A/O工藝在冷軋酸洗高總氮廢水處理中的應(yīng)用

（麥王環(huán)境技術(shù)股份有限公司 上海 200082）

前言

不銹鋼在加工過程中表面會(huì)形成一層黑色氧化層，需進(jìn)行酸洗去除氧化層，此過程會(huì)產(chǎn)生大量酸洗廢水。廢水中含有大量的氟離子、重金屬離子和硝酸根離子。其中硝酸根通過化學(xué)反應(yīng)很難去除，一般通過生化去除，但酸洗廢水中硝酸根濃度太高，采用生化工藝去除徹底比較困難。在進(jìn)行工程設(shè)計(jì)之前，采用A/O生化工藝對(duì)該股酸洗含氮廢水進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)中試，中試效果很好，結(jié)合工程投資、占地、運(yùn)行成本、運(yùn)行案例等考慮，最終企業(yè)選擇了A/O生化工藝作為含氮廢水的生化處理工藝。

1.工程概況

某不銹鋼薄板生產(chǎn)企業(yè)所產(chǎn)生廢水主要包括含油污水、酸洗含氮廢水和生活污水，其中酸洗含氮廢水處理難度最大。該廠酸洗廢水主要含氫氟酸、硝酸、鹽酸等。原污水排放標(biāo)準(zhǔn)對(duì)總氮沒有要求，隨著污水處理廠納管標(biāo)準(zhǔn)提高，需提標(biāo)改造，最主要是對(duì)總氮排放要求的提升。因?yàn)樗嵯磸U水中CODCr很低，在50mg/L以下，根據(jù)反硝化生化脫氮原理，反硝化去除1kg總氮約需3～4kg碳源，考慮到運(yùn)行成本和反硝化速率，本項(xiàng)目選用了甲醇作為補(bǔ)充碳源。

2.設(shè)計(jì)進(jìn)出水水質(zhì)和水量

酸洗含氮廢水按進(jìn)水總水量為80m3/h來設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)進(jìn)水水質(zhì)如表1所示。

表1 設(shè)計(jì)進(jìn)水水質(zhì)

出水符合《鋼鐵工業(yè)水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)（GB13456-2012）》表2規(guī)定的水污染物排放限值，主要指標(biāo)具體如表2所示。

表2 設(shè)計(jì)出水水質(zhì)

從進(jìn)出水水質(zhì)看，設(shè)計(jì)進(jìn)水主要污染物為總氮1200mg/L，其中硝氮設(shè)計(jì)含量為1175mg/L，氨氮為25mg/L，其它污染物都較低，而出水總氮要求在15mg/L以內(nèi)。

3.廢水處理工藝

(1)廢水處理工藝流程

工藝流程：含氮廢水進(jìn)入調(diào)節(jié)池，對(duì)水質(zhì)水量進(jìn)行調(diào)節(jié)后通過提升泵進(jìn)入A/O生化系統(tǒng)。在A/O池中，通過投加甲醇作為反硝化碳源，去除廢水中的高硝氮，同時(shí)保證出水CODCr達(dá)標(biāo)。生化系統(tǒng)出水通過提升泵進(jìn)入砂濾。砂濾出水自流至出水監(jiān)測(cè)池，最終出水監(jiān)測(cè)池出水自流至廠內(nèi)排污管網(wǎng)。

(2)主要設(shè)計(jì)參數(shù)

采用A/O生化脫氮工藝，池體結(jié)構(gòu)包括缺氧段、好氧段和沉淀池。設(shè)置兩座A/O并聯(lián)運(yùn)行，池體為鋼砼材質(zhì)，內(nèi)壁防腐。A/O池設(shè)計(jì)水量為80m3/h，總停留時(shí)間90h。生化系統(tǒng)運(yùn)行水溫30℃～38℃之間，好氧池DO控制在2mg/L以下，池內(nèi)MLSS 6g/L，設(shè)計(jì)反硝化負(fù)荷0.094kgTN/kgMLVSS·d，配套設(shè)備儀表包括缺氧區(qū)攪拌機(jī)、鼓風(fēng)機(jī)、曝氣裝置、pH計(jì)、溫度變送器、ORP計(jì)、溶氧儀等。

4.工程運(yùn)行情況

(1)工程調(diào)試過程

工程建設(shè)完畢后，首先選用附近市政污水廠脫水污泥進(jìn)行接種，因?yàn)閺U水中CODCr很低，僅50mg/L以下，而反硝化需要大量碳源，因此需要投加碳源，本工程選用了甲醇作為反硝化外加碳源。最開始的運(yùn)行，甲醇過量投加，經(jīng)過一段時(shí)間的調(diào)試，A/O池內(nèi)污泥濃度達(dá)到6000mg/L左右，在進(jìn)水總氮600～1200mg/L的情況下，出水總氮從30mg/L逐漸降至10mg/L以下。生化系統(tǒng)進(jìn)水氨氮為5～25mg/L，但系統(tǒng)出水氨氮始終在10mg/L左右，不能達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)5mg/L以下。工程設(shè)計(jì)時(shí)主要考慮硝氮的去除，經(jīng)分析認(rèn)為當(dāng)初設(shè)計(jì)時(shí)好氧區(qū)域停留時(shí)間太短，僅4.4h，造成好氧區(qū)硝化菌無法很好生存。經(jīng)改造后將好氧區(qū)停留時(shí)間增加為10h，同時(shí)增加好氧區(qū)填料，出水氨氮降到1mg/L以下。工程最終穩(wěn)定達(dá)到設(shè)計(jì)排放標(biāo)準(zhǔn)。

同時(shí)，通過一段時(shí)間的運(yùn)行，掌握了甲醇投加量的精確控制，運(yùn)行成本逐步降低，A/O出水CODCr控制在50mg/L以下。實(shí)際工程運(yùn)行顯示，運(yùn)用甲醇作為反硝化補(bǔ)充碳源效果良好，反硝化脫除1kg硝氮約需3～4kg甲醇。

在調(diào)試過程中發(fā)現(xiàn)，A/O池內(nèi)水溫比進(jìn)水溫度有明顯上升，在夏天時(shí)池內(nèi)水溫達(dá)到40℃以上，對(duì)生化系統(tǒng)造成沖擊。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查排除了鼓風(fēng)機(jī)風(fēng)溫對(duì)水溫的影響，最終確定溫度上升是反硝化過程放熱所導(dǎo)致的。根據(jù)反硝化反應(yīng)方程式：

2NO3+10e+12H→N2+6H2O+能量

其中反硝化放熱為333kJ/mol。

在一般廢水生化處理系統(tǒng)中，因?yàn)樾枰聪趸目偟獫舛纫话爿^低，因此生化系統(tǒng)的溫升可以忽略，但本工程硝氮濃度達(dá)1000mg/L左右，當(dāng)進(jìn)水硝氮為1000mg/L時(shí)經(jīng)計(jì)算反硝化反應(yīng)完全發(fā)生時(shí)水溫約升高5.6℃。因此在后面的改造中增加了換熱器對(duì)A/O進(jìn)水進(jìn)行降溫，使A/O池內(nèi)廢水溫度始終保持在38℃以下，系統(tǒng)得以正常運(yùn)行。

另外，高硝氮廢水反硝化過程帶來生化池中pH的上升，通過投加鹽酸將生化池pH控制在7.5左右。

(2)運(yùn)行數(shù)據(jù)

系統(tǒng)經(jīng)過近半年的調(diào)試和改造過程，出水穩(wěn)定達(dá)標(biāo)，下圖為選取穩(wěn)定運(yùn)行后連續(xù)半個(gè)月總氮的進(jìn)出水?dāng)?shù)據(jù)。

圖1 總氮進(jìn)出水?dāng)?shù)據(jù)Fig.1 Total Nitrogen lnfluent &Effluent Data

從圖1可以看出：在進(jìn)水總氮在400～1200mg/L范圍內(nèi)波動(dòng)時(shí)，出水總氮始終在10mg/L以下，A/O生化系統(tǒng)總氮去除率在97%以上。

圖2 氨氮進(jìn)出水?dāng)?shù)據(jù)Fig.2 Ammonia Nitrogen lnfluent &Effluent Data

從圖2可以看出：A/O出水氨氮大部分在1mg/L以下，最高不超過3mg/L。

(3)運(yùn)行成本分析

系統(tǒng)經(jīng)過調(diào)試，出水穩(wěn)定達(dá)標(biāo)。在穩(wěn)定運(yùn)行后，系統(tǒng)的運(yùn)行成本統(tǒng)計(jì)如下：

①藥劑費(fèi)用。藥劑包括99%甲醇、31% HCl、10% PAC、99%磷酸二氫鈉、0.1% PAM、94%石灰，合計(jì)費(fèi)用為5.91元/m3。

②電費(fèi)。包括鼓風(fēng)機(jī)、水泵等用電設(shè)備的耗電。電費(fèi)為0.62元/m3。

總運(yùn)行成本為6.53元/m3。

5.經(jīng)驗(yàn)與總結(jié)

（1）針對(duì)冷軋酸洗廢水，采用甲醇作為反硝化工藝外加碳源具有較好效果和經(jīng)濟(jì)性。

（2）生化系統(tǒng)反硝化降解速率較為迅速，對(duì)冷軋酸洗廢水，運(yùn)用生化反應(yīng)可以降解大部分的硝基氮，出水總氮能達(dá)到直排標(biāo)準(zhǔn)。從硝化和反硝化速率的經(jīng)驗(yàn)值來看，反硝化速率明顯高于硝化速率，在有合適碳源情況下，反硝化反應(yīng)進(jìn)行很迅速且徹底。

（3）對(duì)進(jìn)水硝氮很高的廢水，需考慮生化過程中溫度和pH變化對(duì)系統(tǒng)的影響，配備溫度控制和pH控制措施。