生物增效技术处理制革废水的试验研究

姚 阳，刘思帆，李思明

（武汉森泰环保股份有限公司，湖北 武汉 430070）

引言

生物增效技术是利用特定微生物、耐受性菌以及真菌等微生物对污水中的有机化合物进行降解处理，将该技术应用于制革废水处理中，能够有效降解废水中的有机物、色度和COD等污染物。

1 生物增效技术概述

1.1 生物增效技术的定义和原理

生物增效技术充分利用特定微生物、耐受性菌以及真菌等微生物对污水中的有机化合物进行降解处理。在此过程中，将不同性质的有机物转化为生物机制，可以实现代谢降解有机污染物的目的。同时通过生物增效技术可以实现同时处理油、蛋白质、羧酸等不同类型的有机物，并通过生物反应器进行降解、沉淀处理，以实现预期的废水处理效果。生物增效技术主要包括以下几个步骤：首先是菌群的筛选和培养。根据废水组分的特点和废水处理要求，在不同环境条件下筛选合适的微生物菌种，并进行培养。其次是废水的预处理。废水中可能存在着一些难降解的有机物、悬浮物和杂质，需要通过预处理将其去除，从而为后续的微生物降解提供良好的环境。然后是微生物接种和降解处理。将筛选出的适宜菌种接种到废水中，通过调节温度、环境pH值和养分供应等，促进微生物菌群的生长和代谢活性，实现废水中有机物的降解[1]。

1.2 生物增效技术在废水处理中的应用

利用生物增效技术处理废水中的有机物是通过对废水中生物群落的丰度进行调整，使生物群落能更好地对废水中的有机物进行降解处理，提升废水处理效率，进而提升废水处理质量[2]。在废水处理中，生物增效技术被广泛应用于各个环节。通过在废水接触设备中引入特定种类的微生物，可以使微生物与废水中的污染物发生生物接触反应，从而加快污染物的降解速度。同时，通过在不同处理过程中添加与废水处理相匹配的生物菌制剂和营养剂对生物群落进行调整，进一步提升生物降解的效率，进而提升废水处理的效率。生物增效技术还可以应用于废水处理系统中的污泥处理。废水处理过程中产生的污泥是含有大量有机质和营养物质的固体废弃物。通过引入特定种类的微生物，可以促进污泥中有机物的降解和溶解，进而提高废水处理系统中有机质的去除率。此外，生物增效技术还可以改变污泥中微生物的种类和数量，提高污泥的生物体积、密度和稳定性，减少污泥的体积和质量，降低废水处理系统的运行成本。生物增效技术还可以应用于废水处理系统中氮、磷等特定污染物的去除。一些特定种类的微生物可以通过吸收、吸附和生物转化等方式，将废水中的氮、磷等污染物转化为无机物或气体，从而实现废水中特定污染物的去除。同时，生物增效技术还可以通过调节废水中的微生物群落结构和功能，调控微生物对氮、磷等污染物的生物转化和吸附能力，从而提高废水处理系统对氮、磷等污染物的去除效率。

2 制革废水的特性分析

制革废水是指制革生产过程中产生的废水，其中包含了各种有机物质和无机物质，严重污染了生态环境[3]。通过对制革废水的特性进行分析，能够更加准确地了解污染物的成分、性质和污染程度。从而可以制定更加合理的废水处理方案。研究表明，制革废水的主要成分为有机物质和无机盐类物质。其中有机物质包含了蛋白质、脂肪、胶原蛋白和多糖等，这些物质具有较强的腐败性和难降解性。通常在制革过程中，动物皮中的胶原蛋白会通过酶解形成可溶性蛋白质出现在废水中，同时皮革中的脂肪酸和油脂也会进入到废水中。废水中的有机物质会使废水的浑浊度增加，进而加重了废水的污染程度。而无机盐类污染物主要包括氯化物、硫酸盐、铬盐、铁盐等。废水中无机盐的含量主要是由制革过程中使用的化学药剂决定的，无机盐含量超标会直接影响生态环境。

首先，制革过程中使用的化学药剂会改变废水的酸碱性，而酸性废水具有一定的腐蚀性，如果未经处理就排放，会对周围土壤和植物产生严重影响。其次，制革废水具有较高的浓度和溶解度。制革生产过程中使用的的化学药剂和制革过程中产生的有机物会增加废水中有机物和无机盐的浓度，进而影响通过细菌和微生物进行废水污染物降解处理的效果，导致传统废水处理方法无法有效进行制革废水的处理。最后，制革废水具有强烈的恶臭和高色度。部分微生物能够对制革废水中的有机物和无机盐进行降解，生成硫化氢、氨气等气体，这些气体具有较强的气味，使制革废水表现出强烈的恶臭。同时有机物质分解会使废水的颜色变为黄色或黑色，从而影响废水的色度[4]。

3 生物增效技术处理制革废水的实验方法

3.1 实验用水与接种污泥

本研究是基于某皮革企业废水处理进行的，废水来自调节池，污泥来自生化处理段曝气池，污泥的质量浓度为9 000 mg/L，SV30=75%。实验水质如表1所示。

表1 试验水质情况表

3.2 实验材料

本次实验材料包括菌制剂和营养剂。其中，1#菌制剂是菌株含量为5.0×109CFU/g的高效污染物降解菌种，可以有效提升废水处理过程中的污染物降解速度，包括枯草芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌以及假单胞菌；2#菌制剂为菌株含量为1.0×109CFU/g的焦瑞身式溶杆菌，该菌制剂具有产溶菌酶的效果，可以有效实现污泥的消解。营养剂为自制，其中包含碳、氮、磷等多种有机元素和微量元素，可以有效促进微生物的增殖。

3.3 实验工艺

本次实验工艺如图1所示。对照组和观察组采用了相同的废水处理工艺流程。

图1 实验工艺流程图

3.4 实验方法

实验前需要做好菌种的活化处理措施，通过将1%的菌粉和0.5%的糖蜜混合到98.5%的好氧出水中，并通过24 h的曝气处理方式进行活化菌液的制作。在实验过程中，采用两个AO系统同步运行的方式，以相同的废水处理工艺流程进行实验，实验时间控制在2个月，实验过程中将废水的处理量控制为1 m3/h。当两个系统连续稳定运行两周后，在观察系统中的O1池中每日投加1#菌制剂活化处理液20 mg/L和营养剂10 mg/L，向观察系统的污泥消解池中每日投加2#菌制剂活化处理菌液50 mg/L和营养剂10 mg/L；对照系统不投加任何相关制剂。待两个系统连续运行2周后，分别记录清水池的出水量数据和污泥排放数据，并对好氧池污泥的微生物菌群情况进行分析。在试验过程中，两个系统的其他工艺参数保持相同，如表2所示。

表2 两个系统基本工艺参数

3.5 检测方法

严格按照国家标准测定方法，对皮革废水中的CODCr、氨氮以及MLSS等各项水质指标进行测定。

4 结果与讨论

4.1 COD

严格按照工艺参数将A池的废水停留时间设置为1.25 d，将O池的废水停留时间设置为6.25 d，待系统稳定后，从清水池出水取样分析CODCr值，结果见图2。从图2可知，通过投加营养剂和菌制剂处理相同COD值的废水后，其CODCr值能够保持在一个较稳定的水平，平均为150 mg/L，而对照组的平均水平位为258 mg/L。对两个系统的CODCr去除效果进行分析可知，观察组的CODCr去除率为96.81%，高于对照组的94.60%，同时符合园区废水排放COD标准的要求。研究表明，皮革废水中含有很难被生物降解的单宁、染料等物质，而通过投加菌制剂的方式可以有效提升生化系统对这些物质的降解效果，从而降低废水CODCr的值。

图2 出水稳定后两组系统CODCr值的比较

4.2 氨氮

在实验过程中，将O池中的溶解氧含量控制在2～3 mg/L范围内，将废水停留时间设置为6.25 d，待系统稳定后，从清水池进行出水取样分析氨氮含量，结果如图3所示。

图3 两个系统氨氮去除效果比较

从图3可知，当进水的氨氮含量为323.7 mg/L时，观察组清水池出水的氨氮平均含量为7.7 mg/L，氨氮去除率为96.69%，对照组清水池出水的氨氮平均含量为13.2 mg/L，去除率为94.33%。所以通过在O池中加入1#菌制剂可以有效提升氨化细菌和亚硝化细菌的种群数量，从而可以有效提升生化系统的硝化效果。

4.3 剩余污泥的排放

在实验过程中，剩余污泥的产量为14 kg/d，可以通过污泥消解池进行处理。两个系统的污泥消解池流量为0.875 m3/d，浓度为16 g/L，将溶解氧浓度控制在0.5～1.0 mg/L，停留时间为2 d，待系统稳定运行后测定消解后的剩余污泥量，结果见图4。

图4 两个系统剩余污泥累积排放量情况

从图4可知，观察组平均剩余污泥的排放量为4 011 g/d，显著低于对照组的7 651 g/d。同时，通过加入2#菌制剂可以将系统剩余污泥量减少71.3%。通过溶菌酶能够使细菌的细胞破裂，从而实现了细菌的隐性生长，达到减少污泥量的效果。

4.4 好氧系统菌群丰度和Alpha多样性分析

在系统稳定运行过程中，通过对氧池活性污泥对污泥中微生物OTU丰度信息和Alpha多样性情况进行分析，结果见表3。

表3 两组样品OTU结果

结果表明，观察组的OTU数量为499，对照组的OTU数量为480，说明通过投加菌制剂可以有效提升污泥中微生物的种类和数量。同时可以发现通过投加菌制剂可以有效增加Chao指数，实现增加好氧系统的Alpha多样性。

4.5 属水平分布

通过对两组样本的属水平菌群组成和丰度进行分析可以判断生物增效后的菌群迁移情况，通过分析可知，制革废水中的菌群主要是由丛毛单胞菌属、不动杆菌、变形杆菌、莱茵海默式菌、脱氮噬脂环物菌以及未分类菌属构成。通过生物增效技术的处理可以有效增加丛毛单胞菌属、脱氮噬脂环物菌以及莱茵海默式菌的丰度，降低变形杆菌和不动杆菌的丰度。通过脱氮噬脂环物菌能够实现对疏水性有机污染物的降解处理，所以水生物增效技术有效强化了皮革废水生化系统的降解能力。

5 结论

综上所述，通过本次试验研究得出结论：生物增效技术是一种有效、低成本的处理制革废水的方法，对于降解有机物、减少色度和COD等污染物具有显著效果；生物增效技术是一种有效处理制革废水的方法。本研究采用了生物增效技术处理制革废水，通过对试验结果的分析可以看出，该技术能够有效降解废水中的有机物、色度和COD等污染物。研究结果表明，经过生物增效技术处理后的制革废水中，有机物质含量明显降低，COD的去除率也达到了较高水平。这表明生物增效技术对于制革废水具有显著的净化效果，且操作参数对于生物增效技术的处理效果具有重要影响，所以生物增效技术具有较好的工程应用前景。这些结论为制革废水的处理提供了新的思路和方法，并为生物增效技术在废水处理领域的应用推广提供了理论依据。