天然橡膠加工過程中排放出來的廢水是COD、氨氮和總磷濃度很高的有機(jī)廢水，COD 平均8 g/L 以上，BOD5/COD 高達(dá)0.6～0.7。國內(nèi)天然橡膠加工廠的廢水基本沒有得到有效治理，尤其對于總磷的去除更是不重視。氮、磷污染是造成水體富營養(yǎng)化的主要原因，對污水中氮磷的去除已成為水處理領(lǐng)域研究的熱點和難點。一般采用厭氧-好氧方式處理橡膠加工廢水，其中好氧多采用多級氧化塘、單一氧化溝等簡單工藝，不僅占用了大片的土地，而且總氮、總磷去除率不高，出水水質(zhì)無法達(dá)到《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB 8978—1996)的一級標(biāo)準(zhǔn)。

污水處理工藝的選擇是污水處理廠建設(shè)的關(guān)鍵，它影響污水處理廠的投資額、運行費用和處理效果，具體工藝選擇應(yīng)堅持技術(shù)合理、經(jīng)濟(jì)節(jié)能、易于管理等原則。海南農(nóng)墾某橡膠加工廠采用“UASB+氧化塘+氧化溝”工藝處理其濃乳加工、標(biāo)準(zhǔn)膠加工和凝標(biāo)膠加工廢水，占地面積大，處理出水氮、磷含量嚴(yán)重超標(biāo)，水質(zhì)無法達(dá)標(biāo)排放。筆者以UASB+兩級A/O+沉淀組合工藝對橡膠加工廢水進(jìn)行處理，利用正交試驗的方法對影響兩級A/O 工藝處理天然橡膠加工廢水的各因素進(jìn)行研究，獲得了最佳工藝控制條件，達(dá)到較高的氮、磷去除率，既節(jié)省投資，又節(jié)約土地，最終達(dá)到廢水達(dá)標(biāo)排放和環(huán)境保護(hù)的目的。

1 材料與方法

1.1 試驗用水

試驗所用廢水取自海南農(nóng)墾某橡膠加工廠的濃乳加工廢水和標(biāo)準(zhǔn)膠加工廢水分別經(jīng)過UASB 厭氧消化后與凝標(biāo)膠加工廢水(COD 較低)的混合液，取該混合液進(jìn)行實驗，采用前置反硝化技術(shù)處理，即在好氧池前設(shè)置厭氧池和污泥回流系統(tǒng)，使沉淀池的部分污泥回流到厭氧池。實驗中微生物的脫氮能力主要來源于厭氧池的反硝化作用，除磷能力主要來自于厭氧池的充分釋磷和好氧池的有效吸磷?；旌弦篊OD 為2 196～2 261 mg/L，氨氮為190～219 mg/L，總磷質(zhì)量濃度為53～59 mg/L。

1.2 接種污泥

為了快速啟動試驗裝置，接種活性污泥取自海南農(nóng)墾某橡膠加工廠廢水處理一體化氧化溝內(nèi)，易于接種和馴化。

1.3 工藝流程

本實驗采用的前置反硝化生物處理系統(tǒng)主要以PVC 桶加工制成，2 個容積300 L 的桶用于制作好氧池，2 個容積150 L 的桶用于制作厭氧池，2 個容積50 L 的桶用于制作沉淀池。每個厭氧池內(nèi)放1 臺潛水泵作循環(huán)攪拌使用;每個好氧池由1 臺小型的曝氣機(jī)提供氧氣; 沉淀池底部連接污泥回流管道。進(jìn)水流量20 L/h，出水沉淀時間約為1 h。前置反硝化生物處理系統(tǒng)主要由兩級A/O 及污泥沉淀部分組成，其流程如圖 1 所示。
 

混合液進(jìn)入初級厭氧池，部分回流污泥也進(jìn)入初級厭氧池，攪拌，混合廢水在此進(jìn)行反硝化作用，聚磷菌釋磷。污水經(jīng)過初級厭氧池處理后進(jìn)入初級好氧池，經(jīng)好氧硝化處理過程降解有機(jī)物、轉(zhuǎn)化氨氮，聚磷菌吸磷，吸磷污泥及時排出。監(jiān)測出水水質(zhì)。

1.4 試驗方法

1.4.1 單因素試驗

在天然橡膠加工廢水處理中，HRT、DO、MLSS均是影響污染物去除效果的主要因素，因此，本研究先通過3 個獨立的單因素試驗初步確定各因素的考察范圍，每組實驗均重復(fù)3 次。DO 分別為2.0、2.2、2.5、2.8、3.0、3.2、3.5、3.8、4.0 mg/L;MLSS 分別為1 540、2 560、3 560、4 520 mg/L;HRT 分別為24、28、32、36、40、44 h。

1.4.2 正交試驗

根據(jù)單因素試驗結(jié)果進(jìn)行正交試驗，對兩級A/O 工藝參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。

1.4.3 驗證試驗

按照正交試驗優(yōu)化的工藝參數(shù)，對天然橡膠加工廢水進(jìn)行處理，測定其COD、NH3-N、TP 的去除率。

1.5 測試項目及方法

參照《水和廢水監(jiān)測分析方法》(4 版)中的標(biāo)準(zhǔn)方法，測試COD、NH3-N、TP、HRT、DO、MLSS，其中COD、NH3-N、HRT 每隔4 h 檢測1 次，TP 每隔2 h檢測1 次，DO 每隔1 h 檢測1 次，MLSS 每隔1 d 檢測1 次，每次平行檢測3 個樣。

2 結(jié)果與分析

2.1 HRT 對污染物去除效果的影響

固定兩級好氧池DO 在3.5 mg/L、MLSS 為3 300mg/L，改變兩級A/O 裝置中HRT，考察HRT 對廢水中COD、NH3-N、TP 去除率的影響，結(jié)果見圖 2。

從圖 2 可知，用兩級A/O 工藝處理天然橡膠加工廢水厭氧消化液，COD、NH3-N、TP 去除率隨HRT增加而提高，在HRT=36 h 時變化趨勢開始變緩，此時出水的COD、NH3-N 達(dá)到《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB 8978—1996)一級排放標(biāo)準(zhǔn)，即COD≤100 mg/L，NH3-N≤15 mg/L，TP 雖然未達(dá)標(biāo)，但也大幅度降低。故將正交試驗中HRT 范圍確定為28～40 h。

2.2 曝氣量對污染物去除效果的影響

2.2.1 初級好氧池曝氣量對污染物去除的影響

固定HRT=36 h，MLSS 為3 300 mg/L，次級好氧池DO 在3.5 mg/L，改變初級好氧池DO，考察初級好氧池DO 對COD、NH3-N、TP 去除率的影響，結(jié)果見圖 3。

由圖 3 可以確定，初級好氧池DO 的適合范圍為3.2～4.0 mg/L。

2.2.2 次級好氧池曝氣量對污染物去除的影響

固定HRT=36 h，MLSS 為3 300 mg/L，初級好氧池DO 在3.5 mg/L，改變次級好氧池DO，考察次級好氧池DO 對COD、NH3-N、TP 去除率的影響，結(jié)果見圖 4。

由圖 4 可以確定，次級好氧池DO 合適范圍為3.0～3.8 mg/L。

2.3 好氧池MLSS 對污染物去除效果的影響

MLSS 間接反映了污水處理細(xì)菌的數(shù)量，曝氣池污泥濃度是影響有機(jī)物從污水中去除效果的重要因素，直接影響污水中COD、氨氮、TP 等污染物的去除情況。固定兩級好氧池DO 為3.5 mg/L、HRT=36 h，改變MLSS，考察曝氣池內(nèi)MLSS 對COD、NH3-N、TP 去除率的影響，結(jié)果見圖 5。

由圖 5 可以確定，曝氣池內(nèi)MLSS 合適范圍為3 560～4 520 mg/L。

2.4 正交試驗分析

根據(jù)單因素試驗結(jié)果，采用L16(45)正交表進(jìn)行正交試驗選優(yōu)，結(jié)果見表 1。

表 1 正交試驗結(jié)果

序號 A(HRT)/h B(初級好氧池DO)/(mg·L -1 ) C(次級好氧池DO)/(mg·L -1 ) D(MLSS)/(mg·L -1 ) COD去除率/% NH 3 -N去除率/% TP去除率/%

從表 1 可以看出，以COD 去除率為檢測指標(biāo)最佳組合工藝為A4B4C3D3，以NH3-N 去除率為檢測指標(biāo)最佳組合工藝為A4B3C3D3，以TP 去除率為檢測指標(biāo)最佳組合工藝為A3B4C3D3。因COD、NH3-N 的A3、A4相差較小，而A4會增加不少投資，所以與TP 去除率結(jié)合選擇A3;COD、TP 選B4，而NH3-N 的B3、B4相差很小，因此取B4。根據(jù)正交試驗分析可知，最佳工藝參數(shù)選擇為A3B4C3D3，即：HRT=36 h、初級好氧池DO 為4.0 mg/L、次級好氧池DO 為3.5 mg/L、MLSS 為3 560 mg/L。

2.5 驗證試驗

按正交試驗分析結(jié)果，在HRT=36 h、初級好氧池DO 為4.0 mg/L、次級好氧池DO 為3.5 mg/L、MLSS 為3 560 mg/L 條件下用試驗裝置處理廢水COD、氨氮、TP 的去除率分別為97.5% 、93.6% 、91.5%。

2.6 前置反硝化技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)分析

采用前置反硝化技術(shù)處理混合液，處理水量2 400 m3/d，占地1 500 m2，工程投資450 萬元，耗電量108 kW·h，運行費用約0.9 元/m3，COD、氨氮可達(dá)排放標(biāo)準(zhǔn)，總磷可降至較低濃度，經(jīng)進(jìn)一步化學(xué)處理后可達(dá)標(biāo)排放。雖然從單純的污染物處理成本來看，該方法運行成本略微偏高，但對天然橡膠加工企業(yè)而言，可通過以下方式降低成本：(1)廢水資源化利用。將處理后的廢水回用至橡膠加工車間，或用于橡膠林、農(nóng)田種植和園林綠化苗木灌溉，盡量資源化利用，實現(xiàn)廢水零排放。(2)沼氣資源化利用。本工藝采用污泥回流系統(tǒng)，可提高厭氧池的污泥數(shù)量和活性，保證沼氣產(chǎn)量持續(xù)穩(wěn)定，將沼氣用于干燥膠片，經(jīng)濟(jì)效益顯著，可大幅度降低燃料成本。(3)污泥資源化利用。在廢水處理站增設(shè)1 臺污泥壓濾機(jī)，將產(chǎn)生的污泥作為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)肥料轉(zhuǎn)移，可減輕廢水治理工藝后續(xù)處理的難度，減少耗電及化學(xué)除磷費用，同時又能回收利用資源。

3 結(jié)論

(1)采用前置反硝化技術(shù)處理天然橡膠加工廢水厭氧消化液可行，可取得很好的脫氮除磷效果，出水COD、氨氮能達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)，TP 也大幅度降低。

(2)運用單因素試驗縮小影響因素范圍，以正交試驗優(yōu)化工藝參數(shù)，工藝參數(shù)優(yōu)化選擇HRT=36 h、初級好氧池DO 為4.0 mg/L、次級好氧池DO 為3.5mg/L、MLSS 為3 560 mg/L，此時COD、氨氮、總磷去除率分別高達(dá)97.5%、93.6%、91.5%。

(3)比較分析后認(rèn)為前置反硝化技術(shù)(兩級A/O工藝)在技術(shù)、投資和運行費用上優(yōu)于傳統(tǒng)處理技術(shù)(氧化塘+兩級好氧池組合工藝)。