工業園區廢水中硫酸鹽與硝態氮的去除研究

張 青，孔殿超，張 勛，董獻彬，張 強

(安徽環境科技集團股份有限公司，安徽 合肥 230088)

1 引言

現代工業的分區發展模式導致了大量的資源消耗，尤其是淡水資源的消耗，以及污染物的排放，特別是小面積的廢水排放[1]。工業園區廢水通過綜合污水處理比單個污水處理廠處理更具成本效益，現已被大多數工業園區所采用[2]。工業園區污水處理廠的合流進水具有流量大、成分復雜和難降解的特點[3～5]。傳統的物理、化學和生物技術可以有效地降解大部分污染物，但工業園區污水處理廠出水中仍有大量的殘留污染物[6]。隨著國家對環保的重視，污水排放標準也越來越嚴格，因此，工業園區污水處理技術要求也越來越高。

本研究以安徽省某工業園區污水處理廠進水為處理目標，采用鈣鹽沉淀、鈣鹽沉淀+鈣礬石協同沉淀法進行硫酸鹽的去除，采用硫自養脫氮的方式去除廢水中的總氮。擬解決高濁度高硫酸鹽工業廢水的處理難題，并為污水處理項目的技改工程提供理論支持與技術借鑒。

2 材料與方法

2.1 試劑與材料

氧化鈣(CaO)：分析純，國藥集團化學試劑有限公司；氫氧化鈣(Ca(OH)2)：分析純，國藥集團化學試劑有限公司；氯化鋁(AlCl3)：分析純，國藥集團化學試劑有限公司；硝酸鉀(KNO3)：分析純，國藥集團化學試劑有限公司；硫自養脫氮填料：北京淶澈科技發展有限公司。

2.2 工業園區廢水指標

試驗用廢水取自安徽省滁州市鳳陽某工業園區污水處理廠進水，其水質指標如下：pH值為7.7，硫酸鹽濃度為4250 mg/L。硫自養脫氮試驗中的模擬廢水總氮濃度為25 mg/L。

2.3 試驗設計

2.4 測試方法

3 結果與討論

3.1 鈣鹽沉淀法去除硫酸鹽試驗結果分析

不同加入量的鈣鹽試驗對硫酸鹽的處理結果如圖1、2所示(CaO、Ca(OH)2)，由圖可知，兩種鈣鹽CaO和Ca(OH)2對溶液的pH值及硫酸鹽濃度的變化具有相似影響。當鈣鹽加入量為0.1%時，溶液pH值便由初始弱堿性(約8.0)增大至強堿性(12.0)，隨著藥劑加入量的增大，溶液pH值變化較小，可穩定于12.0。兩種不同鈣鹽沉淀反應中，硫酸鹽濃度均隨藥劑量的增大而降低，對比知，CaO對于硫酸鹽濃度的去除有更好的效果，當藥劑投加量增大至1%時，硫酸鹽濃度可由4250 mg/L將降低至3050 mg/L。Ca(OH)2加入量為1%時，硫酸鹽剩余濃度約為3750 mg/L。故在本實驗加藥量設計中的最大限值條件下，加入1%的石灰，僅可使硫酸鹽濃度降低約1200 mg/L，去除率僅為28.2%。

圖1 不同CaO投加量下溶液pH值及濃度的變化

相關研究表明，當CaO加入量為60 g/L(6%濃度)時，廢水中的硫酸鹽(8000 mg/L濃度)去除率可達到90%，進一步分析知，僅當CaO加入量大于30 g/L(3%濃度)時，溶液中硫酸鹽濃度才呈現顯著下降趨勢，此與本實驗中1% 藥劑加入量下未獲得較好硫酸鹽去除效果相一致。由于入廠廢水硫酸鹽濃度存在波動，本實驗開展時其原水硫酸鹽濃度較低，若廢水中硫酸鹽濃度更高時，藥劑加入量亦將增加，故無法在保障經濟適用性前提下(廢水處理收費價格1.41元/t)通過沉淀法對硫酸鹽進行高效處理。

圖2 不同Ca(OH)2投加量下溶液pH值及濃度的變化

3.2 鈣鹽沉淀+鈣礬石沉淀法去除硫酸鹽試驗結果分析

圖3 鋁鹽投加量對的去除效果的影響

3.3 硫酸鹽濃度對硫自養脫氮試驗結果影響分析

圖4 硫酸鹽濃度對硫自養脫氮效果的影響

由圖4可知，隨著體系中硫酸鹽濃度的增加，硝態氮的去除效果越來越差。體系中無硫酸鹽時，反應2 h和3 h，體系中硝態氮的濃度從25 mg/L分別降至5.1 mg/L和2.1 mg/L，去除率分別為79.6%，和91.6%，去除率相對較好。當體系中硫酸鹽濃度達到達到8000 mg/L時，反應2 h硝態氮的去除率僅為36.8%，當延長反應時間到3 h時，硝態氮的去除率僅為5.6%，去除效果較差。當體系中的硫酸鹽濃度超過4000 mg/L時，反應2 h、3 h，硝態氮的濃度從25 mg/L分別降低至11.4 mg/L和11.8 mg/L，去除率在52.8%～54.4%，與體系中無硫酸鹽時相比，硝態氮的去除率較明顯下降，且當體系中硫酸鹽濃度大于4000 mg/L時，反應時間越長處理效果反而越差。

4 結論

(1)鈣鹽沉淀法將會顯著提高廢水pH值，為達標排放，必須進行加酸回調，故將增加處理成本。

(2)1%濃度藥劑投加條件下的鈣鹽沉淀法無法高效去除廢水中的硫酸鹽。1%濃度的CaO盡可以將工業園區廢水中的硫酸鹽濃度從4250 mg/L降低至3020 mg/L，去除率僅為28.3%，去除率較低。該工業園區污水處理廠項目前日進水約1萬t，石灰價格約300元/t，按1%加藥量進行核算，即需100 t×300元/t=30000元，即3元/t的處理費用，而CaO沉淀后的固相物質應作為一般固廢處置，此項需額外費用，故硫酸鹽處理成本將高于3元/t。若依據文獻研究結果將加藥量控制于3%，則硫酸鹽廢水處理費用將達10元/t，不再具備應用可行性。

(4)硫自養脫氮工藝具有較好的脫氮效果，但是其脫氮效果受反應體系中硫酸鹽濃度的影響。當體系中無硫酸鹽時，硫自養脫氮效果可達到90%以上，脫氮效果較好，隨著硫酸鹽濃度的增加，硫自養脫氮的效率逐漸降低，體系中的硫酸鹽濃度抑制了硫自養脫氮的效果，故針對本項目，可將硫自養脫氮工序放在硫酸鹽處理后進行，即先進行硫酸鹽的去除，然后再進行硫自養脫氮。