電鍍是在各種基礎材料上形成金屬鍍膜，由于電鍍工藝復雜多樣，所用化學藥劑種類繁多且用水量大，故其產生的廢水中不僅含有氰化物、多種重金屬等有害物質，還含有大量有機污染物。廢水污染物的特殊性質決定了其較高的處理成本，傳統的處理方法是氧化破絡合+化學沉淀法，以此來去除廢水中的重金屬、氰化物和有機物等污染物。單純的物化法難以全方位處理電鍍廢水達標，后續出水中還含有一定量的有機物、氨氮、總氮等污染物，增加了處理成本。廢水處理成本高限制了電鍍行業的發展，而生物法具有抗沖擊負荷高、運營成本低等優點，因此目前大型集中式電鍍產業園普遍采用物化法+生物法強化處理模式，在保證出水水質達標的情況下盡量削減處理成本。值得注意的是，由于電鍍廢水成分的復雜性，實際工程運行中生物法往往會出現各種問題。
電鍍廢水的COD較低且多為惰性有機物，進水可利用的碳源較少，A/O工藝優勢喪失，而且還額外增加了回流的能耗，COD的存在也會降低硝化效率。以廣東省某電鍍廢水處理項目為例，將其水解酸化+A/O/A/O+MBR工藝中的A/O/A/O優化為O/O/A/A工藝運行，并對優化前后的脫氮效果進行了研究，可為類似電鍍廢水項目改造、優化運行提供參考。
1、項目概況
該電鍍產業園區廢水經前端分類收集進入物化處理，即通過常規二級化學沉淀法、化學氧化還原法去除重金屬、氰化物、有機物等，該過程去除了大部分毒性物質使得微生物能夠適應廢水水質，物化處理出水進入生物處理系統進行處理。
生物處理系統進水水質及出水要求見表1。
生物處理系統原采用水解酸化池+兩級A/O+MBR工藝，處理水量約9000m3/d（一期6000m3/d，二期3000m3/d）。廢水在經過一級A/O處理后分為一、二期并聯的二級A/O+MBR系統（見圖1）。其中水解酸化池裝有固定式填料，一級A池和一級O池投加蜂窩狀圓柱形聚乙烯填料作為MBBR運行，填料填充率分別為20%、30%，一級A、一級O出水口設有格柵防止填料流失，除一級A/O外其余按活性污泥法運行。MBR采用中空纖維膜組件。
系統工藝調整前后主要構筑物參數如表2所示。
2、存在的問題及優化思路
2021年1、2月電鍍廢水生物處理系統COD和氨氮運行數據見圖2。
從圖2可以看出，當水解酸化池出水COD>350mg/L時系統硝化效果受到明顯抑制，造成MBR出水氨氮超標。生物處理系統出水氨氮超標需要在后續保障線進行化學處理以確保出水達標，這將導致處理成本增加。兩級A/O工藝在處理水質穩定的電鍍廢水或模擬廢水時有較好的處理效果，Yan等在實驗室規模的兩級A/O法處理模擬電鍍廢水中獲得97%的氨氮去除率，出水氨氮穩定在0.49mg/L。然而實際電鍍廢水中污染物成分復雜，存在許多抑制硝化反應的有機污染物，從而造成系統硝化效果波動甚至崩潰。
該工程項目在兩級A/O進水COD較高時會嚴重影響硝化效果，主要是經過物化處理和水解酸化后部分COD難以被反硝化利用，造成在水解酸化池和一級A池都未能有效去除的COD在進入一級O后還會對硝化菌活性造成抑制，主要表現在兩個方面：①有機物氧化會與氨氮氧化形成競爭，活性污泥中硝化細菌的氧氣攝取能力與異養菌相比不具有優勢，即在一級O段氨氮還沒有開始氧化或者沒有氧化完全就轉入二級缺氧段，這對氨氮的氧化過程極為不利。②廢水中一些惰性有機物對硝化菌有一定的毒性，但此類有機物能被好氧異養菌逐漸氧化分解去除，如鄰苯甲酰磺酰亞胺鈉（光亮劑）、十二烷基苯磺酸鈉（表面活性劑）、辛基酚聚氧乙烯醚（乳化劑）、石蠟（油脂）等。因此原設計中一級A利用進水COD進行反硝化節省碳源的優勢便不復存在，還會造成額外的回流能耗。
該工藝優化可分為三個階段，如表3所示。
針對以上對硝化效果波動的原因分析，采用如下優化方法改善氨氮的氧化效率，即將一級A接入曝氣，通過好氧菌快速將COD在一級A池消耗掉，使一級O池的硝化功能得以恢復。因一級A/O投加有聚乙烯圓柱形蜂窩填料，更適合硝化菌這種世代周期較長的菌種富集，因此生化處理工藝從A/O/A/O逐步調整為O/O/A/A后，雖然生化系統總的好氧停留時間變化不大，但好氧下的泥膜混合系統提高了硝化效率，實現了對電鍍廢水的穩定生物處理。
3、優化運行后的脫氮效果
3.1 優化運行后污染物指標變化
3.1.1 氨氮
優化運行后各階段出水氨氮濃度及去除率如圖3所示。
由圖3可以看出，一級O出水氨氮濃度隨著工藝優化而逐漸降低。因現場進水水質波動較大，故取每個階段的平均氨氮去除率更能直觀看出硝化效果的恢復。以水解酸化池出水為兩級A/O進水，第一階段一級A/O工藝對氨氮的去除率平均為43%，2021年4月1日后優化為O/O/A/O逐步恢復其硝化功能，在第二、第三階段氨氮去除率分別上升至65%和82%，第三階段部分一級O出水氨氮甚至未檢出，表明工藝優化取得了一定的效果。一級A/O池出現這種變化趨勢的原因，一方面是一級A接入曝氣后消除或減弱了一級O進水COD的波動，為硝化菌自養利用氧氣創造了條件；另一方面一級A/O池中有20%~30%填充率的填料，硝化菌在經過第二階段一個月左右的富集后，第三階段的去除率進一步提高。
MBR作為泥水分離器取代沉淀池的作用，并且MBR需要大量的曝氣來控制膜污染速度，這也造成了MBR內污泥濃度和溶解氧較高。該項目一期和二期MBR池DO濃度維持在5~7mg/L，MLSS維持在10000~13000mg/L，故MBR既實現了泥水分離還去除了廢水中剩余的氨氮，作為生物法去除氨氮的最后一條防線保障了出水氨氮達標（見圖4）。
一、二期氨氮去除率基本同步。第二階段在4月1日將一級A池變為曝氣池后減輕了MBR的氨氮負荷，且此階段二級O還未停止曝氣，好氧水力停留時間高達17h左右，所以MBR出水氨氮很快穩定在1mg/L以下，可以看出系統此時硝化能力出現富余。第三階段5月5日前后將二級O池停止曝氣后，系統好氧水力停留時間降為13h左右，但此階段一、二期MBR出水氨氮依然較為穩定，也側面印證了第二階段硝化能力出現富余的結論。第三階段一、二期的平均出水氨氮為0.53、0.51mg/L，平均去除率分別達到97.56%和97.65%。從圖4可以看出，第二、三階段多次較高COD沖擊皆未對系統氨氮去除率產生明顯影響。
3.1.2 硝酸鹽氮
當系統出水氨氮達標后，硝酸鹽氮是總氮超標的主要原因。與氨氮不同的是硝酸鹽氮在碳源充足的情況下可以短時間內通過反硝化去除，且反硝化菌世代周期較短，在水中較易富集。
一期、二期MBR出水的硝酸鹽氮變化如圖5所示。
如圖5所示，由于在第二階段一級A/O池膜填料上的硝化菌逐漸富集，隨著硝化效果的逐漸增強，后續一、二期二級A/O的硝酸鹽氮負荷也逐漸增加，造成出水硝酸鹽氮濃度有逐漸升高的趨勢。另外，第二階段MBR出水氨氮濃度基本穩定在1mg/L以下，故二級O池的硝化功能溢出。于是在5月5日將一、二期的二級O池變為缺氧A池后，出水硝酸鹽氮明顯降低，一期的第一、二、三階段硝酸鹽氮平均去除率分別為59.1%、37.9%、77.1%，二期的第一、二、三階段硝酸鹽氮平均去除率分別為56.3%、38.0%、64.2%。
可以看出，4月1日的調整在提升硝化效果的同時，因系統反硝化能力的降低而造成硝酸鹽氮去除率降低，隨著5月5日將一、二期的二級O池停止曝氣改為A池，對硝酸鹽氮的去除率明顯提升，且出水硝酸鹽氮于5月下旬趨于穩定。
3.1.3 TN
出水TN較高的原因主要有2個：一方面是出水硝酸鹽氮過高，另一方面是出水中含有難降解含氮有機物，如芳香類化合物等在生物處理系統較短的水力停留時間內難以完全去除。MBR出水硝酸鹽氮和總氮趨勢保持一致（見圖5、6），說明反硝化不夠徹底，原因有以下3點：①碳源投加量不夠，因為一級A/O硝化效果加強，產生了更多的硝酸鹽氮，而由于采用人工投加，投加量增加不及時造成反硝化碳源不充足。②碳源投加點單一，造成碳源反硝化利用率不高，一期二級A/O共8個池體，調整為A/A后碳源投加點仍為前3個池體，從而容易造成來水硝酸鹽氮、亞硝酸鹽氮過高時后續池體反硝化碳源不足。③池體存在部分短流。
如圖6所示，一期第一、二、三階段TN的平均去除率分別為71.4%、73.7%、80.5%，二期第一、二、三階段TN的平均去除率分別為71.7%、71.3%、77.3%，一、二期處理效果基本同步。一、二期第一、二階段TN去除率沒有明顯提升的原因是第二階段雖然氨氮的去除率提高了，但氨氮轉化為硝酸鹽氮并沒有完成脫氮。5月下旬在出水氨氮、硝酸鹽氮均在1mg/L以下時，仍有8mg/L左右的TN，推測是電鍍廢水中難降解的含氮有機物，主要是此類含氮有機化合物在較短的好氧時間內難以完全去除，類似水質的研究表明需較長好氧時間（12.6h以上）才能有效去除，而本工程中好氧時間為13h左右，沒有超出類似經驗值太多，所以去除不完全。
對于此類TN過高的情況，采用在MBR出水后接保障處理線開啟芬頓法來降低TN，保證出水達標。
3.2 調試后各污染物沿程變化
一般工業園區由于前端企業數量多，工藝復雜而造成日常廢水水質波動大。該電鍍廢水處理工程實例也存在同樣問題，故調試完成后通過全流程測樣來評估系統的處理能力是否具備一定的抗沖擊負荷能力。
調試完成后6月8日各主要指標沿工藝流程變化情況如圖7所示。
①氨氮：一級A/O工藝的氨氮去除率為99.5%（以水解酸化池出水作為進水計算），硝化能力溢出，在水量較少時可以減少曝氣量以節省能耗。
②亞硝酸鹽氮、硝酸鹽氮：硝酸鹽氮在水解酸化池因部分缺氧環境轉化為亞硝酸鹽氮，又因為一級A/O池為MBBR，此段也發生了部分同步硝化反硝化，硝酸鹽氮和亞硝酸鹽氮有少量去除。之后在二級A池中亞硝酸鹽氮、硝酸鹽氮已經完成大部分去除，后半段反硝化能力溢出，故在水量較少時可以減少碳源投加，節約成本。
③總氮、COD、總磷：出水達標且具備一定處理能力的富余，可有效應對進水水質波動。
總之，工藝優化運行后生物處理系統可以抵抗一定范圍內的進水水質波動，滿足日常處理達標需求。
4、結論
①采用兩級A/O工藝處理電鍍廢水，在生化池投加填料，有利于硝化菌的生物量生長富集，提升系統硝化能力。
②在COD波動較大且較難降解的進水條件下，可調整生化處理兩級A/O工藝為O/O/A/A運行模式來提升處理效果。
③運行優化后整個生物處理系統一、二期的氨氮平均去除率分別達到97.56%、97.65%；一、二期總氮的平均去除率由最初的71.4%、71.7%分別提升至調試完成后的80.5%、77.3%。（來源：廣州大學土木工程學院，廣州大學環境科學與工程學院，廣東新展業環境科技有限公司，廣東韶關港有限公司）
