化工废水脱氮处理AO工艺
四川某钛业公司以硫酸法生产钛白粉，产生大量44~48℃的酸性废水。该废水经电石渣中和后采用氯氧化脱氮，出水氨氮达到15mg/L以下，总氮在35mg/L以下，运行成本较高。现出水水质要求执行《四川省岷江、沱江流域水污染物排放标准》（DB51/2311―2016）中“工业园区集中式污水处理厂”标准，即氨氮≤3mg/L、总氮≤15mg/L，需对氨氮和总氮进一步处理。考虑到原有氯氧化工艺的脱氮运行费用较高，且无法保证总氮达标，而较高温度的废水先降温后处理会增加运行费用，同时排水的钙离子含量高，可能导致冷却塔结垢严重，影响稳定运行，因此进行生化脱氮十分必要。有报道指出，温度是影响生物脱氮的重要因素之一，较高温度下活性污泥仍表现出较高的生物活性。基于此，笔者以AO活性污泥法为主体工艺处理钛业化工废水，逐步提高水力负荷，考察处理效果，以期为化工废水的低成本运行提供指导和参考。
1、材料与方法
1.1 进水水质
某钛白粉生产企业产生的酸性废水经电石渣中和后作为试验进水，其pH为7.54~9.84、COD为36.6~71.4mg/L、NH3-N为6.5~17.8mg/L、TN为11.1~27.8mg/L、TP约为0.2mg/L，因TP满足DB51/2311―2016规定的排放标准要求，故试验中未考虑TP。
1.2 试验装置
AO中试工艺流程如图1所示。中试装置主体设备尺寸为2.5m×5m×2.5m，生化有效容积约6.5m3。池体材质为不锈钢，设计处理水量为0.4m3/h，水力停留时间约16.25h。试验期间，进水提升至缺氧池，依次经过好氧池和沉淀池，经泥水分离后出水，污泥由沉淀池回流至缺氧池前端。
1.3 运行条件
试验进水温度在18~49℃，DO控制在3.5~4.5mg/L，混合液回流和污泥回流总比例控制在150%~200%，稳定运行期间严格控制在150%，其中污泥回流比为60%，混合液为90%。接种污泥为新乐市某污水处理厂好氧池污泥，由于进水碳源较低，运行期间污泥质量浓度约2000mg/L。试验期间各阶段进水流量如表1所示。
2、结果与讨论
试验于2020年3月27日开始，6月4日结束。试验期间测定进、出水的COD、NH3-N、TN，每天上、下午测定进、出水及A池系统的温度。
2.1 试验期间温度变化情况
试验期间温度变化情况如图2所示。图中均为白天（上午温度较低时段和下午温度较高时段）的测定值。
由图2可见，试验期间系统温度总体呈上升趋势，进水温度变化较大主要是环境温差造成的，系统温度、出水温度与进水温度呈相同变化趋势。进水温度最高可达49℃，系统温度最高达40.8℃，出水温度最高达37.4℃。
2.2 COD去除效果
试验期间对进出水的COD进行测定，结果见图3。
由图3可以看出，污泥驯化培养初期进水流量为0.2m3/h，第5天提升进水流量至0.3m3/h，出水水质急剧下降，主要是因为污泥未完全适应环境。将进水流量调低至0.2m3/h进行适应培养，调整3d后出水指标降低。为保证调试循序渐进，降低进水负荷增加梯度，增加了0.25m3/h的过渡期，后将进水流量调至0.3、0.4、0.5m3/h，此时出水COD在25~35mg/L，均能满足出水要求。试验进行到约50d时，进水温度维持在40℃以上，温度较高，但出水COD也能达到排放要求。原因在于活性污泥在17~40℃之间均能保持较高的生物活性，具有较好的去除效果。此外，从进水流量为0.5m3/h的运行效果来看，即使系统受到冲击，出水COD在25~35mg/L，可满足《四川省岷江、沱江流域水污染物排放标准》（DB51/2311―2016）中的“工业园区集中式污水处理厂”标准要求（COD≤40mg/L）。
2.3 氨氮去除效果
系统对氨氮的去除效果如图4所示。
由图4可知，污泥驯化培养初期接种活性污泥未能很好地适应环境，出水氨氮不达标。第5天提升进水流量至0.3m3/h后，出水氨氮急剧升高，主要原因是进水负荷提升，水力停留时间缩短，污染物未来得及降解即随出水排出。将进水流量调回至0.2m3/h进行适应培养后，出水氨氮达标。此后逐步提升进水流量至0.5m3/h，系统对氨氮仍有较好的去除效果，出水氨氮基本维持在0.2~1.5mg/L，满足排放标准要求（≤3mg/L），说明水量冲击对系统无明显影响。进水温度持续维持在45℃左右，出水氨氮由0.1~0.2mg/L升至0.8~1.0mg/L，说明高温对氨氮的去除有一定影响。
2.4 总氮去除效果
工程经验表明，反硝化1kg硝态氮需要至少5kgCOD。试验进水的碳氮比平均为2.7，且进水中有部分COD为难降解有机物，因此实际可利用的碳源量更低。在缺氧池中投加工业级乙酸钠，考察不同质量浓度的乙酸钠对总氮去除效果的影响，结果见图5。
从图5可以看出，在污泥驯化初期投加52mg/L乙酸钠，出水无法满足排放标准要求；增加乙酸钠质量浓度至100mg/L，污泥适应几天后出水可达到排放标准。增大碳氮比可提供更多电子供体进行反硝化，增强脱氮效果。其中e阶段出水总氮可稳定在5mg/L左右，为降低成本，逐步降低乙酸钠质量浓度至55mg/L，出水总氮在8~10mg/L，可满足排放标准要求（≤15mg/L）。
3、运行费用及成本分析
运行成本主要包括电费、药剂费、污泥处置费、人工费、设备折旧费等，由于是中试试验，仅对生化部分药剂费和电费进行核算。
药剂费主要为工业乙酸钠（碳源）的费用。工业乙酸钠价格为3000元/t，按中试最低碳源投加量55mg/L计算，则碳源费用为0.365元/t。电费：中试用电设备主要包括：进水泵（0.37kW）、2台潜水搅拌泵（0.01kW×2）、鼓风机（0.75kW）、污泥回流及混合液回流泵（0.05kW×2），处理水量0.4m3/h，工业电费按0.6元/kW・h计，则电费成本为0.263元/t。综上，中试的运行成本为0.628元/t。
4、结论和建议
（1）AO工艺对某钛业生产企业排放化工废水中的COD、氨氮和总氮有较好的处理效果，出水COD为25~35mg/L，氨氮在1mg/L以下，总氮为6~9mg/L，可满足DB51/2311―2016《四川省岷江、沱江流域水污染物排放标准》“工业园区集中式污水处理厂”的排放标准要求。
（2）在进水温度达49℃、系统温度达40.8℃的条件下，接种活性污泥经驯化后，硝化、反硝化作用稳定，能够达到脱氮要求。
（3）进水总氮较高时，投加55mg/L碳源，出水总氮在8~10mg/L，能够稳定达标。运行成本（含药剂费与电费）可控制在0.628元/t。（来源：嘉诚环保工程有限公司，河北省污水治理与资源化技术创新中心，污水治理与水体修复工程研究中心）