，O段反應(yīng)器底部均布旋混式曝氣頭。填料采用φ25MBBR填料。

為體現(xiàn)設(shè)備的集成化，A/O生化工藝的反應(yīng)器共用池壁。

A段反應(yīng)器控制DO值不大于0.2mg/L，O段反應(yīng)器控制DO值為2～4mg/L。A段反應(yīng)器內(nèi)，異養(yǎng)菌將廢水中的懸浮污染物和可溶性有機(jī)物水解為有機(jī)酸，使大分子有機(jī)物分解為小分子有機(jī)物，不溶性的有機(jī)物轉(zhuǎn)化成可溶性有機(jī)物[7]，提高污水的可生化性及氧的效率[8];在缺氧段，異養(yǎng)菌將污染物進(jìn)行氨化游離出氨（NH3、NH4+），在充足供氧條件下，自養(yǎng)菌的硝化作用將NH3-N（NH4+）氧化為NO3-，通過回流控制返回至A段反應(yīng)器[9]，在缺氧條件下，異養(yǎng)菌的反硝化作用將NO3-還原為分子態(tài)氮（N2）完成C、N、O在生態(tài)中的循環(huán)[10]，實(shí)現(xiàn)廢水的無害化處理。

2.4 主要構(gòu)筑物設(shè)計(jì)參數(shù)

本項(xiàng)目主要構(gòu)筑物設(shè)計(jì)參數(shù)如下表3所示。

3 調(diào)試運(yùn)行

3.1 工程調(diào)試

根據(jù)燒杯試驗(yàn)及現(xiàn)場實(shí)際運(yùn)行效果，混凝反應(yīng)器中PAC和MCP的最佳投藥量分別為200mg/L和75mg/L，此時(shí)形成的礬花顆粒大且密實(shí)，出水清澈。微電解反應(yīng)器中的鐵碳顆粒鐵和碳的最佳質(zhì)量比為0.8：1，為防止鐵碳顆粒板結(jié)，采用的氣水比為22：1。

A/O反應(yīng)器的調(diào)試主要是培養(yǎng)和馴化微生物，使填料掛膜。調(diào)試采用悶曝培菌法，接種污泥取自某污水廠污泥濃縮池污泥。在調(diào)試階段，高濃度實(shí)驗(yàn)室廢水與生活污水按一定的比例進(jìn)入A/O反應(yīng)器，系統(tǒng)每天運(yùn)行12h，停機(jī)6h，進(jìn)水6h，由于此階段降解有機(jī)物的微生物酶活性較低，根據(jù)BOD5：N：P=200（100）：5：1的原則，向A/O反應(yīng)器分別投加適量的葡萄糖、尿素和磷肥。A/O反應(yīng)器pH控制在6～9，溶解氧控制在2～4mg/L。在調(diào)試階段，每天觀察填料表面污泥掛膜情況，測定污泥沉淀性能及生物相變化。當(dāng)生化池填料掛膜物污泥量增多，增加進(jìn)水量并且提高實(shí)驗(yàn)室高濃度廢水在進(jìn)水中的比例，直到達(dá)到滿負(fù)荷。

3.2 運(yùn)行效果

各污染物的去除效果如表4所示，去除率如表5所示。

3.3 問題分析

（1）混凝反應(yīng)器內(nèi)絮體顆粒較小，難以沉淀，在冬天尤其嚴(yán)重。分析原因： 溫度較低時(shí)，混凝反應(yīng)速率較慢，絮體沉降性能變差。解決對(duì)策：增加混凝劑投加量。

（2）裝置運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的臭氣較重，影響周圍環(huán)境質(zhì)量。分析原因：污水生化處理產(chǎn)生較多的H2S氣體，沉淀池底部污泥厭氧發(fā)酵釋放有毒有害氣體。解決對(duì)策： 在A/O反應(yīng)器上方加蓋以集氣體，利用廢氣處理裝置集中處理廢氣，及時(shí)排放沉淀器底部污泥。

（3）過濾器出水渾濁。分析原因：反沖洗頻次過低。解決對(duì)策：加大反沖洗頻次。

3.4 經(jīng)濟(jì)效益分析

3.4.1 投資

廢水處理規(guī)模為20m3/d，總投資58.6萬元，包括處理設(shè)備基礎(chǔ)、設(shè)備購置費(fèi)、室外管道、設(shè)計(jì)費(fèi)、調(diào)試費(fèi)及稅收等。

3.4.2 運(yùn)行費(fèi)用

（1）電費(fèi)

電耗主要為水泵、風(fēng)機(jī)和攪拌機(jī)的電機(jī)消耗，日電耗為388kW·h，電價(jià)為0.5元/（kW·h），平均日電費(fèi)為194元。

（2）藥劑費(fèi)

本項(xiàng)目使用藥劑為酸、堿、PAC、MCP、消毒劑，由于本項(xiàng)目使用的酸和堿屬于實(shí)驗(yàn)室廢酸，廢堿，所以沒有費(fèi)用產(chǎn)生。PAC使用量約為4kg/d，按平均1800元/噸計(jì)，每天費(fèi)用為7.2元。MCP使用量約為1.5kg/d，按平均7000元/噸計(jì)，每天費(fèi)用為10.5元。消毒劑使用量為0.4kg/d，按平均16000元/噸計(jì)，每天費(fèi)用為6.4元。

以上合計(jì)運(yùn)行費(fèi)用約為每天218.1元，合約10.9元/m3廢水。

4 結(jié)論

工程實(shí)踐表明，采用微電解-A/O組合工藝處理實(shí)驗(yàn)室高濃度廢水處理效果穩(wěn)定，操作靈活，運(yùn)行可靠且運(yùn)行成本低。工藝對(duì)CODcr、SS和NH3-N的總?cè)コ史謩e達(dá)到87.2%、90.5%和79.9%，出水水質(zhì)指標(biāo)滿足《污水排入城鎮(zhèn)下水道水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T 31962-2015）。處理系統(tǒng)具有較強(qiáng)的適應(yīng)性、實(shí)用性和先進(jìn)性，取得了較好的環(huán)境效益和社會(huì)效益。

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