A/O工藝在冷軋酸洗高總氮廢水處理中的應用

（麥王環境技術股份有限公司 上海 200082）

前言

不銹鋼在加工過程中表面會形成一層黑色氧化層，需進行酸洗去除氧化層，此過程會產生大量酸洗廢水。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反應很難去除，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。在進行工程設計之前，采用A/O生化工藝對該股酸洗含氮廢水進行了現場中試，中試效果很好，結合工程投資、占地、運行成本、運行案例等考慮，最終企業選擇了A/O生化工藝作為含氮廢水的生化處理工藝。

1.工程概況

某不銹鋼薄板生產企業所產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。原污水排放標準對總氮沒有要求，隨著污水處理廠納管標準提高，需提標改造，最主要是對總氮排放要求的提升。因為酸洗廢水中CODCr很低，在50mg/L以下，根據反硝化生化脫氮原理，反硝化去除1kg總氮約需3～4kg碳源，考慮到運行成本和反硝化速率，本項目選用了甲醇作為補充碳源。

2.設計進出水水質和水量

酸洗含氮廢水按進水總水量為80m3/h來設計，設計進水水質如表1所示。

表1 設計進水水質

出水符合《鋼鐵工業水污染物排放標準（GB13456-2012）》表2規定的水污染物排放限值，主要指標具體如表2所示。

表2 設計出水水質

從進出水水質看，設計進水主要污染物為總氮1200mg/L，其中硝氮設計含量為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。

3.廢水處理工藝

(1)廢水處理工藝流程

工藝流程：含氮廢水進入調節池，對水質水量進行調節后通過提升泵進入A/O生化系統。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，同時保證出水CODCr達標。生化系統出水通過提升泵進入砂濾。砂濾出水自流至出水監測池，最終出水監測池出水自流至廠內排污管網。

(2)主要設計參數

采用A/O生化脫氮工藝，池體結構包括缺氧段、好氧段和沉淀池。設置兩座A/O并聯運行，池體為鋼砼材質，內壁防腐。A/O池設計水量為80m3/h，總停留時間90h。生化系統運行水溫30℃～38℃之間，好氧池DO控制在2mg/L以下，池內MLSS 6g/L，設計反硝化負荷0.094kgTN/kgMLVSS·d，配套設備儀表包括缺氧區攪拌機、鼓風機、曝氣裝置、pH計、溫度變送器、ORP計、溶氧儀等。

4.工程運行情況

(1)工程調試過程

工程建設完畢后，首先選用附近市政污水廠脫水污泥進行接種，因為廢水中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。最開始的運行，甲醇過量投加，經過一段時間的調試，A/O池內污泥濃度達到6000mg/L左右，在進水總氮600～1200mg/L的情況下，出水總氮從30mg/L逐漸降至10mg/L以下。生化系統進水氨氮為5～25mg/L，但系統出水氨氮始終在10mg/L左右，不能達到排放標準5mg/L以下。工程設計時主要考慮硝氮的去除，經分析認為當初設計時好氧區域停留時間太短，僅4.4h，造成好氧區硝化菌無法很好生存。經改造后將好氧區停留時間增加為10h，同時增加好氧區填料，出水氨氮降到1mg/L以下。工程最終穩定達到設計排放標準。

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

在調試過程中發現，A/O池內水溫比進水溫度有明顯上升，在夏天時池內水溫達到40℃以上，對生化系統造成沖擊。經現場調查排除了鼓風機風溫對水溫的影響，最終確定溫度上升是反硝化過程放熱所導致的。根據反硝化反應方程式：

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中，因為需要反硝化的總氮濃度一般較低，因此生化系統的溫升可以忽略，但本工程硝氮濃度達1000mg/L左右，當進水硝氮為1000mg/L時經計算反硝化反應完全發生時水溫約升高5.6℃。因此在后面的改造中增加了換熱器對A/O進水進行降溫，使A/O池內廢水溫度始終保持在38℃以下，系統得以正常運行。

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)運行數據

系統經過近半年的調試和改造過程，出水穩定達標，下圖為選取穩定運行后連續半個月總氮的進出水數據。

圖1 總氮進出水數據Fig.1 Total Nitrogen lnfluent &Effluent Data

從圖1可以看出：在進水總氮在400～1200mg/L范圍內波動時，出水總氮始終在10mg/L以下，A/O生化系統總氮去除率在97%以上。

圖2 氨氮進出水數據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)運行成本分析

系統經過調試，出水穩定達標。在穩定運行后，系統的運行成本統計如下：

①藥劑費用。藥劑包括99%甲醇、31% HCl、10% PAC、99%磷酸二氫鈉、0.1% PAM、94%石灰，合計費用為5.91元/m3。

②電費。包括鼓風機、水泵等用電設備的耗電。電費為0.62元/m3。

總運行成本為6.53元/m3。

5.經驗與總結

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

（2）生化系統反硝化降解速率較為迅速，對冷軋酸洗廢水，運用生化反應可以降解大部分的硝基氮，出水總氮能達到直排標準。從硝化和反硝化速率的經驗值來看，反硝化速率明顯高于硝化速率，在有合適碳源情況下，反硝化反應進行很迅速且徹底。

（3）對進水硝氮很高的廢水，需考慮生化過程中溫度和pH變化對系統的影響，配備溫度控制和pH控制措施。