鋼鐵行業(yè)廢水處理生物活性碳源的應用

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)重點和難點。近年來，隨著國家環(huán)境保護要求的不斷嚴格，相關(guān)法令法規(guī)的制定與執(zhí)行，對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、絮凝沉淀等預處理設施處理后進入生化池通過生物反硝化對總氮進行降解，再經(jīng)深度處理達標后外排。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)驗以及化驗數(shù)據(jù)來看，該股廢水具有高TN、低TP的特點。所以污水處理廠每天通過投加3t葡萄糖和磷鹽，來補充生物反硝化所需的碳源和能量，但總氮去除率僅能達到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，組分為小分子有機酸、醇類、糖類以及藻類提取物等，具有極高的COD當量，可廣泛應用于市政污水/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，同時對強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)的實踐，對Pro-C與傳統(tǒng)葡萄糖碳源的應用特點進行對比和總結(jié)，試驗研究了Pro-C替代葡萄糖的效果。

1、材料與方法

1.1 試驗藥劑

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)：密度為1.56g/cm3，COD為900,000mg/kg，白色粉末狀，無毒無害。

1.2 試驗方法

進行試驗的鋼鐵企業(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→達標排放。該廢水站生化出水TN在300~400mg/L，COD在300mg/L左右。

本試驗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，對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)污泥鈣化嚴重，有效污泥濃度較低(SS/VSS≈0.15)。所以在試驗時，采用逐步替代的葡萄糖的方法(即分四個階段在厭氧池投加Pro-C和葡萄糖，最終完全替代葡萄糖，并實現(xiàn)減量投加)，以此避免鈣化下的活性污泥對碳源替換的不適而導致的數(shù)據(jù)升高。表1為四個階段中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。在此項目中，評估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。

本試驗取樣點為厭氧池進口、好氧池進口以及二沉池出口。取樣的檢測項目、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)的有機氮和無機氮的總和。當總氮含量超標的廢水排入水體，使得水中有機氮/無機氮化合物含量升高，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高，如水中總氮得不到有效去除，勢必會對環(huán)境造成嚴重污染。

圖1為投加Pro-C期間生化系統(tǒng)進、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，由于試驗第三天進水總氮異常，導致后一天的出水數(shù)據(jù)也有小幅升高，但隨著進水穩(wěn)定，出水總氮隨即開始下降。試驗第二階段，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，主要原因在于：

(1)產(chǎn)線排水異常，使得進生化系統(tǒng)的總氮起此彼伏，對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，從而導致此階段的數(shù)據(jù)波動。

(3)第三階段為碳源減量階段，此時每天投加Pro-C為2.25t，出水總氮數(shù)據(jù)平均85.6mg/L，此時微生物已適應Pro-C，即便進水總氮升高，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，化學需氧量越高，就表示江水的有機物污染越嚴重，如果不對其加以處理，許多有機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，化學需氧量是一個重要有機物污染參數(shù)。

在此廢水處理系統(tǒng)中，如果生化池出水的COD過高，會大大加重后端深度處理的運行費用。因此，改善前端出水CODCr可以有效降低運營成本投入。圖2是投加生物活性碳源試驗期間，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，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，避免了來水有機物濃度波動的沖擊。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，有點偏高。Pro-C為小分子有機酸、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，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。說明此時生物種類開始豐富，這有助于生化處理系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。

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，改善系統(tǒng)出水COD；由于Pro-C主要為小分子有機物，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)省勞動力投入以及設備電耗，適合大量投加碳源進行脫氮的污水處理廠。(來源：普羅生物技術(shù)(上海)有限公司)