鋼鐵行業(yè)廢水處理生物活性碳源的應(yīng)用

鋼鐵冷軋廢水中有毒有害污染物質(zhì)種類繁多，產(chǎn)線排放出來的廢水主要有含鉻廢水、含鎳廢水、含油廢水、含酸廢水等，這些廢水含有大量重金屬，油類物質(zhì)和總氮也比較高，一直以來就是鋼鐵企業(yè)水處理行業(yè)中的技術(shù)攻關(guān)重點(diǎn)和難點(diǎn)。近年來，隨著國家環(huán)境保護(hù)要求的不斷嚴(yán)格，相關(guān)法令法規(guī)的制定與執(zhí)行，對(duì)冷軋廢水的處理提出了新的更高的要求。

華南某鋼鐵生產(chǎn)的酸洗廢水經(jīng)過隔油、中和、絮凝沉淀等預(yù)處理設(shè)施處理后進(jìn)入生化池通過生物反硝化對(duì)總氮進(jìn)行降解，再經(jīng)深度處理達(dá)標(biāo)后外排。生化池采用活性污泥法，為A2O工藝，處理水量為80m3/h左右，總氮800~1200mg/L。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)以及化驗(yàn)數(shù)據(jù)來看，該股廢水具有高TN、低TP的特點(diǎn)。所以污水處理廠每天通過投加3t葡萄糖和磷鹽，來補(bǔ)充生物反硝化所需的碳源和能量，但總氮去除率僅能達(dá)到68%左右，亟需尋找更為合適的碳源投加，以提高脫氮效果。

生物活性碳源(Pro-C)采用普羅倍增技術(shù)研發(fā)而成，產(chǎn)品為棕褐色無刺激性氣味的弱酸性液體，組分為小分子有機(jī)酸、醇類、糖類以及藻類提取物等，具有極高的COD當(dāng)量，可廣泛應(yīng)用于市政污水/工業(yè)污水處理系統(tǒng)中，以解決碳源不足而導(dǎo)致的出水NOx-N偏高問題，提高污水處理系統(tǒng)的反硝化能力，同時(shí)對(duì)強(qiáng)化生物除磷等也有很好的效果。本文介紹了Pro-C用于鋼鐵酸洗廢水處理系統(tǒng)的實(shí)踐，對(duì)Pro-C與傳統(tǒng)葡萄糖碳源的應(yīng)用特點(diǎn)進(jìn)行對(duì)比和總結(jié)，試驗(yàn)研究了Pro-C替代葡萄糖的效果。

1、材料與方法

1.1 試驗(yàn)藥劑

生物活性碳源(Pro-C)：密度為1.21mg/L，COD≥1,000,000mg/L，外觀為棕褐色液體，無毒無害。

葡萄糖(食品級(jí))：密度為1.56g/cm3，COD為900,000mg/kg，白色粉末狀，無毒無害。

1.2 試驗(yàn)方法

進(jìn)行試驗(yàn)的鋼鐵企業(yè)冷軋退火酸洗線產(chǎn)能為70萬t/a，產(chǎn)品覆蓋300系、400系、200系不銹鋼冷軋板帶成品?，F(xiàn)場廢水處理系統(tǒng)的運(yùn)行工藝流程為：酸洗廢水(以及含油廢水)→隔油池→中和池→中沉池→水解酸化池→厭氧池→缺氧池→好氧池→二沉池→深度處理→達(dá)標(biāo)排放。該廢水站生化出水TN在300~400mg/L，COD在300mg/L左右。

本試驗(yàn)通過將生物活性碳源投加于厭氧池前端，觀察生化系統(tǒng)的出水總氮、COD以及生物相等指標(biāo)，對(duì)比葡萄糖替代前后的使用效果。但由于該系統(tǒng)前端采用石灰調(diào)節(jié)來水pH，使得生化系統(tǒng)污泥鈣化嚴(yán)重，有效污泥濃度較低(SS/VSS≈0.15)。所以在試驗(yàn)時(shí)，采用逐步替代的葡萄糖的方法(即分四個(gè)階段在厭氧池投加Pro-C和葡萄糖，最終完全替代葡萄糖，并實(shí)現(xiàn)減量投加)，以此避免鈣化下的活性污泥對(duì)碳源替換的不適而導(dǎo)致的數(shù)據(jù)升高。表1為四個(gè)階段中Pro-C和葡萄糖的用量。

1.3 分析方法

Pro-C作為一款新型碳源藥劑，安全無害，能夠有效替代傳統(tǒng)碳源。在此項(xiàng)目中，評(píng)估Pro-C的高效性和安全性主要為二沉池出水的總氮濃度、COD濃度和生物相。

本試驗(yàn)取樣點(diǎn)為厭氧池進(jìn)口、好氧池進(jìn)口以及二沉池出口。取樣的檢測項(xiàng)目、檢測頻率以及檢測方法，參見表2。

2、結(jié)果與討論

2.1 生化系統(tǒng)脫氮效果

總氮是指水中各種形態(tài)的有機(jī)氮和無機(jī)氮的總和。當(dāng)總氮含量超標(biāo)的廢水排入水體，使得水中有機(jī)氮/無機(jī)氮化合物含量升高，極易造成水生藻類大量生長，浮游植物繁殖旺盛，水體出現(xiàn)富營養(yǎng)化，導(dǎo)致水質(zhì)惡化。而鋼鐵冷軋酸洗線一般是采用硝酸作為原料，從而使得所排出的含酸廢水中總氮濃度相當(dāng)高，如水中總氮得不到有效去除，勢必會(huì)對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重污染。

圖1為投加Pro-C期間生化系統(tǒng)進(jìn)、出水總氮濃度變化情況。從下圖中可以看出，Pro-C在替代食品級(jí)葡萄糖過程中，出水總氮濃度呈現(xiàn)的不同規(guī)律。在每天投加使用3t葡萄糖期間，廢水站二沉池出水總氮基本維持在300mg/L以上。試驗(yàn)過程第一階段，以1.75t的生物活性碳源替代2t葡萄糖，出水總氮開始出現(xiàn)下降趨勢，平均總氮為261mg/L，由于試驗(yàn)第三天進(jìn)水總氮異常，導(dǎo)致后一天的出水?dāng)?shù)據(jù)也有小幅升高，但隨著進(jìn)水穩(wěn)定，出水總氮隨即開始下降。試驗(yàn)第二階段，用2.5t的Pro-C完全替代3t葡萄糖，此階段二沉池出水總氮平均值為206.4mg/L，此過程二沉出水較大波動(dòng)，主要原因在于：

(1)產(chǎn)線排水異常，使得進(jìn)生化系統(tǒng)的總氮起此彼伏，對(duì)微生物的新陳代謝造成一定影響，脫氮能力受到?jīng)_擊。

(2)生化系統(tǒng)污泥自身鈣化嚴(yán)重，有效活性污泥含量較低，且此階段為完全投加Pro-C作為反硝化碳源，微生物內(nèi)部代謝以及酶的分泌發(fā)生改變，使其需要短暫的適應(yīng)，從而導(dǎo)致此階段的數(shù)據(jù)波動(dòng)。

(3)第三階段為碳源減量階段，此時(shí)每天投加Pro-C為2.25t，出水總氮數(shù)據(jù)平均85.6mg/L，此時(shí)微生物已適應(yīng)Pro-C，即便進(jìn)水總氮升高，出水總氮依然保持平穩(wěn)在100mg/L以下。

(4)第四階段的碳源投加量降至2.0t，此時(shí)出水平均總氮較第三階段升高11.5mg/L，并保持穩(wěn)定，說明在滿足業(yè)主要求的出水總氮小于100mg/L的要求下，此時(shí)Pro-C的投加量恰到滿足，且可以替代1.5倍葡萄糖的使用量。

2.2 生化出水CODCr變化情況

COD指污水廢水中需要被氧化的還原性物質(zhì)的含量，化學(xué)需氧量越高，就表示江水的有機(jī)物污染越嚴(yán)重，如果不對(duì)其加以處理，許多有機(jī)污染物可在江底被底泥吸附而沉積下來，在今后若干年內(nèi)對(duì)水生生物造成持久的毒害作用。所以在水質(zhì)環(huán)保治理管理中，化學(xué)需氧量是一個(gè)重要有機(jī)物污染參數(shù)。

在此廢水處理系統(tǒng)中，如果生化池出水的COD過高，會(huì)大大加重后端深度處理的運(yùn)行費(fèi)用。因此，改善前端出水CODCr可以有效降低運(yùn)營成本投入。圖2是投加生物活性碳源試驗(yàn)期間，生化系統(tǒng)出水CODCr的變化情況。

從圖2可以看出，該污水處理系統(tǒng)厭氧前端CODCr基本在1000mg/L左右浮動(dòng)，說明此系統(tǒng)來水水質(zhì)情況較為穩(wěn)定。在此前提下用Pro-C替代葡萄糖，避免了來水有機(jī)物濃度波動(dòng)的沖擊。由于葡萄糖分子鏈較長，微生物脫氮利用率較低，所以在現(xiàn)場使用葡萄糖期間，二沉池出水CODCr在350mg/L左右，有點(diǎn)偏高。Pro-C為小分子有機(jī)酸、醇類、糖類以及藻類提取物等，不但利于微生物吸收轉(zhuǎn)化，而且可以提供微生物所需微量營養(yǎng)成分，提高其代謝活力。在逐步替代過程中，二沉池出水CODCr呈現(xiàn)出下降趨勢，最終出水CODCr可以降至100mg/L左右。由此說明，通過使用Pro-C作為生物脫氮的碳源，可以安全有效的提高反硝化速率的同時(shí)，還可以改善系統(tǒng)出水CODCr情況。

2.3 生物相

在使用Pro-C逐步替代葡萄糖期間，通過每天取樣觀察好氧池活性污泥的生物相發(fā)現(xiàn)：在投加葡萄糖期間，好氧池活性污泥結(jié)構(gòu)松散，絮粒較小，基本以漫游蟲、腎形蟲、游仆蟲為主，二沉池上清液較為渾濁；而在投加Pro-C試驗(yàn)后期，生物鏡檢可以明顯觀察到小口鐘蟲、輪蟲，斜管蟲等，而且較為活躍，二沉池上清液也逐漸變得清澈。說明此時(shí)生物種類開始豐富，這有助于生化處理系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

3、結(jié)論

(1)Pro-C作為一款新型生物質(zhì)綠色碳源，可以完全替代傳統(tǒng)碳源葡萄糖。在此處理系統(tǒng)中使用，用量僅為葡萄糖量的1/1.5，總氮去除率提高20%左右。

(2)Pro-C完全可以被微生物吸收利用，在確保脫氮效率的同時(shí)，改善系統(tǒng)出水COD；由于Pro-C主要為小分子有機(jī)物，且富含多種微生物營養(yǎng)基質(zhì)，可以被微生物快速吸收利用，有效提高微生物活性，改善生物多樣性。

(3)Pro-C作為液體碳源，投加方便，可以節(jié)省勞動(dòng)力投入以及設(shè)備電耗，適合大量投加碳源進(jìn)行脫氮的污水處理廠。(來源：普羅生物技術(shù)(上海)有限公司)