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廢水，COD 平均8 g/L 以上，BOD5/COD 高達0.6～0.7。國內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化的主要原因，對污水中氮磷的去除已成為水處理領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，出水水質無法達到《污水綜合排放標準》（GB 8978—1996）的一級標準。
污水處理工藝的選擇是污水處理廠建設的關鍵，它影響污水處理廠的投資額、運行費用和處理效果，具體工藝選擇應堅持技術合理、經濟節能、易于管理等原則。海南農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、標準膠加工和凝標膠加工廢水，占地面積大，處理出水氮、磷含量嚴重超標，水質無法達標排放。筆者以UASB+兩級A/O+沉淀組合工藝對橡膠加工廢水進行處理，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行研究，獲得了最佳工藝控制條件，達到較高的氮、磷去除率，既節省投資，又節約土地，最終達到廢水達標排放和環境保護的目的。
1 材料與方法
1.1 試驗用水
試驗所用廢水取自海南農墾某橡膠加工廠的濃乳加工廢水和標準膠加工廢水分別經過UASB 厭氧消化后與凝標膠加工廢水（COD 較低）的混合液，取該混合液進行實驗，采用前置反硝化技術處理，即在好氧池前設置厭氧池和污泥回流系統，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。混合液COD 為2 196～2 261 mg/L，氨氮為190～219 mg/L，總磷質量濃度為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墾某橡膠加工廠廢水處理一體化氧化溝內，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。每個厭氧池內放1 臺潛水泵作循環攪拌使用；每個好氧池由1 臺小型的曝氣機提供氧氣； 沉淀池底部連接污泥回流管道。進水流量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。
混合液進入初級厭氧池，部分回流污泥也進入初級厭氧池，攪拌，混合廢水在此進行反硝化作用，聚磷菌釋磷。污水經過初級厭氧池處理后進入初級好氧池，經好氧硝化處理過程降解有機物、轉化氨氮，聚磷菌吸磷，吸磷污泥及時排出。監測出水水質。
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
根據單因素試驗結果進行正交試驗，對兩級A/O 工藝參數進行優化。
1.4.3 驗證試驗
按照正交試驗優化的工藝參數，對天然橡膠加工廢水進行處理，測定其COD、NH3-N、TP 的去除率。
1.5 測試項目及方法
參照《水和廢水監測分析方法》（4 版）中的標準方法，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 達到《污水綜合排放標準》（GB 8978—1996）一級排放標準，即COD≤100 mg/L，NH3-N≤15 mg/L，TP 雖然未達標，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菌的數量，曝氣池污泥濃度是影響有機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MLSS 對COD、NH3-N、TP 去除率的影響，結果見圖 5。
由圖 5 可以確定，曝氣池內MLSS 合適范圍為3 560～4 520 mg/L。
2.4 正交試驗分析
根據單因素試驗結果，采用L16（45）正交表進行正交試驗選優，結果見表 1。
| 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/% | |
| 1 | 28 | 3.2 | 3.0 | 1540 | 74.2 | 72.0 | 60.5 | |
| 2 | 28 | 3.5 | 3.2 | 2560 | 84.3 | 83.4 | 81.4 | |
| 3 | 28 | 3.8 | 3.5 | 3560 | 93.5 | 89.3 | 88.2 | |
| 4 | 28 | 4.0 | 3.8 | 4520 | 89.2 | 86.1 | 87.6 | |
| 5 | 32 | 3.2 | 3.5 | 4520 | 92.7 | 90.1 | 89.8 | |
| 6 | 32 | 3.5 | 3.8 | 3560 | 91.5 | 90.6 | 88.3 | |
| 7 | 32 | 3.8 | 3.0 | 2560 | 86.1 | 86.2 | 83.5 | |
| 8 | 32 | 4.0 | 3.2 | 1540 | 81.1 | 79.5 | 72.3 | |
| 9 | 36 | 3.2 | 3.8 | 2560 | 89.2 | 86.5 | 86.4 | |
| 10 | 36 | 3.5 | 3.5 | 1540 | 80.7 | 81.7 | 70.1 | |
| 11 | 36 | 3.8 | 3.0 | 4520 | 93.4 | 89.9 | 90.3 | |
| 12 | 36 | 4.0 | 3.2 | 3560 | 92.8 | 92.6 | 92.4 | |
| 13 | 40 | 3.2 | 3.2 | 3560 | 92.5 | 89.6 | 89.2 | |
| 14 | 40 | 3.5 | 3.0 | 4520 | 93.2 | 89.2 | 88.2 | |
| 15 | 40 | 3.8 | 3.8 | 1540 | 79.7 | 83.2 | 71.2 | |
| 16 | 40 | 4.0 | 3.5 | 2560 | 90.9 | 90.3 | 87.5 | |
| COD去除率 | k1 | 85.30 | 87.15 | 86.73 | 78.93 | |||
| k2 | 87.85 | 87.43 | 87.68 | 87.63 | ||||
| k3 | 89.03 | 88.18 | 89.45 | 92.58 | ||||
| k4 | 89.08 | 88.50 | 87.40 | 92.13 | ||||
| R | 3.77 | 1.35 | 2.72 | 13.65 | ||||
| NH 3 -N去除率 | k1 | 82.70 | 84.55 | 84.33 | 79.10 | |||
| k2 | 86.60 | 86.23 | 86.28 | 86.60 | ||||
| k3 | 87.68 | 87.15 | 87.85 | 90.53 | ||||
| k4 | 88.08 | 87.13 | 86.60 | 88.83 | ||||
| R | 5.38 | 2.60 | 3.52 | 11.43 | ||||
| TP去除率 | k1 | 79.43 | 81.48 | 80.63 | 68.53 | |||
| k2 | 83.48 | 82.00 | 83.83 | 84.70 | ||||
| k3 | 84.80 | 83.30 | 83.90 | 89.53 | ||||
| k4 | 84.03 | 84.95 | 83.38 | 88.98 | ||||
| R | 5.38 | 3.47 | 3.28 | 21.00 |
從表 1 可以看出，以COD 去除率為檢測指標最佳組合工藝為A4B4C3D3，以NH3-N 去除率為檢測指標最佳組合工藝為A4B3C3D3，以TP 去除率為檢測指標最佳組合工藝為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 去除率結合選擇A3；COD、TP 選B4，而NH3-N 的B3、B4相差很小，因此取B4。根據正交試驗分析可知，最佳工藝參數選擇為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 前置反硝化技術經濟指標分析
采用前置反硝化技術處理混合液，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、氨氮可達排放標準，總磷可降至較低濃度，經進一步化學處理后可達標排放。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、農田種植和園林綠化苗木灌溉，盡量資源化利用，實現廢水零排放。（2）沼氣資源化利用。本工藝采用污泥回流系統，可提高厭氧池的污泥數量和活性，保證沼氣產量持續穩定，將沼氣用于干燥膠片，經濟效益顯著，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1 臺污泥壓濾機，將產生的污泥作為農業生產肥料轉移，可減輕廢水治理工藝后續處理的難度，減少耗電及化學除磷費用，同時又能回收利用資源。具體參見http://www.xhxdt.com更多相關技術文檔。
3 結論
（1）采用前置反硝化技術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、氨氮能達到排放標準，TP 也大幅度降低。
（2）運用單因素試驗縮小影響因素范圍，以正交試驗優化工藝參數，工藝參數優化選擇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97.5%、93.6%、91.5%。
（3）比較分析后認為前置反硝化技術（兩級A/O工藝）在技術、投資和運行費用上優于傳統處理技術（氧化塘+兩級好氧池組合工藝）。
