生物技術(shù)在制革廢水治理中的應用策略

楊婉平

（贛州市瑞金生態(tài)環(huán)境局，江西 贛州 342500）

由于制革廢水中含有大量的表面活性劑、柔軟劑等高分子類化合物，對這些物質(zhì)進行生物降解相對困難，所以需要通過環(huán)保處理技術(shù)將其變成小分子，提高污染物的可降解性。應用生物技術(shù)處理制革廢水的技術(shù)種類相對較多，在處理之前需要對廢水進行酸化水解，以提高廢水中COD和BOD的含量，從而提高廢水中生物的可降解性。在選擇處理技術(shù)時，需要根據(jù)環(huán)保處理的具體要求，靈活應用生物技術(shù)，控制制革廢水對環(huán)境的污染。

1 制革廢水介紹

1.1 制革廢水的分類

在制革行業(yè)的發(fā)展過程中，其生產(chǎn)環(huán)節(jié)產(chǎn)生的廢水包括以下幾種：第一，含硫廢水，主要是指在制革脫毛過程中，使用灰減法進行脫毛時產(chǎn)生的廢液，這種廢水屬于水洗廢水，廢水中硫的含量相對較高；第二，脫脂廢水，主要是在毛皮加工、制革加工的脫脂工序階段利用表面活性劑對動物生皮進行抽脂處理產(chǎn)生的廢液；第三，含鉻廢水，主要是指鉻鞣、鉻復鞣等環(huán)節(jié)產(chǎn)生的廢液，其中鉻元素的含量相對較高；第四，綜合廢水，就是皮革加工區(qū)域通過直接或間接等方式產(chǎn)生的工藝廢水或者生活污水[1]。

1.2 制革廢水的特點

通過對制革廢水的成分及化學組成等多方面進行分析得知，其內(nèi)部污染物包括硫化鈉、油脂、鉻鞣劑以及蛋白質(zhì)等，也就是制革生產(chǎn)所使用的化工原料。具體分析，制革廢水的主要特點包括：第一，有機廢水的濃度相對較高，具有特殊性；第二，廢水色度重，有毒物質(zhì)含量相對較高，且毒性較大；第三，生化過程耗氧量較高；第四，廢水排量不均勻，具有瞬時性特點，制革生產(chǎn)不同階段排放的廢水中的成分差異相對較大。

1.3 制革廢水的處理要求

在制革加工過程中，原料皮的得革率大約在20%左右，可見原料利用率不高，因此，有80%的原料皮在生產(chǎn)階段變成副產(chǎn)品、廢物，原料中的脂肪、蛋白質(zhì)等也都向廢水和廢渣中轉(zhuǎn)移。同時，在制革階段，還會向化工原料中添加表面活性劑、硫化物、染料和鉻鞣劑等，其中的部分原料被吸收，剩余部分會進入廢液，如果這些廢液不能得到有效處理，就會對環(huán)境造成污染。制革廢水不但成分復雜，而且有害離子和化合物相對較多，其中鉻含量為50～100 mg/L，硫化物含量為60～110 mg/L，如何有效處理這些廢液已經(jīng)成為制革行業(yè)面臨的難點問題。

通常，需要采取一級、二級等處理措施處理廢液，一級處理主要表現(xiàn)在物化處理環(huán)節(jié)，涉及物理和化學處理技術(shù)的應用。二級處理也是本研究的重點，就是生物處理，考慮到工業(yè)廢水中BOD和COD的比值在0.4左右，污水具有良好的可生化性，因此可選擇生物處理技術(shù)。比如：利用好氧生物法進行處理，運行成本低。但是考慮到廢水中有毒物質(zhì)的濃度相對較高，微生物處理環(huán)節(jié)可能受到有毒物質(zhì)的抑制，所以，在進行生物處理前，首先要對廢水進行預處理，才能確保生物處理工作的順利進行。同時，生物處理工藝較多，技術(shù)人員可以根據(jù)制革企業(yè)的規(guī)模和處理投入成本，選擇不同的處理技術(shù)。大型制革廠可以利用清潔工藝，與預處理環(huán)節(jié)分開進行，以保證清濁廢水的分流；而中小型制革企業(yè)可采取集中處理的方式處理廢水。預處理工藝技術(shù)的應用要因地制宜，應按照廢水特點選擇成熟工藝，以進一步控制處理成本[2]。

2 制革廢水環(huán)保治理中生物技術(shù)的應用策略

2.1 氧化溝技術(shù)（OA）的應用

在利用生物法處理制革廢水時，選擇氧化溝（OA）技術(shù)可以將曝氣、沉淀過程融為一體，改良活性污泥處理技術(shù)，并把封閉式溝渠作為曝氣池，而活性污泥、污水的混合液可在其中循環(huán)流動，當處于曝氣條件下，有機物的負荷相對較低，水力停留時長為40 h，可以間歇運行，對BOD的去除率可超過95%。應用OA工藝處理廢水具有以下優(yōu)勢：第一，所需的構(gòu)筑物相對較少，因為處理流程簡單，且運行管理無需設(shè)置初沉池，與常規(guī)生物處理方法相比，水力停留時長與污泥齡之比相對較高，曝氣過程可以降解懸浮有機物和溶解類有機物，簡化污泥后續(xù)處理流程，無需采取厭氧消化措施，因而可以省去污泥消化池，還可將曝氣池、二沉池合并建設(shè)，節(jié)約回流系統(tǒng)的建設(shè)成本，這不但能夠節(jié)約處理裝置的占地面積，而且運管也很便利。第二，曝氣設(shè)備及其構(gòu)造具有多樣化特點，氧化溝形式多樣，單溝系統(tǒng)、多溝系統(tǒng)皆可，可以設(shè)計成連通型溝渠或平行式溝渠，豐富的構(gòu)造類型使其運行模式靈活，能夠與其他處理單元高效配合，從而滿足不同類型出水的水質(zhì)要求。第三，處理后的水質(zhì)好、穩(wěn)定且脫氮效率高。實踐表明，OA技術(shù)對BOD5和SS等物質(zhì)的去除率較高，且技術(shù)應用成本低。如果處理過程對氨氮指標有要求，通常無需增加運行費用或者投資。第四，系統(tǒng)承受水質(zhì)沖擊和水量負荷相對較大，因而能稀釋高濃度廢水。因為氧化溝允許污泥和水力停留的時間相對較長，溝內(nèi)水流具有循環(huán)特征，所以對水質(zhì)變化和進水量的適應性較強，可承受沖擊、負荷的影響，并可以對高濃度廢水進行稀釋處理，還可對污泥內(nèi)部的細菌產(chǎn)生抑制作用。

由此可見，應用OA技術(shù)處理廢水，構(gòu)筑物形式簡單、處理效果較好、便于運行管理，所以應用范圍較廣。實踐表明，該技術(shù)的應用對于硫化物的去除效率超過99%，COD的去除率在85%左右，如果進水處COD濃度為1 200 mg/L，經(jīng)過系統(tǒng)處理后出水中的COD含量為140～150 mg/L，OA技術(shù)的運用使COD和硫化物的處理效果明顯。應用生物技術(shù)處理制革廢水，可能會受到廢水高含鹽量和高沖擊作用的影響，導致部分有機物難以降解。但由于硫化物含有毒性，選擇OA技術(shù)能夠發(fā)揮其高效去除硫化物的優(yōu)勢。此外，制革廢水含鹽量高，會影響微生物的活性以及有機物降解速度，因此可選擇OA技術(shù)進行處理[3]

2.2 間歇式活性污泥（SBR）技術(shù)的應用

間歇式活性污泥（SBR）處理技術(shù)是活性污泥處理法的拓展，工藝步驟如下：一是進水，在污水流入反應器前，將上清液排空，使活性污泥存留其中，因為濃度較高，再加上反應器內(nèi)的水位低，可在進水后開始處理操作。二是反應，當污水量達到特定高度后，反應開始，此時，需要技術(shù)人員合理控制曝氣時間、曝氣量，以提高污水中污染物的降解率。三是沉淀，在此階段，無論是攪拌操作，還是沉淀工序都會停止，因反應器的功能類似沉淀池，因而可借助重力作用分離泥水，且該階段處理不會受環(huán)境因素的影響，沉淀效率高，污泥活性高。四是出水，在沉淀操作結(jié)束以后，即可將上清液排出，此時反應器中的水位會有所降低。五是閑置待機，反應器此時狀態(tài)為閑置，內(nèi)部微生物為饑餓狀態(tài)，隨之污泥的表面積不斷增大，準備進入后續(xù)處理周期。在后續(xù)處理周期，污水在反應器中的處理操作可循環(huán)進行，提高污水處理效率。

SBR處理法需要的構(gòu)筑物少，不需建設(shè)污泥回流、二沉池等回流系統(tǒng)，初沉池也可省略，因此基建成本低。進水工序使污水的水量和水質(zhì)被均化，所以無需調(diào)節(jié)池。SBR工藝的運用從空間角度講屬于混合式；從時間方面講，推流過程的工藝效果相對理想。由于污水中污泥的SVI值低，處理過程不會膨脹，因而工藝運行方式靈活，可高效去除氮磷污染物。整個處理過程在污水靜止狀態(tài)下就可完成，且參數(shù)控制方便，水質(zhì)處理效果優(yōu)于連續(xù)活性污泥法[4]。比如：某制革廠主要處理豬皮，年處理量在300萬張，企業(yè)改造了原有制革廢水處理設(shè)施，設(shè)計處理過程的進水COD含量為2 600 mg/L，處理能力為3 000 m3/d，選擇SBR工藝打造生化處理系統(tǒng)。該系統(tǒng)處理流程為使用機械隔柵將制革廢水阻隔，然后去除皮屑和皮毛等雜物，并與染色廢水混合后流入初沉池，清除其中的懸浮物，使污水自流到調(diào)節(jié)池，通過調(diào)節(jié)水量和水質(zhì)去除部分硫化物，再利用加藥裝置去除懸浮物，使含鉻污水流向SBR池，然后采用好氧生化法等進行處理，利用好氧細菌本身的新陳代謝消耗有機物。整個處理過程需要建設(shè)反應池，長、寬、高分別為30 m、16 m、4.5 m，反應池有兩格，整體深度為4.5 m，其中有效容積為3 840 m3，允許污水停留時間30 h。另外處理系統(tǒng)要配置2臺風機，每臺風量為36.5 m3/min，在反應池底部設(shè)置200套曝氣管，選擇微孔材質(zhì)，每套運行面積在0.5 m2，設(shè)置兩臺潷水器，潷水深度為1.2 m，每周期的進水量為500 m3，可以持續(xù)進水4 h，曝氣時長為6 h，排水閑置1 h，沉淀時長1 h。

系統(tǒng)進水設(shè)計總鉻、硫化物、COD等含量分別為80 mg/L、80 mg/L、2 600 mg/L，實際進水中COD、硫化物、總鉻含量分別為4 040 mg/L、51.4 mg/L、28.59 mg/L。。經(jīng)過調(diào)試，使系統(tǒng)能夠穩(wěn)定運行，保證出水指標能夠達到工業(yè)廢水排放標準，鉻的去除率為99%，SS的去除率為90.3%，COD的去除率為93%。如果忽略管理成本和折舊成本，廢水處理費用為1.2元/m3，處理廢水消耗電量0.9度/m3，如果去掉預處理環(huán)節(jié)，處理所需用水為0.8元/m3，用電為0.8度/m3。

2.3 厭氧好氧生物技術(shù)的應用

厭氧好氧生物處理技術(shù)也稱為A/O法，就是在廢水處理環(huán)節(jié)融合厭氧、好氧等過程，有效去除廢水中BOD5這類污染物，氮、磷、氨等污染物的去除效率相對較高?；钚晕勰嘀械募嫘跃梢杂行コ鼴OD5，污泥中還有聚磷菌、消化菌等微生物，厭氧階段聚磷菌可將磷釋放，好氧階段，聚磷菌還能吸收磷；消化細菌處于好氧段時，可以將廢水中的NH3-N硝化，最終排放污泥的時候去除含磷污染物。

在處理制革廢水過程中，還可以選擇厭氧耗氧技術(shù)，發(fā)揮厭氧技術(shù)的優(yōu)勢，有效去除廢水中難以降解的COD。對廢水進行好氧與生化處理，能夠保證處理效果達到一級排放標準。厭氧耗氧處理技術(shù)的能耗節(jié)約情況相對較好，可以有效控制制革廢水處理過程的成本，與此同時，處理工藝環(huán)節(jié)污泥產(chǎn)生量相對較小，而且應用厭氧、好氧技術(shù)對廢水進行處理，還能將一部分廢物轉(zhuǎn)化成可用資源，通過新技術(shù)的運用，實現(xiàn)處理后的制革廢水再利用。

2.4 生物膜技術(shù)的應用

在處理制革廢水過程中，利用生物膜法就是將生物膜覆蓋在固體填料上，形成保護膜，使生物和廢水直接接觸，達到廢水凈化的目的?？梢允褂蒙餅V池作為反應器，也可選擇生物轉(zhuǎn)盤完成處理過程，或者使用接觸氧化方式，該技術(shù)的應用需要配合其他工藝共同使用。接觸氧化過程是將接觸氧化池作為反應裝置，也稱之為曝氣濾池，就是曝氣池、生物濾池的融合。處理前，相關(guān)人員可在曝氣池內(nèi)添加濾料，選擇蜂窩型填料、纖維類軟性填料，因為填料表面能夠形成生物膜，這些由好氧型微生物組成，而廢水在機械裝置、壓縮空氣的影響下，能夠和濾料中的生物膜廣泛接觸，使其內(nèi)部的有機物容易被分解。應用生物接觸工藝處理制革廢水的實際效果沒有氧化溝的處理效果好，對COD去除率在75%左右。然而當生物填料表面結(jié)團后，其表面積逐漸減少，纖維物質(zhì)也有脫落現(xiàn)象，影響處理效果。通常來講，生物填料的使用壽命為2年，超出此時間需要對填料進行更換，并對反應池進行清理，重新更換填料以后再掛膜。除此之外，曝氣過程可能會出現(xiàn)不均勻問題，導致局部區(qū)域產(chǎn)生死角，影響處理效果。

3 結(jié)語

制革廢水中的污染物主要來源于染色、前期處理和鞣制等生產(chǎn)環(huán)節(jié)，且廢水中的無機鹽、硫化物、有毒物質(zhì)、蛋白質(zhì)等含量較高。處理過程可以選擇活性污泥處理技術(shù)，也可以選擇氧化溝、SBR、厭氧生物、生物膜等技術(shù)，具體生物技術(shù)的選擇可以綜合處理成本、處理要求多方面的需求進行選擇，最大限度地降低制革行業(yè)造成的環(huán)保問題。同時，要進一步加強對生物技術(shù)的研究，找到廢水處理的最優(yōu)化路徑，是提高技術(shù)應用效率的重要措施。