電鍍廢水中含有多種重金屬、含氮污染物、有機物等，雖經化學法、電解法、膜分離法、活性炭法〔1, 2, 3〕等有效處理達標排放，但仍有大量污染物流進江河湖海或滲入土壤地層，污染地下水源，破壞生態，危及人類健康和壽命。尤其在預處理后電鍍廢水中依然含有大量的含氮污染物，對環境生態的污染愈發嚴重。隨著太湖流域對氮磷排放要求的提高，電鍍廢水尾水的脫氮處理問題亟待解決。
倒置A2/O工藝〔4〕中缺氧區位于工藝系統首端，優先滿足反硝化作用的碳源需求，強化處理系統的脫氮功能;通過取消初沉池或縮短初沉池停留時間，增加系統脫氮所需的碳源;與常規A/O工藝相比，倒置A2/O工藝的流程形式和規模要求與傳統法工藝更為接近，在老廠改造方面更具推廣優勢。在倒置A2/O工藝中投加填料可以截留進行生化反應的優勢菌種，同時為微生物提供附著環境，有效維持處理系統內的微生物濃度，提高工藝系統的處理效率。小試試驗以電鍍廢水尾水為目標廢水，聯合生活污水后，經增設填料的改良型倒置A2/O工藝處理，對目標廢水的脫氮效能變化進行研究。
1 試驗部分
1.1 分析方法
COD：重鉻酸鉀法回流滴定法;氨氮：納氏試劑光度法;硝酸鹽氮：紫外分光光度法;亞硝酸鹽：N-(1-萘基)-乙二胺光度法;總氮：過硫酸鉀氧化-紫外分光光度法;BOD5：稀釋接種法。
1.2 試驗用水水質
試驗中采用的是電鍍廢水尾水(總鎳、Cu2+等重金屬已通過物化法高效回收)與生活污水混合后的廢水。
電鍍廢水尾水取自蘇州市某電鍍廠區經物化處理后的出水，其COD為250~370 mg/L，NH4+-N為40~55 mg/L，NO2--N為1~2 mg/L，NO3--N為250~350 mg/L，TN為300~400 mg/L，Cr6+≤1 mg/L，Cu2+≤1 mg/L，總鎳≤0.5 mg/L。
生活污水為學校及周邊居民生活污水，其COD為150~200 mg/L，NH4+-N為25~35 mg/L，NO2--N<0.5 mg/L，NO3--N<0.5 mg/L，TN為30~40 mg/L。
1.3 試驗裝置與運行
試驗裝置采用有機玻璃材質。反應器分別設缺氧池、厭氧池、好氧池和沉淀池。缺氧池尺寸為10 cm×10 cm×45 cm，有效容積4 L;厭氧池尺寸為15 cm×15 cm×45 cm，有效容積9 L;缺氧池尺寸為30 cm×10 cm×45 cm，有效容積12 L;缺氧區和厭氧區內設有攪拌槳攪拌。在缺氧池、厭氧池內加入火山巖(粒徑2~3 cm，紅黑褐色不規則顆粒);在好氧池中懸掛組合填料(聚丙烯，D 80 mm)，底部鋪設一層火山巖。
倒置A2/O工藝流程如圖 1所示。
圖 1 工藝流程
運行初期，以蘇州某污水處理廠A2/O工藝中好氧池及厭氧池污泥接種馴化培養。試驗采用連續進水方式培養微生物，循序漸進向系統的進水中增加目標廢水的體積分數。當系統的COD去除率穩定且池中污泥濃度相對穩定時，即視為反應裝置啟動成功。
系統啟動后水溫為22~32 ℃，MLSS為4~5 g/L，污泥齡SRT=10 d，運行倒置A2/O工藝，工況為：進水流量28.8 L/d，反應器系統HRT為12.1 h，好氧池DO控制在2~3 mg/L，硝化液回流比100%，污泥回流比50%，監測電鍍廢水尾水所占體積分數從10%、20%、30%、40%、50%、60%、70%、80%的變化中工藝的運行處理效果;在最佳體積分數下，觀測改變工況后工藝的運行處理效果。
2 結果與討論
2.1 電鍍廢水尾水所占比例對工藝運行效果的影響
考察了電鍍廢水尾水所占體積分數對工藝運行效果的影響，結果表明，在不同電鍍廢水尾水所占比例下，工藝對NH4+-N、TN、COD表現出不一樣的去除率：(1)工藝對NH4+-N的去除率一直保持在90%及以上，電鍍廢水尾水所占比例對NH4+-N的去除率幾乎沒有影響;(2)工藝對TN的去除率隨著電鍍廢水尾水的體積分數從10%變化到80%，變化較為明顯，當體積分數≥70%，工藝對TN的平均去除率只有40%不到;(3)不同體積分數下，雖然工藝對COD的去除率雖然都≥50%，但是當體積分數≥50%時，工藝對COD的平均去除率有明顯降低。
分析認為，不同混合比例直接影響混合廢水的可生化性。電鍍廢水中含有難以生化降解的含氮污染物及有機污染物，而電鍍廢水尾水和生化性較好的生活污水聯合處理，一方面降低了目標廢水中難降解物質的濃度，另一方面生活污水中含有較易降解的有機物，為工藝系統的微生物生長提供營養物質。兩方面共同作用使電鍍廢水尾水的可生化性得到改善，但隨著電鍍廢水尾水體積分數的增大，混合生活污水所起到的作用被弱化，從而使得工藝的處理效率產生波動，甚至降低。
在電鍍廢水體積分數為30%時，整個工藝有著較高的平均去除率：NH4+-N平均去除率為95%，TN平均去除率為77%，COD平均去除率為86%。
2.2 DO對工藝運行效果的影響
試驗控制進水流量28.8 L/d，反應器系統HRT為12.1 h，硝化液回流比100%，污泥回流比50%，以好氧池中DO分別在1.4~1.6、1.9~2.1、2.4~2.6、2.9~3.1 mg/L變化中，監測分析工藝對NH4+-N、TN的去除變化。
2.2.1 NH4+-N的去除變化
不同DO下NH4+-N的變化情況見圖 2。
圖 2 不同DO下NH4+-N去除效果
不同DO條件下，NH4+-N的去除效果表明：當DO在1.40~1.60 mg/L的時候，工藝對NH4+-N的平均去除率在75%，出水NH4+-N平均質量濃度10 mg/L;當DO在1.90~2.10 mg/L的時候，NH4+-N的去除率達到90%及以上，出水NH4+-N低于5 mg/L;當DO繼續增大，在達到2.40~2.60、2.90~3.10 mg/L時，NH4+-N去除率高達95%以上，出水NH4+-N質量濃度在1~2 mg/L。
分析認為，DO在1.40~1.60 mg/L，工藝硝化作用所需要的溶解氧不夠，抑制好氧微生物的生長，導致NH4+-N的去除效果較差，而隨著DO的增大，DO逐漸能夠滿足工藝中硝化作用的需要，使得NH4+-N的去除效果明顯變好。DO繼續增大，NH4+-N的去除率增大幅度有限，同時曝氣量的增大不僅不利于好氧活性污泥在組合填料表面的附著，造成好氧活性污泥的流失，而且從能耗角度考慮，也是不節能的。
2.2.2 TN的去除變化
不同DO下TN的變化情況見圖 3。
圖 3 不同DO下TN去除效果
當DO從1.40~1.60 mg/L變化到1.90~2.10 mg/L時，工藝對于TN的去除效果有著變好的趨勢。由于DO增大，使NH4+-N得以完全轉化為NO3--N，經過回流至缺氧池進行反硝化脫氮，從而提高工藝對TN的去除率。同時認為，在DO為1.40~1.60、1.90~2.10 mg/L時，好氧區中存在同步硝化反硝化作用。好氧區中懸掛了組合填料，活性污泥在懸掛的填料上附著聚集，形成污泥絮體，使好氧池中構成一個懸浮與附著微生物共生的復合生物系統。而DO擴散作用因受限制，使活性污泥絮體內產生DO梯度，形成同步硝化反硝化的微環境：污泥絮體外表面接觸的DO較高，自養微生物硝化細菌利用氧氣進行硝化反應;絮體內部，由于氧傳遞受阻以及有機物氧化、硝化作用的消耗形成缺氧區，反硝化菌占優勢，發生反硝化作用。
當DO 自1.90~2.10 mg/L繼續增大到2.40~2.60、2.90~3.10 mg/L時，TN的去除率卻又有降低的趨勢。DO增大，一方面使原先污泥絮體內部的缺氧區DO增大，破壞好氧池內形成的同步硝化反硝化的微環境，導致好氧區內的脫氮率降低，另一方面使硝化回流液中DO增大，回流至缺氧池后，影響缺氧池中的反硝化作用。兩方面作用使工藝對TN的去除率表現出降低的趨勢。
綜合分析不同DO下NH4+-N及TN的去除效果變化得出，DO在1.90~2.10 mg/L的時候，NH4+-N去除效果良好，同時利于脫氮處理。
2.3 回流比對工藝脫氮效能的影響
試驗控制進水流量28.8 L/d，反應器系統HRT為12.1 h，DO為1.90~2.10 mg/L，污泥回流比50%，按照硝化液回流比分別為100%、150%、200%、250%進行對照試驗，監測不同硝化液回流比下，改良型倒置A2/O工藝對TN的去除效果，結果見圖 4。
圖 4 不同回流比對 TN 的去除效果
結果表明，硝化液回流比從100%變化到150%，TN去除效果有所提高，平均去除率由77%提升到80%。硝化液回流比提高有利于經好氧池硝化作用后的硝態氮盡可能多地回流至缺氧池進行反硝化脫氮。缺氧池內增設的火山巖填料，截留了大量優勢反硝化細菌，提高了反應池內微生物量，保障了系統的脫氮效能。硝化液回流比自150%繼續變大到200%、250%，TN去除率并沒有隨著提高，反而有小幅度降低。分析認為：大量硝化液回流攜帶較高濃度的DO，破壞缺氧池的缺氧環境，影響反硝化脫氮作用，同時較大的硝化液回流比也會帶來能耗問題。
因此綜合考慮節能和脫氮率，設置硝化液回流比在150%左右。
2.4 外加有機碳源對工藝脫氮的影響
試驗期間控制進水流量28.8 L/d，反應器系統HRT為12.1 h，DO為1.90~2.10 mg/L，硝化液回流比150%，污泥回流比50%。以葡萄糖為有機碳源，配制COD為200 mg/L的有機碳源營養液，通過計量泵混合原反應器進水，按照COD/TN分別約為1、2、3變化中，共同進入反應器系統中，監測工藝對TN去除效果，結果見圖 5。
圖 5 外加有機碳源對 TN 的去除效果
圖 5表明，隨著COD/TN逐漸從1增大到3，工藝對TN的去除率呈現增大的趨勢。當COD/TN≈1，TN去除率在80%左右;COD/TN≈2，TN去除率提升到84%，增幅5%，TN平均由134 mg/L被去除到22 mg/L左右;COD/TN≈3，TN平均去除率86%，提升2.3%。分析認為，外加碳源最先滿足缺氧池中反硝化作用的碳源需求，同時提高系統工藝流程的COD梯度，滿足后續好氧池中存在的同步硝化反硝化作用的碳源需求，提高整個工藝對氮的去除能力。
在COD/TN變化中，工藝總進水的總COD及系統出水COD變化如圖 6所示。
圖 6 外加有機碳源下COD的變化
總進水的總COD隨著COD/TN變大而有著明顯的增大，但是系統出水COD穩定，平均出水COD為36 mg/L。由此可以推斷，外加的碳源帶入較多的易生物降解的有機碳源，被利用到反硝化脫氮作用中，提升工藝的脫氮率，而并沒有對工藝出水COD產生不利的影響。具體參見http://www.bnynw.com更多相關技術文檔。
3 結論
(1)系統為增設填料的改良型倒置A2/O工藝，綜合了活性污泥法與生物膜法的優點，好氧段懸浮填料實現了活性污泥的附著聚集，出現同步硝化反硝化作用的微環境，兩者共同作用更利于工藝對電鍍廢水尾水的脫氮處理。
(2)改變好氧段的DO對同步硝化反硝化微環境會產生不利的影響，過高的DO不僅抑制了同步硝化反硝化作用，而且造成回流硝態氮液DO較高，影響缺氧段的反硝化作用，對TN的去除產生不利的影響。硝化液回流比的變化對TN的去除有正向作用，但過高的回流比不僅能耗增多，而且也會降低系統對TN的去除率。試驗結果建議，DO維持在1.90~2.10 mg/L，硝化液回流比在150%左右，可以有效保證系統的硝化與反硝化過程的進行，提高系統的脫氮率。
(3)電鍍廢水尾水混合生活污水后，可提高廢水中較易降解的有機物濃度，提升目標廢水的可生化性，但電鍍廢水中氮含量較高，生活污水所能提供的碳源有限，COD/TN在一定程度上抑制TN更高效地去除。故提高總進水的COD/TN有利于提高工藝對TN的去除率。
