淺析混酸廢水生化深度處理設計

韓 鋒 孫小紅

(山西太鋼工程技術有限公司，山西 太原 030009)

1 概述

我國是一個能源和水資源緊缺的國家。隨著生產技術和人民生活水平的不斷提高，經濟的發展帶來了環境的污染，造成了環境質量惡化。

鋼板酸洗生產工藝中，采用HNO3和HF混酸方法進行鋼板表面清洗，產生的混酸酸洗廢水經中和處理后，生產廢水中仍含大量的硝態氮。

為堅持可持續性發展的理念，同時從公司長遠發展考慮，強化節能減排，增強廢水治理能力，需對經中和處理后的混酸酸洗廢水進行脫氮處理，進一步完善環保設施和節水減污項目，保證企業的可持續發展。

2 廢水處理工藝

2.1 工藝過程簡介

現廢水處理廠主要處理來自HNO3和HF混酸對不銹鋼進行表面清洗單元排出的含酸廢水，設計處理規模為90 m3/h。經一期中和、沉淀、澄清后的清水通過泵輸送至新建調節池，經調節池均質均量之后由泵加壓進入中和池，在經過兩次中和調節之后廢水的pH調節至6～8，然后進入溫控池。經冷卻塔降溫后的廢水進二級AO系統，通過向二級AO系統內投加磷酸和甲醇，以保持生化脫氮正常所需的碳磷。經二級AO系統脫氮后的廢水進入脫氣池，經攪拌，脫除消化液中的溶解氧，并進一步去除多余的COD后自流進入沉淀池進行泥水分離，上清液最終經過清水池達標排放，沉淀池剩余污泥采用剩余污泥泵排出體系。

1)調節池。

調節池位于整個水處理系統的地下1層，有效容積為1 316 m3，水力停留時間約為14 h，能對進水有較好的均質均量作用，對進水有一定的抗沖擊性，由于進水不是中性，故需要對調節池池壁做防腐處理。調節池頂部加有封蓋，作為第二層的樓板。為了達到均質的作用，有效利用其容積，需要對調節池里的污水進行攪拌，常用的攪拌方式有兩種，穿孔管曝氣攪拌，機械攪拌，由于進水鈣硬度達到了4 980 mg/L，極易結垢堵塞穿孔管，且池頂密閉，不便維修，故采用機械攪拌方式。機械攪拌中槳式攪拌機成本高，且不易維修，故選擇了維修方便，成本較低的潛水攪拌機，同時在池頂樓板上開維修口，可解決調節池攪拌問題，由于長期在水中工作，潛水攪拌機采用了不銹鋼材質。

2)中和池。

由于進水并非呈中性，不利于微生物的生長，且為了降低后續池體的防腐成本，采用兩級中和池對污水的pH值進行精確的調節以使污水呈中性。本設計采用鹽酸進行調節是因為考慮到水中有大量的鈣硬度，用硫酸進行pH調節會產生大量的SS，使水質更加惡化，不利于微生物的生長。中和池的池壁亦要做防腐處理。中和池在中和過程中需要對污水進行攪拌，強化pH值調節的效果，但由于污水中大量的鈣硬度，根據經驗，普通金屬不耐磨損，在使用過程中很快就會損壞，故選擇了高硬度合金2205作為槳葉，后續溫控池，一級反硝化池，二級反硝化池中的攪拌器均選用這種合金作為槳葉。

3)溫控池。

夏季進水的溫度在40 ℃左右，如此高溫會抑制微生物的活性，使整個硝化反硝化系統的能力下降，達不到設計的處理能力，所以增加溫控池，通過冷卻塔來降低污水溫度以滿足微生物的生存需求最適溫度。

冬季時，天津最冷月一月平均溫度為-2 ℃，此時微生物的生長極其緩慢，在對三層水池增加頂蓋的基礎上，必要時還需要在溫控池中通入蒸汽，以保證污水溫度，維持生化處理系統的穩定。

4)生化系統A/O/AO池。

此污水系統中主要污染物為硝態氮，約為200 mg/L～425 mg/L，脫硝的處理方式為利用微生物的硝化反硝化作用，將硝態氮反硝化為N2除去，微生物在硝化反硝化過程中需要消耗能量，而此污水中BOD5在27左右，遠不滿足微生物的脫氮需要，根據經驗微生物脫除1 mg/L的硝態氮，需要3 mg/L的BOD5，由此此污水系統中必須添加大量碳源。在碳源的選擇上，我們建議選擇甲醇作為碳源。

主要對比葡萄糖和甲醇在硝化反硝化過程中的作用。在兩種碳源均充分的情況下，都可以較完全的去除硝酸鹽，但是以葡萄糖為碳源的最佳碳氮比為6∶1～7∶1(葡萄糖∶硝氮)，而甲醇的最佳碳氮比為3∶1(甲醇∶硝氮)，運行成本高于甲醇。當碳源不足時，反硝化過程中存在亞硝酸鹽積累現象，且葡萄糖為碳源時積累更嚴重，使處理不完全，出水惡化，增加了系統運行調試的難度。另外，以甲醇為碳源進行的反硝化速率較以葡萄糖為碳源的快得多，在相同條件下快3倍，相當于以葡萄糖為碳源的硝化反硝化系統的水池要比以甲醇為碳源的水池大3倍，成本遠高于以甲醇作為碳源的硝化反硝化系統。此水處理項目出水水質要求CODCr在50 mg/L以下，總氮在15 mg/L以下，對總氮及CODCr均有要求，所以在葡萄糖加藥量的控制上十分有難度，因此我們建議選擇用量省，反應速度快，控制方便的甲醇作為碳源，配合我們豐富的經驗及高效的管理水平，能夠合理的控制運行成本，使出水穩定達標。

在微生物生長過程中，是同時需要碳源，氮源，磷源，故在此生化系統運行過程中，需要添加一定量的磷酸作為磷源補充進系統，滿足微生物的營養需求，使系統穩定的運行。

在兩級硝化池中，需要對水池進行曝氣，考慮到污水中較高的鈣硬度產生的結垢堵塞問題，穿孔管曝氣和微孔曝氣在此系統中均不能使用。我們選擇高效的射流曝氣系統對兩級硝化池進行曝氣。射流曝氣采用的是立體曝氣，確保池內無死角，池底不沉積，氧利用率高，在25%以上，寬流道、高流速，不易結垢、堵塞，適用于高鈣廢水的曝氣，使用壽命長。

5)脫氣池。

污水經過A/O/AO硝化反硝化處理之后，需要將硝化液回流至一級反硝化池，此液體中含有大量的溶解氧，需要在脫氣池除去一部分溶解氧，才能回流至一級反硝化池，否則，硝化液回流帶來的大量溶解氧會大大增加甲醇的消耗。為了脫除污水中的溶解氧，需要對脫氣池中的污水進行推流攪拌，我們采用了潛水推流器，其操作方便，易于管理。

6)沉淀池。

污水經過生化段處理之后，總氮和CODCr已經基本去除，在沉淀池中將污水中的SS以排泥的形式去除。沉淀池的污泥需要以100%的回流比回流至前端的一級反硝化池，以補充系統中的污泥濃度。沉淀池按二沉池的規范設計，表面負荷率約為0.59 m3/(m2·h)，采用中心進水，周邊溢流堰出水的方式，能對SS有較好的去除能力。由于場地的限制，我們采用的是外方內圓的沉淀池形式，能夠與周邊的水池共壁，減少了土建面積，節約了成本。

本水處理系統主要廢棄物排放為沉淀池剩余污泥，排放量為7 m3/h，通過現有壓濾機壓成泥餅，外運綜合處置。

2.2 設計進水水質

廢水進水主要水質指標見表1。

表1 廢水進水主要水質指標一覽表

2.3 設計出水水質

廢水出水主要水質指標見表2。

表2 廢水出水主要水質指標一覽表

2.4 廢水處理主要構筑物

廢水處理主要構筑物見表3。

表3 廢水處理主要構筑物一覽表

3 碳源選擇

我公司設計的脫硝態氮系統是利用微生物的硝化反硝化作用，微生物在反硝化階段會消耗BOD，同時將硝酸根還原為氮氣。由于目前污水中BOD含量較低，故需要添加一定量的碳源。

在以甲醇作為碳源進行的反硝化速率較以葡萄糖為碳源的反硝化速率快得多，在相同條件下快3倍。在目前的情況下，若采用葡萄糖作為碳源，所有的水池有效容積至少要增大3倍，使目前緊張的可利用土地更加縮減，隨之的土建成本也大量上漲。故采用甲醇作為碳源進行硝化反硝化作用在此水處理系統中是最為合適的。

此水處理系統要求出水水質CODCr在50 mg/L以下，總氮在15 mg/L以下，對總氮和CODCr均有較高的要求，所以對碳源投加量的控制要求十分精確，我公司采用用量省，反應速度快，控制方便的甲醇作為碳源，配合我公司豐富的經驗及高效的管理水平，能夠合理的控制運行成本，使出水水質穩定達標。

4 主要設備設施的選擇

4.1 攪拌器的選擇

在此廢水處理系統中，需要對中和池，溫控池，一級反硝化池，二級反硝化池中的池水進行攪拌。

攪拌器的形式為槳葉式攪拌器，槳葉式攪拌器能對水池中的水進行充分的混合，其雷諾系數高脫氮率快，有利于氮氣的生成。攪拌器的槳葉材質選用了耐磨損的高硬度合金2205。

4.2 脫氣池

在此水處理系統中，在生化反應池A/O/AO后，建造一座脫氣池，其主要目的是脫除廢水中的溶解氧。在硝化反硝化中，硝化液回流量約為200%，回流至一級反硝化池，若不經過脫氣池，直接回流二級硝化池中的硝化液，會給一級反硝化池引入大量的溶解氧，增加甲醇的消耗量，增加了運行的成本。硝化液在經過脫氣池后，水中溶解氧降低，可以減少回流硝化液中的溶解氧含量，減少甲醇加藥量。

4.3 射流曝氣

在此水處理系統中，一級硝化池和二級硝化池需要曝氣，此水處理系統的廢水水質中含有大量的鈣硬度，大約為4 980 mg/L，設計選擇了高效射流曝氣對一級硝化池及二級硝化池進行供氧，同時起到攪拌作用，增強水池中液體的傳質效果，提高了反應速率。

5 項目實施后預期效果分析

本項目生化系統設計各水池，因場地局限性大，需要布置3層結構，1層為半地下式調節池，2層為設備間，3層為生化池，立體式的池體設計，增大了生化池的防水設計要求，進一步提高空間利用率。通過采取射流曝氣設計，減少設備占地面積。本次創造性的結構設計在“寸土寸金”的開發區，有較大的技術優勢和推廣應用價值。

本設計采用兩級“硝化—反硝化”生產工藝，優化生物營養元素的選擇和最佳配比，培養出適合軋鋼酸洗廢水的噬菌體菌膠團和優勢菌種，可實現對軋鋼產生的混酸廢水進行深度脫氮處理，為軋鋼酸洗廢水深度生化脫氮處理提供了一種新途徑。