钢铁行业废水处理生物活性碳源的应用

钢铁冷轧废水中有毒有害污染物质种类繁多，产线排放出来的废水主要有含铬废水、含镍废水、含油废水、含酸废水等，这些废水含有大量重金属，油类物质和总氮也比较高，一直以来就是钢铁企业水处理行业中的技术攻关重点和难点。近年来，随着国家环境保护要求的不断严格，相关法令法规的制定与执行，对冷轧废水的处理提出了新的更高的要求。

华南某钢铁生产的酸洗废水经过隔油、中和、絮凝沉淀等预处理设施处理后进入生化池通过生物反硝化对总氮进行降解，再经深度处理达标后外排。生化池采用活性污泥法，为A2O工艺，处理水量为80m3/h左右，总氮800~1200mg/L。根据经验以及化验数据来看，该股废水具有高TN、低TP的特点。所以污水处理厂每天通过投加3t葡萄糖和磷盐，来补充生物反硝化所需的碳源和能量，但总氮去除率仅能达到68%左右，亟需寻找更为合适的碳源投加，以提高脱氮效果。

生物活性碳源(Pro-C)采用普罗倍增技术研发而成，产品为棕褐色无刺激性气味的弱酸性液体，组分为小分子有机酸、醇类、糖类以及藻类提取物等，具有极高的COD当量，可广泛应用于市政污水/工业污水处理系统中，以解决碳源不足而导致的出水NOx-N偏高问题，提高污水处理系统的反硝化能力，同时对强化生物除磷等也有很好的效果。本文介绍了Pro-C用于钢铁酸洗废水处理系统的实践，对Pro-C与传统葡萄糖碳源的应用特点进行对比和总结，试验研究了Pro-C替代葡萄糖的效果。

1、材料与方法

1.1 试验药剂

生物活性碳源(Pro-C)：密度为1.21mg/L，COD≥1,000,000mg/L，外观为棕褐色液体，无毒无害。

葡萄糖(食品级)：密度为1.56g/cm3，COD为900,000mg/kg，白色粉末状，无毒无害。

1.2 试验方法

进行试验的钢铁企业冷轧退火酸洗线产能为70万t/a，产品覆盖300系、400系、200系不锈钢冷轧板带成品。现场废水处理系统的运行工艺流程为：酸洗废水(以及含油废水)→隔油池→中和池→中沉池→水解酸化池→厌氧池→缺氧池→好氧池→二沉池→深度处理→达标排放。该废水站生化出水TN在300~400mg/L，COD在300mg/L左右。

本试验通过将生物活性碳源投加于厌氧池前端，观察生化系统的出水总氮、COD以及生物相等指标，对比葡萄糖替代前后的使用效果。但由于该系统前端采用石灰调节来水pH，使得生化系统污泥钙化严重，有效污泥浓度较低(SS/VSS≈0.15)。所以在试验时，采用逐步替代的葡萄糖的方法(即分四个阶段在厌氧池投加Pro-C和葡萄糖，最终完全替代葡萄糖，并实现减量投加)，以此避免钙化下的活性污泥对碳源替换的不适而导致的数据升高。表1为四个阶段中Pro-C和葡萄糖的用量。

1.3 分析方法

Pro-C作为一款新型碳源药剂，安全无害，能够有效替代传统碳源。在此项目中，评估Pro-C的高效性和安全性主要为二沉池出水的总氮浓度、COD浓度和生物相。

本试验取样点为厌氧池进口、好氧池进口以及二沉池出口。取样的检测项目、检测频率以及检测方法，参见表2。

2、结果与讨论

2.1 生化系统脱氮效果

总氮是指水中各种形态的有机氮和无机氮的总和。当总氮含量超标的废水排入水体，使得水中有机氮/无机氮化合物含量升高，极易造成水生藻类大量生长，浮游植物繁殖旺盛，水体出现富营养化，导致水质恶化。而钢铁冷轧酸洗线一般是采用硝酸作为原料，从而使得所排出的含酸废水中总氮浓度相当高，如水中总氮得不到有效去除，势必会对环境造成严重污染。

图1为投加Pro-C期间生化系统进、出水总氮浓度变化情况。从下图中可以看出，Pro-C在替代食品级葡萄糖过程中，出水总氮浓度呈现的不同规律。在每天投加使用3t葡萄糖期间，废水站二沉池出水总氮基本维持在300mg/L以上。试验过程第一阶段，以1.75t的生物活性碳源替代2t葡萄糖，出水总氮开始出现下降趋势，平均总氮为261mg/L，由于试验第三天进水总氮异常，导致后一天的出水数据也有小幅升高，但随着进水稳定，出水总氮随即开始下降。试验第二阶段，用2.5t的Pro-C完全替代3t葡萄糖，此阶段二沉池出水总氮平均值为206.4mg/L，此过程二沉出水较大波动，主要原因在于：

(1)产线排水异常，使得进生化系统的总氮起此彼伏，对微生物的新陈代谢造成一定影响，脱氮能力受到冲击。

(2)生化系统污泥自身钙化严重，有效活性污泥含量较低，且此阶段为完全投加Pro-C作为反硝化碳源，微生物内部代谢以及酶的分泌发生改变，使其需要短暂的适应，从而导致此阶段的数据波动。

(3)第三阶段为碳源减量阶段，此时每天投加Pro-C为2.25t，出水总氮数据平均85.6mg/L，此时微生物已适应Pro-C，即便进水总氮升高，出水总氮依然保持平稳在100mg/L以下。

(4)第四阶段的碳源投加量降至2.0t，此时出水平均总氮较第三阶段升高11.5mg/L，并保持稳定，说明在满足业主要求的出水总氮小于100mg/L的要求下，此时Pro-C的投加量恰到满足，且可以替代1.5倍葡萄糖的使用量。

2.2 生化出水CODCr变化情况

COD指污水废水中需要被氧化的还原性物质的含量，化学需氧量越高，就表示江水的有机物污染越严重，如果不对其加以处理，许多有机污染物可在江底被底泥吸附而沉积下来，在今后若干年内对水生生物造成持久的毒害作用。所以在水质环保治理管理中，化学需氧量是一个重要有机物污染参数。

在此废水处理系统中，如果生化池出水的COD过高，会大大加重后端深度处理的运行费用。因此，改善前端出水CODCr可以有效降低运营成本投入。图2是投加生物活性碳源试验期间，生化系统出水CODCr的变化情况。

从图2可以看出，该污水处理系统厌氧前端CODCr基本在1000mg/L左右浮动，说明此系统来水水质情况较为稳定。在此前提下用Pro-C替代葡萄糖，避免了来水有机物浓度波动的冲击。由于葡萄糖分子链较长，微生物脱氮利用率较低，所以在现场使用葡萄糖期间，二沉池出水CODCr在350mg/L左右，有点偏高。Pro-C为小分子有机酸、醇类、糖类以及藻类提取物等，不但利于微生物吸收转化，而且可以提供微生物所需微量营养成分，提高其代谢活力。在逐步替代过程中，二沉池出水CODCr呈现出下降趋势，最终出水CODCr可以降至100mg/L左右。由此说明，通过使用Pro-C作为生物脱氮的碳源，可以安全有效的提高反硝化速率的同时，还可以改善系统出水CODCr情况。

2.3 生物相

在使用Pro-C逐步替代葡萄糖期间，通过每天取样观察好氧池活性污泥的生物相发现：在投加葡萄糖期间，好氧池活性污泥结构松散，絮粒较小，基本以漫游虫、肾形虫、游仆虫为主，二沉池上清液较为浑浊；而在投加Pro-C试验后期，生物镜检可以明显观察到小口钟虫、轮虫，斜管虫等，而且较为活跃，二沉池上清液也逐渐变得清澈。说明此时生物种类开始丰富，这有助于生化处理系统的稳定运行。

3、结论

(1)Pro-C作为一款新型生物质绿色碳源，可以完全替代传统碳源葡萄糖。在此处理系统中使用，用量仅为葡萄糖量的1/1.5，总氮去除率提高20%左右。

(2)Pro-C完全可以被微生物吸收利用，在确保脱氮效率的同时，改善系统出水COD；由于Pro-C主要为小分子有机物，且富含多种微生物营养基质，可以被微生物快速吸收利用，有效提高微生物活性，改善生物多样性。

(3)Pro-C作为液体碳源，投加方便，可以节省劳动力投入以及设备电耗，适合大量投加碳源进行脱氮的污水处理厂。(来源：普罗生物技术(上海)有限公司)