A/O工艺在冷轧酸洗高总氮废水处理中的应用

（麦王环境技术股份有限公司 上海 200082）

前言

不锈钢在加工过程中表面会形成一层黑色氧化层，需进行酸洗去除氧化层，此过程会产生大量酸洗废水。废水中含有大量的氟离子、重金属离子和硝酸根离子。其中硝酸根通过化学反应很难去除，一般通过生化去除，但酸洗废水中硝酸根浓度太高，采用生化工艺去除彻底比较困难。在进行工程设计之前，采用A/O生化工艺对该股酸洗含氮废水进行了现场中试，中试效果很好，结合工程投资、占地、运行成本、运行案例等考虑，最终企业选择了A/O生化工艺作为含氮废水的生化处理工艺。

1.工程概况

某不锈钢薄板生产企业所产生废水主要包括含油污水、酸洗含氮废水和生活污水，其中酸洗含氮废水处理难度最大。该厂酸洗废水主要含氢氟酸、硝酸、盐酸等。原污水排放标准对总氮没有要求，随着污水处理厂纳管标准提高，需提标改造，最主要是对总氮排放要求的提升。因为酸洗废水中CODCr很低，在50mg/L以下，根据反硝化生化脱氮原理，反硝化去除1kg总氮约需3～4kg碳源，考虑到运行成本和反硝化速率，本项目选用了甲醇作为补充碳源。

2.设计进出水水质和水量

酸洗含氮废水按进水总水量为80m3/h来设计，设计进水水质如表1所示。

表1 设计进水水质

出水符合《钢铁工业水污染物排放标准（GB13456-2012）》表2规定的水污染物排放限值，主要指标具体如表2所示。

表2 设计出水水质

从进出水水质看，设计进水主要污染物为总氮1200mg/L，其中硝氮设计含量为1175mg/L，氨氮为25mg/L，其它污染物都较低，而出水总氮要求在15mg/L以内。

3.废水处理工艺

(1)废水处理工艺流程

工艺流程：含氮废水进入调节池，对水质水量进行调节后通过提升泵进入A/O生化系统。在A/O池中，通过投加甲醇作为反硝化碳源，去除废水中的高硝氮，同时保证出水CODCr达标。生化系统出水通过提升泵进入砂滤。砂滤出水自流至出水监测池，最终出水监测池出水自流至厂内排污管网。

(2)主要设计参数

采用A/O生化脱氮工艺，池体结构包括缺氧段、好氧段和沉淀池。设置两座A/O并联运行，池体为钢砼材质，内壁防腐。A/O池设计水量为80m3/h，总停留时间90h。生化系统运行水温30℃～38℃之间，好氧池DO控制在2mg/L以下，池内MLSS 6g/L，设计反硝化负荷0.094kgTN/kgMLVSS·d，配套设备仪表包括缺氧区搅拌机、鼓风机、曝气装置、pH计、温度变送器、ORP计、溶氧仪等。

4.工程运行情况

(1)工程调试过程

工程建设完毕后，首先选用附近市政污水厂脱水污泥进行接种，因为废水中CODCr很低，仅50mg/L以下，而反硝化需要大量碳源，因此需要投加碳源，本工程选用了甲醇作为反硝化外加碳源。最开始的运行，甲醇过量投加，经过一段时间的调试，A/O池内污泥浓度达到6000mg/L左右，在进水总氮600～1200mg/L的情况下，出水总氮从30mg/L逐渐降至10mg/L以下。生化系统进水氨氮为5～25mg/L，但系统出水氨氮始终在10mg/L左右，不能达到排放标准5mg/L以下。工程设计时主要考虑硝氮的去除，经分析认为当初设计时好氧区域停留时间太短，仅4.4h，造成好氧区硝化菌无法很好生存。经改造后将好氧区停留时间增加为10h，同时增加好氧区填料，出水氨氮降到1mg/L以下。工程最终稳定达到设计排放标准。

同时，通过一段时间的运行，掌握了甲醇投加量的精确控制，运行成本逐步降低，A/O出水CODCr控制在50mg/L以下。实际工程运行显示，运用甲醇作为反硝化补充碳源效果良好，反硝化脱除1kg硝氮约需3～4kg甲醇。

在调试过程中发现，A/O池内水温比进水温度有明显上升，在夏天时池内水温达到40℃以上，对生化系统造成冲击。经现场调查排除了鼓风机风温对水温的影响，最终确定温度上升是反硝化过程放热所导致的。根据反硝化反应方程式：

2NO3+10e+12H→N2+6H2O+能量

其中反硝化放热为333kJ/mol。

在一般废水生化处理系统中，因为需要反硝化的总氮浓度一般较低，因此生化系统的温升可以忽略，但本工程硝氮浓度达1000mg/L左右，当进水硝氮为1000mg/L时经计算反硝化反应完全发生时水温约升高5.6℃。因此在后面的改造中增加了换热器对A/O进水进行降温，使A/O池内废水温度始终保持在38℃以下，系统得以正常运行。

另外，高硝氮废水反硝化过程带来生化池中pH的上升，通过投加盐酸将生化池pH控制在7.5左右。

(2)运行数据

系统经过近半年的调试和改造过程，出水稳定达标，下图为选取稳定运行后连续半个月总氮的进出水数据。

图1 总氮进出水数据Fig.1 Total Nitrogen lnfluent &Effluent Data

从图1可以看出：在进水总氮在400～1200mg/L范围内波动时，出水总氮始终在10mg/L以下，A/O生化系统总氮去除率在97%以上。

图2 氨氮进出水数据Fig.2 Ammonia Nitrogen lnfluent &Effluent Data

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

(3)运行成本分析

系统经过调试，出水稳定达标。在稳定运行后，系统的运行成本统计如下：

①药剂费用。药剂包括99%甲醇、31% HCl、10% PAC、99%磷酸二氢钠、0.1% PAM、94%石灰，合计费用为5.91元/m3。

②电费。包括鼓风机、水泵等用电设备的耗电。电费为0.62元/m3。

总运行成本为6.53元/m3。

5.经验与总结

（1）针对冷轧酸洗废水，采用甲醇作为反硝化工艺外加碳源具有较好效果和经济性。

（2）生化系统反硝化降解速率较为迅速，对冷轧酸洗废水，运用生化反应可以降解大部分的硝基氮，出水总氮能达到直排标准。从硝化和反硝化速率的经验值来看，反硝化速率明显高于硝化速率，在有合适碳源情况下，反硝化反应进行很迅速且彻底。

（3）对进水硝氮很高的废水，需考虑生化过程中温度和pH变化对系统的影响，配备温度控制和pH控制措施。