A/O工艺对电镀废水脱氮处理的应用

A/O工艺对电镀废水脱氮处理的应用

一、电镀废水的来源及危害

        电镀是利用利用电解原理在某些金属表面上镀上一薄层其它金属或合金的过程，目的是在基材上镀上金属镀层，改变基材表面性质或尺寸，电镀能增强金属的抗腐蚀性(镀层金属多采用耐腐蚀的金属)、增加硬度、防止磨耗、提高导电性、润滑性、耐热性、和表面美观等。电镀的功能性用途则越来越广泛。尤其是在电子工业、通信和军工、航天等领域。

        电镀废水主要包括酸碱综合废水，含银、铜等重金属废水，含铬废水及少量的含氰废水，分别来源于3条生产线：

        1）、镀锌生产线，包括除油、酸洗、镀锌、低铬钝化、水洗5道工序，产生的废水主要成分有酸、碱、表面活性剂、六价铬、锌离子等; 

        2）、镀银生产线，包括酸洗、除油、活化、无氰镀银，产生的废水主要成分有酸、碱、表面活性剂、铜离子、银离子等; 

        3）、镀锡生产线，包括酸洗、除油、活化、镀锡工序，废水的主要成分有酸、碱、表面活性剂、铜离子、锡离子等。根据电镀生产线设置，我们可将该厂所产生的废水归纳为含铬废水、含氰废水和综合废水。

        电镀工厂(或车间)排出的废水和废液，如镀件漂洗水、废槽液、设备冷却水和冲洗地面水等，其水质因生产工艺而异，有的含铬，有的含镍或含镉、含氰、含酸、含碱等。废水中的金属离子有的以简单的阳离子形态存在（如Ni2+、Cu2+等），有的以酸根阴离子形式存在，有的则以复杂的络合阴离子形式存在。一种废水中常含有一种以上的有害成分，如氰化镀镉废水中既有氰又有镉。此外，一般镀液中常含有机添加剂。 

       电镀和金属加工业废水中锌的主要来源是电镀或酸洗的拖带液。污染物经金属漂洗过程又转移到漂洗水中。酸洗工序包括将金属(锌或铜)先浸在强酸中以去除表面的氧化物，随后再浸入含强铬酸的光亮剂中进行增光处理。该废水中含有大量的盐酸和锌、铜等重金属离子及有机光亮剂等，毒性较大，有些还含致癌、致畸、致突变的剧毒物质，对人类危害极大。

二、污水脱氮原理介绍

        废水中的氮一般以有机氮、氨氮、亚硝酸盐氮和硝酸盐氮等4种形态存在，生活污水中氮的存在形式是以有机氮和氨氮为主的，其中有机氮大约占到40％~50％，氨氮占50％~60％，一般情况下，生活污水中的亚硝酸盐氮和硝酸盐氮含量很低，不超过氨氮总量的1％。 

        氮的去除方法主要有生物法和化学法两大类。生物法不但能去除有机物，还能将污水中的有机氮和氨氮通过生物硝化和反硝化作用转化为氮气，最终从污水中去除；而化学法通常只能去除氨氮，且存在处理费用高，可能对环境造成负面影响以及再生方法（指离子交换脱氮的饱和离子交换剂）尚未确定等问题，故目前仍以生物法较为实用。下面是生物脱氮的工艺原理。 

        废水的生物脱氮是在传统的二级生物处理将有机氮转化为氨氮的基础上，通过硝化及反硝化细菌的作用，将氨氮转化为亚硝态氮和硝态氮并最终转化为氮气，从而达到脱氮的目的的过程。生物脱氮通常包括以下几个阶段：

三、废水处理主要脱氮工艺概述 

        传统脱氮工艺可区分为生物脱氮和物理化学方法脱氮。在生物脱氮系统中，不但要去除有机物，还要将污水中的有机氮和氨氮通过硝化—反硝化过程转化为氮气，最终从污水中去除。物理化学脱氮方法不包括有机氮转化为氨氮和氨氮氧化为硝酸盐的过程，通常只能去除氨氮。对于城市污水而言，一般来说生物脱氮的可行性和经济性要优于其他脱氮工艺。但在某些特殊情况下，采用物理化学方法脱氮更适用。

        1 、物理化学脱氮方法 

        物理化学脱氮方法包括折点加氯法、空气吹脱法、选择性离子交换法。 

        ① 折点加氯法 

         折点加氯法脱氮是将氯气或次氯酸钠投入污水，将污水中NH4-N氧化成N2的化学脱氮工艺。氯投加于水中后与水中的氨氮发生如下反应：

          ② 空气吹脱法 

        空气吹脱法的原理是：污水中的氨氮存在着离解平衡：

        当水体pH值升高，水体中的氨氮向游离态氨转化。空气吹脱法采用提高污水pH值、反复形成水滴和通入大量循环空气以增加气水接触的办法来促使氨从水中向大气转移。当水的pH值升高到11左右时，水中的氨氮几乎全部以NH3的形式存在，若加以搅拌、曝气等物理作用可促使氨气从水中向大气转移。

        ③ 选择性离子交换法 

        选择性离子交换法是利用离子交换树脂对各种离子所表现的不同的亲和力或选择性，以沸石为原料，去除水中的离子态氨，对污水进行除氨氮处理。阳离子交换树脂的离子交换反应可用下式表示：

        由沸石对离子交换的选择交换顺序表可知沸石对氨离子有较高的选择性。 

        2、生物脱氮 

        生物脱氮过程包括三个反应：氨化反应、硝化反应、反硝化反应。还包括生物同化作用。简述如下： 

        ① 同化作用：污水中的一部分氮被微生物吸收作为生物体的组成成分。     

        ② 氨化反应：氨化反应是指污水中的蛋白质和氨基酸在脱氨基酶作用下转化为氨氮的过程。污水中的有机氮主要以蛋白质和氨基酸的形式存在。在蛋白质水解酶的催化作用下，蛋白质水解为氨基酸。氨基酸在脱氨基酶的作用下发生脱氨基作用，形成无机小分子氨氮。 

        人和高等动物所排泄的尿中含有尿素，尿素在尿素酶的作用下迅速水解生成碳酸铵。因此生活污水中的氨氮主要来源于尿素的分解。 

        ③ 硝化反应：硝化反应是由一类自养耗氧微生物完成的，包括两个步骤：第一步为亚硝化过程，是由亚硝酸菌将氨氮转化为亚硝酸盐，亚硝酸菌中有亚硝酸单胞菌属、亚硝酸螺杆菌属和硝化球菌属；第二步称为硝化过程，由硝酸菌将亚硝酸盐进一步氧化为硝酸盐，亚硝酸菌和硝酸菌统称为硝化菌，都利用无机碳化合物如CO32-、HCO3-和CO2作为碳源，从NH3、NH4+或NO2-的氧化反应中获取能量。 

        亚硝酸菌和硝酸菌的特性大致相似，但前者的世代期较短，生长率较快，因此较能适应冲击负荷和不利的环境条件，当硝酸菌受到抑制时，有可能出现NO2-积累的情况。 

        ④ 反硝化反应：反硝化反应是由一群异养型微生物完成的，它的主要作用是利用硝酸盐或亚硝酸盐氧化有机物提供给细菌能量，同时将硝酸盐或亚硝酸盐还原成气态氮或N2O，反应在无分子氧的条件下进行。反硝化细菌在自然界很普遍，多数是兼性的，在溶解氧浓度极低的环境中可利用硝酸盐中的氧作为电子受体，有机物则作为碳源及电子供体提供能量并被氧化稳定。 

        由于从反硝化获得的能量低于利用氧气所获得的能量，所以反硝化被认为近似在缺氧条件下发生。从NH4+至NO2-的转化，经历了三个步骤，六个电子的转移，可见亚硝酸盐的酶系统十分复杂，而硝化过程则相对简单些，只经历了一步反应，2个电子的转移。反硝化反应一般以有机物为碳源和电子供体。当环境中缺乏有机物时，无机盐如Na2S等也可作为反硝化反应的电子供体，微生物还可以消耗自身的原生质，进行所谓的内源反硝化。

        可见内源反硝化的结果是细胞原生质的减少，并会有NH3的生成，因此废水处理中均不希望此种反应占主导地位，而应提供必要的碳源。 

        硝化和反硝化反应的进行是受到一定制约的。一方面，自养硝化菌在大量有机物存在的条件下，对氧气和营养物质的竞争不如好氧异养菌，从而导致异养菌占优势；另一方面，反硝化需要提供适当的电子供体，通常为有机物。上述硝化菌和反硝化菌的不同要求导致了生物脱氮反应器的不同工艺形式其工艺根据污水处理系统分类的不同可将生物脱氮系统分为活性污泥脱氮系统和生物膜脱氮系统，其分别采用活性污泥反应器和生物膜反应器作为好氧/缺氧反应器，以达到脱氮的目的。活性污泥脱氮系统按含碳有机物的氧化、硝化、反硝化完成的时段和空间不同，将工艺划分为多极（段）活性污泥脱氮系统、单级（段）活性污泥脱氮系统。前者微生物能在不同的环境中各白发挥，脱氮效率高。但系统复杂，且需外加碳源。增加了运行费用。因此，很少应用到实际中去。后者流程简单，占地少，不需外加碳源，但脱氮效率不高。抗有毒物质冲击负荷能力不强。目前，应用较多的污水处理工艺属于单级活性污泥脱氮系统的有A/O工艺、A2/O工艺、氧化沟工艺、SBR工艺等。生物膜法脱氮系统目前大多处于实验阶段，生物滤池、生物转盘、生物流化床等常用的生物膜法处理构筑物均可设计使其具有去除有机物和硝化/反硝化功能。

四、电镀废水A/O脱氮工艺先进性

        电镀废水处理含有重金属外，其他污染物浓度较低，因此在采用A/O工艺的同时，在O池悬挂填料，可保持悬浮污泥和附着活性污泥同时存在，提高了同步硝化反硝化效率，即提高了整个污水处理工艺。

        A/O工艺除了使有机污染物得到降解之外，还具有一定的脱氮除磷功能，是将厌氧水解技术用为活性污泥的前处理。  A/O工艺将前段缺氧段和后段好氧段串联在一起，A段DO不大于0.2mg/L，O段DO=2～4mg/L。在缺氧段异养菌将污水中的淀粉、纤维、碳水化合物等悬浮污染物和可溶性有机物水解为有机酸，使大分子有机物分解为小分子有机物，不溶性的有机物转化成可溶性有机物，当这些经缺氧水解的产物进入好氧池进行好氧处理时，提高污水的可生化性，提高氧的效率；在缺氧段异养菌将蛋白质、脂肪等污染物进行氨化（有机链上的N或氨基酸中的氨基）游离出氨（NH3、NH4+），在充足供氧条件下，自养菌的硝化作用将NH3-N（NH4+）氧化为HO3-，通过回流控制返回至A池，在缺氧条件下，异氧菌的反硝化作用将NO3-还原为分子态氮（N2）完成C、N、O在生态中的循环，实现污水无害化处理。