生物增效技術處理制革廢水的試驗研究

姚 陽，劉思帆，李思明

（武漢森泰環保股份有限公司，湖北 武漢 430070）

引言

生物增效技術是利用特定微生物、耐受性菌以及真菌等微生物對污水中的有機化合物進行降解處理，將該技術應用于制革廢水處理中，能夠有效降解廢水中的有機物、色度和COD等污染物。

1 生物增效技術概述

1.1 生物增效技術的定義和原理

生物增效技術充分利用特定微生物、耐受性菌以及真菌等微生物對污水中的有機化合物進行降解處理。在此過程中，將不同性質的有機物轉化為生物機制，可以實現代謝降解有機污染物的目的。同時通過生物增效技術可以實現同時處理油、蛋白質、羧酸等不同類型的有機物，并通過生物反應器進行降解、沉淀處理，以實現預期的廢水處理效果。生物增效技術主要包括以下幾個步驟：首先是菌群的篩選和培養。根據廢水組分的特點和廢水處理要求，在不同環境條件下篩選合適的微生物菌種，并進行培養。其次是廢水的預處理。廢水中可能存在著一些難降解的有機物、懸浮物和雜質，需要通過預處理將其去除，從而為后續的微生物降解提供良好的環境。然后是微生物接種和降解處理。將篩選出的適宜菌種接種到廢水中，通過調節溫度、環境pH值和養分供應等，促進微生物菌群的生長和代謝活性，實現廢水中有機物的降解[1]。

1.2 生物增效技術在廢水處理中的應用

利用生物增效技術處理廢水中的有機物是通過對廢水中生物群落的豐度進行調整，使生物群落能更好地對廢水中的有機物進行降解處理，提升廢水處理效率，進而提升廢水處理質量[2]。在廢水處理中，生物增效技術被廣泛應用于各個環節。通過在廢水接觸設備中引入特定種類的微生物，可以使微生物與廢水中的污染物發生生物接觸反應，從而加快污染物的降解速度。同時，通過在不同處理過程中添加與廢水處理相匹配的生物菌制劑和營養劑對生物群落進行調整，進一步提升生物降解的效率，進而提升廢水處理的效率。生物增效技術還可以應用于廢水處理系統中的污泥處理。廢水處理過程中產生的污泥是含有大量有機質和營養物質的固體廢棄物。通過引入特定種類的微生物，可以促進污泥中有機物的降解和溶解，進而提高廢水處理系統中有機質的去除率。此外，生物增效技術還可以改變污泥中微生物的種類和數量，提高污泥的生物體積、密度和穩定性，減少污泥的體積和質量，降低廢水處理系統的運行成本。生物增效技術還可以應用于廢水處理系統中氮、磷等特定污染物的去除。一些特定種類的微生物可以通過吸收、吸附和生物轉化等方式，將廢水中的氮、磷等污染物轉化為無機物或氣體，從而實現廢水中特定污染物的去除。同時，生物增效技術還可以通過調節廢水中的微生物群落結構和功能，調控微生物對氮、磷等污染物的生物轉化和吸附能力，從而提高廢水處理系統對氮、磷等污染物的去除效率。

2 制革廢水的特性分析

制革廢水是指制革生產過程中產生的廢水，其中包含了各種有機物質和無機物質，嚴重污染了生態環境[3]。通過對制革廢水的特性進行分析，能夠更加準確地了解污染物的成分、性質和污染程度。從而可以制定更加合理的廢水處理方案。研究表明，制革廢水的主要成分為有機物質和無機鹽類物質。其中有機物質包含了蛋白質、脂肪、膠原蛋白和多糖等，這些物質具有較強的腐敗性和難降解性。通常在制革過程中，動物皮中的膠原蛋白會通過酶解形成可溶性蛋白質出現在廢水中，同時皮革中的脂肪酸和油脂也會進入到廢水中。廢水中的有機物質會使廢水的渾濁度增加，進而加重了廢水的污染程度。而無機鹽類污染物主要包括氯化物、硫酸鹽、鉻鹽、鐵鹽等。廢水中無機鹽的含量主要是由制革過程中使用的化學藥劑決定的，無機鹽含量超標會直接影響生態環境。

首先，制革過程中使用的化學藥劑會改變廢水的酸堿性，而酸性廢水具有一定的腐蝕性，如果未經處理就排放，會對周圍土壤和植物產生嚴重影響。其次，制革廢水具有較高的濃度和溶解度。制革生產過程中使用的的化學藥劑和制革過程中產生的有機物會增加廢水中有機物和無機鹽的濃度，進而影響通過細菌和微生物進行廢水污染物降解處理的效果，導致傳統廢水處理方法無法有效進行制革廢水的處理。最后，制革廢水具有強烈的惡臭和高色度。部分微生物能夠對制革廢水中的有機物和無機鹽進行降解，生成硫化氫、氨氣等氣體，這些氣體具有較強的氣味，使制革廢水表現出強烈的惡臭。同時有機物質分解會使廢水的顏色變為黃色或黑色，從而影響廢水的色度[4]。

3 生物增效技術處理制革廢水的實驗方法

3.1 實驗用水與接種污泥

本研究是基于某皮革企業廢水處理進行的，廢水來自調節池，污泥來自生化處理段曝氣池，污泥的質量濃度為9 000 mg/L，SV30=75%。實驗水質如表1所示。

表1 試驗水質情況表

3.2 實驗材料

本次實驗材料包括菌制劑和營養劑。其中，1#菌制劑是菌株含量為5.0×109CFU/g的高效污染物降解菌種，可以有效提升廢水處理過程中的污染物降解速度，包括枯草芽孢桿菌、地衣芽孢桿菌以及假單胞菌；2#菌制劑為菌株含量為1.0×109CFU/g的焦瑞身式溶桿菌，該菌制劑具有產溶菌酶的效果，可以有效實現污泥的消解。營養劑為自制，其中包含碳、氮、磷等多種有機元素和微量元素，可以有效促進微生物的增殖。

3.3 實驗工藝

本次實驗工藝如圖1所示。對照組和觀察組采用了相同的廢水處理工藝流程。

圖1 實驗工藝流程圖

3.4 實驗方法

實驗前需要做好菌種的活化處理措施，通過將1%的菌粉和0.5%的糖蜜混合到98.5%的好氧出水中，并通過24 h的曝氣處理方式進行活化菌液的制作。在實驗過程中，采用兩個AO系統同步運行的方式，以相同的廢水處理工藝流程進行實驗，實驗時間控制在2個月，實驗過程中將廢水的處理量控制為1 m3/h。當兩個系統連續穩定運行兩周后，在觀察系統中的O1池中每日投加1#菌制劑活化處理液20 mg/L和營養劑10 mg/L，向觀察系統的污泥消解池中每日投加2#菌制劑活化處理菌液50 mg/L和營養劑10 mg/L；對照系統不投加任何相關制劑。待兩個系統連續運行2周后，分別記錄清水池的出水量數據和污泥排放數據，并對好氧池污泥的微生物菌群情況進行分析。在試驗過程中，兩個系統的其他工藝參數保持相同，如表2所示。

表2 兩個系統基本工藝參數

3.5 檢測方法

嚴格按照國家標準測定方法，對皮革廢水中的CODCr、氨氮以及MLSS等各項水質指標進行測定。

4 結果與討論

4.1 COD

嚴格按照工藝參數將A池的廢水停留時間設置為1.25 d，將O池的廢水停留時間設置為6.25 d，待系統穩定后，從清水池出水取樣分析CODCr值，結果見圖2。從圖2可知，通過投加營養劑和菌制劑處理相同COD值的廢水后，其CODCr值能夠保持在一個較穩定的水平，平均為150 mg/L，而對照組的平均水平位為258 mg/L。對兩個系統的CODCr去除效果進行分析可知，觀察組的CODCr去除率為96.81%，高于對照組的94.60%，同時符合園區廢水排放COD標準的要求。研究表明，皮革廢水中含有很難被生物降解的單寧、染料等物質，而通過投加菌制劑的方式可以有效提升生化系統對這些物質的降解效果，從而降低廢水CODCr的值。

圖2 出水穩定后兩組系統CODCr值的比較

4.2 氨氮

在實驗過程中，將O池中的溶解氧含量控制在2～3 mg/L范圍內，將廢水停留時間設置為6.25 d，待系統穩定后，從清水池進行出水取樣分析氨氮含量，結果如圖3所示。

圖3 兩個系統氨氮去除效果比較

從圖3可知，當進水的氨氮含量為323.7 mg/L時，觀察組清水池出水的氨氮平均含量為7.7 mg/L，氨氮去除率為96.69%，對照組清水池出水的氨氮平均含量為13.2 mg/L，去除率為94.33%。所以通過在O池中加入1#菌制劑可以有效提升氨化細菌和亞硝化細菌的種群數量，從而可以有效提升生化系統的硝化效果。

4.3 剩余污泥的排放

在實驗過程中，剩余污泥的產量為14 kg/d，可以通過污泥消解池進行處理。兩個系統的污泥消解池流量為0.875 m3/d，濃度為16 g/L，將溶解氧濃度控制在0.5～1.0 mg/L，停留時間為2 d，待系統穩定運行后測定消解后的剩余污泥量，結果見圖4。

圖4 兩個系統剩余污泥累積排放量情況

從圖4可知，觀察組平均剩余污泥的排放量為4 011 g/d，顯著低于對照組的7 651 g/d。同時，通過加入2#菌制劑可以將系統剩余污泥量減少71.3%。通過溶菌酶能夠使細菌的細胞破裂，從而實現了細菌的隱性生長，達到減少污泥量的效果。

4.4 好氧系統菌群豐度和Alpha多樣性分析

在系統穩定運行過程中，通過對氧池活性污泥對污泥中微生物OTU豐度信息和Alpha多樣性情況進行分析，結果見表3。

表3 兩組樣品OTU結果

結果表明，觀察組的OTU數量為499，對照組的OTU數量為480，說明通過投加菌制劑可以有效提升污泥中微生物的種類和數量。同時可以發現通過投加菌制劑可以有效增加Chao指數，實現增加好氧系統的Alpha多樣性。

4.5 屬水平分布

通過對兩組樣本的屬水平菌群組成和豐度進行分析可以判斷生物增效后的菌群遷移情況，通過分析可知，制革廢水中的菌群主要是由叢毛單胞菌屬、不動桿菌、變形桿菌、萊茵海默式菌、脫氮噬脂環物菌以及未分類菌屬構成。通過生物增效技術的處理可以有效增加叢毛單胞菌屬、脫氮噬脂環物菌以及萊茵海默式菌的豐度，降低變形桿菌和不動桿菌的豐度。通過脫氮噬脂環物菌能夠實現對疏水性有機污染物的降解處理，所以水生物增效技術有效強化了皮革廢水生化系統的降解能力。

5 結論

綜上所述，通過本次試驗研究得出結論：生物增效技術是一種有效、低成本的處理制革廢水的方法，對于降解有機物、減少色度和COD等污染物具有顯著效果；生物增效技術是一種有效處理制革廢水的方法。本研究采用了生物增效技術處理制革廢水，通過對試驗結果的分析可以看出，該技術能夠有效降解廢水中的有機物、色度和COD等污染物。研究結果表明，經過生物增效技術處理后的制革廢水中，有機物質含量明顯降低，COD的去除率也達到了較高水平。這表明生物增效技術對于制革廢水具有顯著的凈化效果，且操作參數對于生物增效技術的處理效果具有重要影響，所以生物增效技術具有較好的工程應用前景。這些結論為制革廢水的處理提供了新的思路和方法，并為生物增效技術在廢水處理領域的應用推廣提供了理論依據。