微電解-A/O生化組合工藝處理實驗室高濃度廢水

潘琨 蘇洲 陸靜怡 居軍 張鍵

摘 ?要：高校實驗室廢水具有排放周期和排放量不定、濃度和成分復雜多變等特性。為減少實驗室高濃度廢水排放對周邊環境造成的污染，采用微電解-A/O生化組合工藝對某高校環境學院實驗室廢水進行處理。工程實踐表明，該工藝運行穩定，抗沖擊負荷能力強，處理成本低，處理效果好，CODcr、SS和NH3-N的總去除率分別達到87.2%、90.5%和79.9%。出水水質達到《污水排入城鎮下水道水質標準》（GB/T 31962-2015）和污水處理廠納管要求。

關鍵詞：實驗室廢水;微電解;A/O生化

中圖分類號：X703 文獻標志碼：A ? ? ? ? 文章編號：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 實驗室高濃度廢水來源及特性

近年來，我國高等教育規模迅速擴大，各高校實驗室的教學、科研活動增加迅猛，隨之而來的便是教學、實驗過程中產生的實驗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使用到各類化學試劑，這些化學試劑的部分在使用后一般會和洗滌水一同排入下水道。因此，近年來實驗室廢水逐漸呈現高濃度趨勢[4]。

實驗室高濃度廢水具有長期殘留性、生物積蓄性、高毒性等性質，如果不經處理直接排放不僅會對周圍環境造成嚴重的污染，長遠來看，還會對人體造成危害，而且一般的城市污水處理廠的常規處理工藝很難處理這些實驗室高濃度廢水，更為嚴重的是大量排放的高濃度實驗室廢水會對污水處理廠生化系統造成破壞[5]。因此，實驗室高濃度廢水的處理是一個急需解決的問題。

根據對某高校環境學院實驗樓排放的廢水多次采樣分析測定，主要水質指標如表1所示。

2 工程設計

2.1 設計進水水量及水質

設計處理能力為20m3/d（1.0m3/h）。

設計進水水質如表2所示。

2.2 設計出水標準

廢水經處理后排入市政污水管網，出水水質執行《污水排入城鎮下水道水質標準》（GB/T 31962-2015）和當地污水處理廠納管水質標準，最終確定排放標準為：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 設計工藝流程

根據江蘇某高校環境學院實驗樓高濃度實驗室廢水的水質水量情況，通過工藝比選，經濟效益分析，確定采用微電解-A/O生化組合工藝，并將所有處理設備集成于一個集裝箱內，占地面積小，移動靈活，配置自控系統可實現24小時無人值守全自動運行。

本項目的詳細處理工藝流程圖如圖1。

工藝流程主要技術參數描述如下。

（1）微電解反應器的反應時間為60min，采用的質量比為0.8的成品鐵碳填料，反應器填充度為50%，曝氣量設置為20m3/h，通過管道混合器調整進水pH值為4，反應結束后pH值在pH調整罐中設置為8后進入沉淀池1中進行固液分離。

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

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

（2）A/O生化反應器HRT為12h，其中A段HRT為4h，O段HRT為8h，A段反應器填料填充率為50%，O段反應器填料填充率為60%，O段反應器氣水比為24：1，O段反應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反應器池體采用Q235鋼制成，A段反應器底部安裝潛水推流式攪拌機，O段反應器底部均布旋混式曝氣頭。填料采用φ25MBBR填料。

為體現設備的集成化，A/O生化工藝的反應器共用池壁。

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

2.4 主要構筑物設計參數

本項目主要構筑物設計參數如下表3所示。

3 調試運行

3.1 工程調試

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

A/O反應器的調試主要是培養和馴化微生物，使填料掛膜。調試采用悶曝培菌法，接種污泥取自某污水廠污泥濃縮池污泥。在調試階段，高濃度實驗室廢水與生活污水按一定的比例進入A/O反應器，系統每天運行12h，停機6h，進水6h，由于此階段降解有機物的微生物酶活性較低，根據BOD5：N：P=200（100）：5：1的原則，向A/O反應器分別投加適量的葡萄糖、尿素和磷肥。A/O反應器pH控制在6～9，溶解氧控制在2～4mg/L。在調試階段，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。當生化池填料掛膜物污泥量增多，增加進水量并且提高實驗室高濃度廢水在進水中的比例，直到達到滿負荷。

3.2 運行效果

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）混凝反應器內絮體顆粒較小，難以沉淀，在冬天尤其嚴重。分析原因： 溫度較低時，混凝反應速率較慢，絮體沉降性能變差。解決對策：增加混凝劑投加量。

（2）裝置運行時產生的臭氣較重，影響周圍環境質量。分析原因：污水生化處理產生較多的H2S氣體，沉淀池底部污泥厭氧發酵釋放有毒有害氣體。解決對策： 在A/O反應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。解決對策：加大反沖洗頻次。

3.4 經濟效益分析

3.4.1 投資

廢水處理規模為20m3/d，總投資58.6萬元，包括處理設備基礎、設備購置費、室外管道、設計費、調試費及稅收等。

3.4.2 運行費用

（1）電費

電耗主要為水泵、風機和攪拌機的電機消耗，日電耗為388kW·h，電價為0.5元/（kW·h），平均日電費為194元。

（2）藥劑費

本項目使用藥劑為酸、堿、PAC、MCP、消毒劑，由于本項目使用的酸和堿屬于實驗室廢酸，廢堿，所以沒有費用產生。PAC使用量約為4kg/d，按平均1800元/噸計，每天費用為7.2元。MCP使用量約為1.5kg/d，按平均7000元/噸計，每天費用為10.5元。消毒劑使用量為0.4kg/d，按平均16000元/噸計，每天費用為6.4元。

以上合計運行費用約為每天218.1元，合約10.9元/m3廢水。

4 結論

工程實踐表明，采用微電解-A/O組合工藝處理實驗室高濃度廢水處理效果穩定，操作靈活，運行可靠且運行成本低。工藝對CODcr、SS和NH3-N的總去除率分別達到87.2%、90.5%和79.9%，出水水質指標滿足《污水排入城鎮下水道水質標準》（GB/T 31962-2015）。處理系統具有較強的適應性、實用性和先進性，取得了較好的環境效益和社會效益。

參考文獻：

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