佛山市碧沃丰生物科技股份有限公司广东佛山528200
摘要：为探讨两级A/O工艺结合优势微生物对印刷线路板综合废水脱氮处理的效果，本试验取线路板厂物化处理后初沉池中的废水为研究对象，采用优势微生物结合两级A/O生化系统对该废水进行了脱氮处理的试验研究。实验结果表明，两级A/O工艺在接种优势微生物后，对难降解有机物有良好的降解能力，对NH3-N、TN均有明显去除效果。系统出水COD、NH3-N、TN、pH均达到《电镀污染物排放标准GB21900-2008》中表2规定的水污染物排放限值标准。NH3-N和TN的去除率分别大于95%和80%。
关键词：印刷线路板废水；A/O工艺；微生物；总氮
引言
印刷线路板（PCB）生产过程中由于其复杂的生产工艺，产生大量废水，其成分复杂，处理难度大[1]。常见的印刷线路板废水含络合废水、油墨废水、含镍废水、含氰废水、其他废水等混合而成的综合废水，污染物主要有铜、镍及其络合物、难降解有机物、氨氮、氰化物及痕量有毒有害物质等，可生化性效果差[2-5]。目前国内线路板厂废水的处理方式主要以物化处理为主。其主要包括化学沉淀法、离子交换法、化学氧化法、活性炭吸附。物化处理普遍存在处理成本高，二次污染，COD、NH3-N不能稳定达标的情况[6]。生物法因具有成本低、无二次污染、处理效率高、同时能够降解COD、NH3-N等优点，近年来依靠微生物处理PCB综合废水越来越受到人们重视。自2010年7月1日起，所有电镀、线路板企业需执行《电镀污染物排放标准GB21900-2008》中表2规定的水污染物排放限值，氨氮排放浓度要求低于15mg/L，总氮排放浓度要求低于20mg/L，以目前传统工艺难以保证稳定达标。
本试验以广东某印刷线路板厂为例，采用两级A/O（厌氧+好氧）工艺结合优势微生物处理经物化处理后的印刷线路板废水。考察优势微生物对印刷线路板生产废水中氨氮、总氮的处理效果。
1试验部分
1.1原水水质
试验用水取自广东某电子有限公司经预处理后初沉池废水，水质及排放标准见表1。
1.2试验材料
1.2.1菌种
本实验优势微生物采用国内某生物科技公司针对电子行业废水研发的优势菌种。
好氧优势细菌：菌剂2、菌剂4、菌剂6、菌剂9、菌剂21、菌剂29；
厌氧优势细菌：菌剂2、菌剂6、菌剂9、菌剂18、菌剂20；
细菌种类包括：芽孢杆菌、酵母菌属、微球菌属、片球菌属、乳酸菌属、芽孢杆菌属、肠球菌属、亚硝化单胞菌、硝化杆菌、反硝化细菌等。
1.2.2填料
试验过程中应用生物活性泡沫载体填料，是由聚氨酯泡沫改性后制成的海绵立方状填料。比表面积为30000~50000m2/m3，孔隙率为80-95%，氧利用率为25-35%。
1.2.3器材
进水泵：流量设置范围10～30L/d，连续进水，手动控制。
回流泵：流量设置范围30～90L/d，连续进水，根据进水泵流量与回流手动控制。
电磁空压机：设置气水比25∶1～30∶1，连续运行，手动启动。
1.3实验装置与流程
试验设计厌氧反应器与好氧反应器材质均为有机玻璃，一级A/O有效容积均为25L，二级A/O有效容积均为50L，内置聚氨酯改性填料。厌氧生化池安装搅拌装置试验装置均自行设计加工完成。试验装置流程见图1。
试验废水于调节池中进行均匀调节pH，由蠕动泵打入厌氧生物池中，废水采用下进上出自流的形式进入下一级容器。二级好氧生物池出水硝化液回流至二级厌氧生物池。
1.4试验方法
试验主要分为2个部分，第1部分是调试及启动；第2部分为负荷提升及分析。
（1）调试及优化各反应设备的操作条件，并进行厌氧反应器与好氧反应器的启动（1～15d）
一级厌氧反应器与一级好氧反应器以原水启动，加入5%聚氨酯改性流化床填料，采用某生物科技公司研发的优势微生物分别接种。接种前通过对优势微生物进行交叉提高废水浓度的方法进行驯化12h，以原废水加入100ppm葡萄糖，20ppm磷酸二氢钠进行快速启动，并分别接种经驯化后优势微生物。
二级厌氧反应器与二级要用反应器以稀释2倍原水进行启动，加入5%聚氨酯改性流化床填料，采用某生物科技公司研发的优势微生物分别接种。反应器中分别加入50ppm葡萄糖，10ppm磷酸二氢钠进行快速启动，并分别接种经驯化12h后的优势微生物。
一级/二级好氧反应器保持溶解氧质量浓度为2～4mg/L，并保证pH保持在7以上。调节进水pH在7.0~8.0，静置与闷曝3d后，开始间歇进水并开启回流泵，待出水氨氮、总氮明显下降后，开始缓速连续进水。
（2）废水处理负荷的提升与满负荷运行分析。
在缓速连续进水稳定后，每隔5天提高一次每日进水量，且每天根据出水COD与TN补充适量葡萄糖，至38d满负荷连续进水，运行至42天左右反应器运行趋于稳定。
2、试验结果与分析
经过约20d的微生物培养与驯化，并经逐步提升进水量负荷至满负荷运行。处理后的废水，其COD、氨氮、总氮去除效果分别见图2、图3、图4。氨氮与总氮去除率见图5。
2.1两级A/O系统中COD变化的情况
经两级A/O系统进行优势微生物培养以及驯化后，废水中COD变化情况见图2。从图2可以看出，在培养初期（1~20d），系统进出水COD变化趋势相近似，说明前期微生物对废水中含有的难降解有机物成分难以利用，消耗部分COD为额外增加碳源以及可生化部分COD为主。在培养中期（21~40d），微生物已经逐步适应废水成分，且对难降解有机物的降解能力有一定提高，在逐步减少额外碳源投加的情况下，出水COD基本维持在80~120mg/L之间波动。当试验进入满负荷运行阶段（40d前后），由于进水水量以及水质浓度的增高导致两级A/O系统中的微生物系统受到一定冲击，使出水COD出现升高的现象。但在系统微生物逐步适应废水有机负荷后，处理效果逐步恢复，出水COD稳定下降。在稳定运行期间（48~55d），系统出水COD维持稳定在80mg/L以下，均值72.38mg/L。
2.2两级A/O系统中NH3-N变化的情况
图3两级A/O系统NH3-N变化情况
经两级A/O系统进行优势微生物培养以及驯化后，废水中NH3-N变化情况见图3。根据图3中NH3-N的变化情况分析，在刚接种经驯化后优势微生物的2天内，进水氨氮出现明显升高。根据废水水质情况分析，废水中总氮与氨氮差值较大，废水中存在一定浓度的有机氮合物。因此在一级厌氧反应器进水口处废水经混合后，在厌氧条件以及微生物的作用下，发生氨化反应导致氨氮明显升高。
由于废水经过两级A/O系统后产生明显氨化作用导致进水氨氮升高，所以在微生物培养前期（1~20d），出水NH3-N出现了逐步升高再缓慢下降的变化情况。在培养中期（20~40d），由于逐步减少额外碳源投加以及保持进水氨氮稳定，系统中已经培育出一定数量的优势硝化细菌，因此出水NH3-N去除效果明显，出水NH3-N维持在5mg/L以下。但在试验进入满负荷运行阶段（40d前后），由于进水水量以及进水COD浓度升高的原因，导致微生物系统受到冲击，硝化微生物受到影响，出水NH3-N在后续几天内居高不下，严重影响后续反硝化脱氮效果。在稳定运行期间（48~55d），硝化微生物系统逐步恢复NH3-N去除能力，最终维持在5mg/L以下，均值1.09mg/L。
2.3两级A/O系统中TN变化的情况
图4两级A/O系统TN变化情况
经两级A/O系统进行优势微生物培养以及驯化后，废水中TN变化情况见图4。结合图3与图4分析，在培养初期（1~20d），由于废水中本身含一定量硝态氮，在接种优势微生物后，反硝化微生物对总氮降解效果较为明显。但由于此时NH3-N硝化效果较弱以及明显的氨化作用，因此出水总氮一直维持在30mg/L左右。在进入培养中期后（21~40d），此时NH3-N硝化效果较为明显，但由于额外碳源投加量逐步减少，反硝化碳源不足导致脱氮效果受到影响，出水总氮一直在25~30mg/L波动。在满负荷运行以及进入稳定运行后，在良好的NH3-N去除效果以及充足的碳源补充条件下，出水总氮逐步下降，最终稳定维持在20mg/L以下，均值16.39mg/L。
2.4两级A/O系统中影响TN去除率因素的分析
经两级A/O系统进行优势微生物培养以及驯化后，不同培养时期进水COD变化、NH3-N去除率的变化与TN去除率变化对比见图5。
从图5可以看出，处于不同微生物培养时期的两级A/O系统，在保持其他运行条件最佳的情况下，本研究对TN去除效果的影响因素为进水COD浓度，NH3-N去除效果。在培养前期（1~20d），由于需要加快微生物系统建立，额外碳源补充量远远超过反硝化所需碳源，碳源充足，而另一方面此时NH3-N去除效率低下，NH3-N无法完全转化成硝态氮，导致反硝化脱氮不完全，最终导致TN去除效率较低。在培养中期（21~40d），此时微生物系统基本建立，NH3-N硝化系统基本建立，废水中的NH3-N基本能完成向硝态氮的转化，但由于此阶段额外碳源投加逐步减少而微生物未能完全降解废水中的难降解有机物，反硝化所需消耗的碳源不足，导致反硝化脱氮能力受抑制，此阶段TN去除率尚未满足要求。当系统进入到稳定运行期后（48~55d），此阶段硝态氮去除效果明显，废水中的大部分硝态氮基本转化成硝态氮，同时此阶段微生物对废水中的难降解有机物质有明显降解效果，因此反硝化脱氮反应得以顺利进行，总氮去除率逐渐升高，最终可达到80%的总氮去除能力。
图5两级A/O系统进水COD变化、NH3-N
去除率变化与TN去除率变化对比
2.5两级A/O工艺稳定运行条件与效果
经上述分析，优势微生物接种在驯化培养期间，NH3-N的去除效率以及额外碳源投加量对总氮去除效果影响较大。在优势微生物培养完成后，继续考察系统对试验废水的处理效果。每隔一天对系统进水和出水采综合水样进行监测，对6天的监测结果进行分析，结果列于表2。从表2可以看出，当进水TN在80mg/L左右时，出水TN均在20mg/L以下，TN去除率高于80%。当进水NH3-N在40mg/L左右时，出水NH3-N均在2mg/L以下，NH3-N去除率高于95%。系统出水COD、NH3-N、TN、pH均达到《电镀污染物排放标准GB21900-2008》中表2规定的水污染物排放限值。
3结论
（1）优势微生物接种后，在培养初期需要加大碳源投加加快微生物繁殖，中期逐步减少碳源投加，最终实现优势微生物对难降解有机物的降解。
（2）在培养初期，废水中有机氮合物的氨化作用对NH3-N的去除有较大影响，同时高有机负荷冲击容易导致NH3-N硝化系统受到抑制。
（3）碳源充足、NH3-N大部分转化硝态氮是直接影响TN去除效率的重要影响因素。
（4）优势微生物接种后，生化系统建立速度较快，效果明显，与传统活性污泥法培养相比较，具有见效快，快速启动等优点。
（5）经培养驯化完成，并稳定运行至第55天，两级A/O系统出水COD维持在80mg/L以下，出水NH3-N维持在2mg/L以下，出水TN维持在20mg/L以下，NH3-N和TN的去除率分别大于95%和80%。
参考文献：
［1］古幼良，陈秋丽．我国PCB废水治理的现状与对策［J］．广东化工，2009，36（7）：149-150.
［2］闰永红.PCB废水分类与处理技术研究[D].中山大学，2007.
［3］贾金平，谢少艾，陈虹锦．电镀废水处理技术及工程实例［M］．北京：化学工业出社，2003.
［4］刘惠成，周小飞，陈航．线路板废水处理工程设计与运行［J］．中国给水排水，2006，22（2）：65-67.
［5］陈俊辉，张伟锋．印制线路板废水处理工艺浅析［J］．中国环保产业，2009（2）：48-51
［6］宋倩，杨秋红，吕航，等．印刷电路板废水处理技术及其进展［J］．环境工程，2010，28（增刊1）：62-64.