生化聯(lián)合工藝在重金屬工業(yè)廢水處理中的應用

劉曉琳

【摘 要】未經(jīng)處理的重金屬工業(yè)廢水的大量排放不僅浪費資源，也污染環(huán)境，給人們的生存環(huán)境和人體健康造成了嚴重威脅。因此，含重金屬的工業(yè)廢水處理引起了社會的廣泛關(guān)注。本文介紹一種利用絮凝沉淀-氨氮吹脫-CASS組合生化聯(lián)合工藝來處理重金屬工業(yè)廢水，論述了主要構(gòu)筑物及設計參數(shù)，出水水質(zhì)各項指標穩(wěn)定，效益明顯。

【關(guān)鍵詞】重金屬；工業(yè)廢水；設計；調(diào)試；效益

隨著工業(yè)化進程加快，大量含有重金屬的工業(yè)廢水排放到環(huán)境中，對大氣、土壤和水環(huán)境造成了嚴重污染。重金屬廢水主要含有砷、汞，鉛、銅、鋅、鉻、鎳、鈷等元素，大多數(shù)來源于電鍍、冶金、礦山、石油化工等行業(yè)。重金屬工業(yè)廢水具有毒性強、持久性、不可降解性等特點，這些重金屬在水體中可通過食物鏈影響動植物生長最終威脅人類健康。因此，如何實現(xiàn)重金屬廢水凈化處理和重金屬回收就成為當前亟待解決的工作。

某鈷產(chǎn)品生產(chǎn)加工基地，主要產(chǎn)品有四氧化三鈷、鎳鈷錳三元素氫氧化物以及硝酸銀等產(chǎn)品，生產(chǎn)廢水每日排放量約430t，廢水中污染物主要有氨氮、COD及重金屬等，隨著2010年銅、鎳、鈷工業(yè)污染物專項排放標準（GB25467-2010）的出臺，原有的廢水處理裝備和技術(shù)已經(jīng)不能適應新的排放標準要求，因此必須重新進行廢水處理工程設計。

1.廢水水質(zhì)及特點

該公司廢水水質(zhì)及排放要求見下表1。從混合廢水水質(zhì)來看，重金屬成分多、氨氮濃度較高、有機物濃度較低是該廢水的主要特性之一，因此工程設計時需要綜合考慮廢水處理工藝路線，確保各項指標達標排放。

2.工藝流程

工藝流程設計的主要任務就是選擇各個處理單元的具體內(nèi)容、順序和排列方式，確定處理工藝路線；設計出各處理單元的預期處理效果，以達到有效處理污染物的目的。

按照工業(yè)廢水處理系統(tǒng)工藝流程的一般順序，結(jié)合廢水水質(zhì)特點，在預處理階段設置差流式調(diào)節(jié)池、沉淀池，其主要作用是調(diào)節(jié)廢水水質(zhì)，并對其中的鎳、鈷等有價金屬進行加堿絮凝沉淀回收；考慮到實際廢水中有多種重金屬離子，當廢水中含有鋅、鉛、鉻等兩性金屬時，高pH時有再溶解傾向，因此工藝中設置二級pH調(diào)整、絮凝沉淀、砂濾以脫除廢水中的多種不同類型的重金屬離子；由于廢水m（BOD5）/m（COD）為0.56，表明廢水生化性較好，采用生物處理比較優(yōu)越；加之廢水中氨氮濃度較高，且氨氮在堿性條件下，主要以游離氨的形式存在，比較適合于用吹脫法進行去除，因此主處理階段主要采用物化與生化相結(jié)合的處理工藝，目的是利用微生物的硝化與反硝化作用進行深度脫氮，利用活性污泥和生物接觸氧化法組合而成的CASS工藝兼具活性污泥法與生物膜法二者的優(yōu)點，近年來得到國內(nèi)外的廣泛研究與應用，因此本廢水處理工程生物脫氮采用CASS工藝。

3.主要構(gòu)筑物及設計參數(shù)

3.1 調(diào)節(jié)池

由于該公司工業(yè)綜合廢水來自幾個不同的生產(chǎn)車間，水質(zhì)、水量時有變化，為了使廢水處理設備處在最佳的工藝條件下運行，為此需要設置調(diào)節(jié)池，對廢水水量和水質(zhì)進行調(diào)節(jié)。考慮到綜合廢水在堿性條件下易揮發(fā)出NH3等有害物質(zhì)，因此不適宜采用用外加動力的水質(zhì)調(diào)節(jié)池，可以采用差流式調(diào)節(jié)池，即廢水從對角線進入，沿對角線上的出水槽所接納的廢水由于來自不同的時間，濃度也各不相同，這樣就達到了調(diào)節(jié)水質(zhì)的目的。

設計中調(diào)節(jié)時間定為24h，需要調(diào)節(jié)池有效體積430m3，按照500m3進行工程設計。

3.2 沉淀池

由于鎳和鈷形成的氫氧化物溶度積較小，比較適合于用氫氧化物沉淀法進行去除，為了加強并改善沉淀效果，并進一步將水中的微小懸浮物和膠體雜質(zhì)除去，實際操作時通過投加無機高分子混凝劑聚合氯化鋁（PAC）和助凝劑聚丙烯酰胺（PAM）對廢水進行混凝處理。

由于斜管沉淀池具有沉淀效率高、停留時間短、占地少等優(yōu)點，因此混凝沉淀設備選用異向流式斜管沉淀池。

沉淀池設1座，表面水力負荷2.0m3/（m2·h），最大設計流量為25m3/h，矩形斜管沉淀池的邊長為3.7m，水面面積為13.74m2，沉淀池有效水深2.8m，停留時間為45h。

3.3 吹脫塔

氨吹脫一般采用吹脫池和吹脫塔2類設備，但吹脫池占地面積大，而且易造成二次污染，所以氨氣的吹脫常采用塔式設備。

從沉淀池自流出的廢水經(jīng)提升泵至吹脫塔中（Φ2800×6600mm）進行氣-液相轉(zhuǎn)移分離，即在吹脫塔中裝置一定高度的填料層，填料可采用拉西環(huán)、木柵、金屬螺絲圈、空心多面球等，廢水從塔頂噴下，沿填料表面呈薄膜狀向下流動，空氣由塔底鼓入，呈連續(xù)相由下而上同廢水逆流接觸，廢水吹脫后從塔底經(jīng)水封管排出，塔頂排出的氨氣用稀硫酸吸收后通過蒸發(fā)結(jié)晶生成化肥硫酸銨。

3.4 CASS組合生化池

CASS整體工藝為一間歇式反應器，在此反應器中進行交替的曝氣、不曝氣過程的不斷重復，完成生物反應及泥水的分離過程。CASS組合生化池由厭氧單元、兼氧單元、一次沉淀單元、主曝氣單元、二次沉淀單元構(gòu)成。充分利用活性污泥污與生物膜法的工藝特點，實現(xiàn)了工藝上的優(yōu)勢互補。為確保后續(xù)處理出水穩(wěn)定的基礎(chǔ)上具有更大的處理負荷，結(jié)合國內(nèi)生物脫氮的技術(shù)水平，本工程擬將CASS好氧組合工藝后串聯(lián)生物濾池工藝，以確保出水水質(zhì)穩(wěn)定。

主曝氣池容積為144m3，污泥體積回流比為0.72。在好氧單元主要發(fā)生硝化反應，硝化過程由兩類非常有限的自養(yǎng)微生物完成，該過程分為兩步：氨氮首先由亞硝化單胞菌氧化為亞硝酸鹽，繼而亞硝酸鹽再由硝化桿菌氧化為硝酸鹽。硝化作用的程度往往是生物脫氮的關(guān)鍵，為了保證硝化效率，在水處理上，一般可采用降低負荷運行，延長曝氣時間，在管理運行方面，還要保證污泥的停留時間；另一方面，由于硝化反應必須要在好氧的條件下進行，一般應維持混合液的溶解氧質(zhì)量濃度為2～3mg/L，污泥泥齡降低時要相應地提高溶解氧質(zhì)量濃度。

4.調(diào)試運行

廢水處理系統(tǒng)從2010年3月開始調(diào)試，調(diào)試第一階段主要是編制調(diào)試方案，明確調(diào)試目的、內(nèi)容和方法，完成設備單機和聯(lián)動試車；第二階段主要是活性污泥的培養(yǎng)，活性污泥來自附近的城市污水處理廠，通過間隙曝氣、低負荷連續(xù)培養(yǎng)、滿負荷連續(xù)培養(yǎng)、并最終通過逐漸增加工業(yè)廢水的方法完成了對活性污泥的馴化；第三階段對廢水處理系統(tǒng)進行試運行。

廢水從調(diào)節(jié)池通過提升泵至一段絮凝沉淀池，通過在線控制pH在11.0～11.5對水中鎳、鈷等重金屬進行絮凝沉淀，從一段沉淀池出來的廢水在pH為11.0左右、溫度在30～35℃條件下通過提升泵至吹脫塔中進行空氣吹脫，吹脫出的氨氣在凈化塔用稀硫酸進行逆流吸收，在這兩個處理單元可以完成鎳、鈷等有價金屬分離回收，并將廢水中80%氨氮除去。吹脫塔出水自流至二段絮凝沉淀池，通過在線pH控制儀調(diào)整廢水pH在8.5～9.0完成對鉛等其它重金屬的沉淀分離，從二段沉淀池出來的低濃度氨氮廢水至CASS組合生化池進行生物脫氮，為了保證生化系統(tǒng)始終處于良好的運行狀態(tài)，必要時補加甲醇或葡萄糖作為碳源，保證硝化-反硝化系統(tǒng)的正常運行。

廢水處理系統(tǒng)在當年7月底經(jīng)調(diào)試達到設計要求，出水水質(zhì)各項指標穩(wěn)定（見表2）。

5.效益分析

本項目總裝機容量309.2kW，日耗4790.21kWh/m3，廢水處理成本7.89元/m3（未計折舊及大修費），產(chǎn)生的硫酸銨固體可以用作農(nóng)家化肥，不會產(chǎn)生其它二次污染。

6.結(jié)論

綜上所述，采用斜管沉淀池對鎳、鈷等重金屬進行加堿沉淀，并通過吹脫法與CASS組合生化法聯(lián)合處理高濃度氨氮廢水，主要污染物總鈷、氨氮、COD的平均去除率分別達到99.67%、98.75%和88%，處理效果明顯，重金屬得到了充分回收，實現(xiàn)了經(jīng)濟效益和環(huán)境效益的統(tǒng)一。

參考文獻：

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