五金行业中，为改善产品表面性能或耐腐蚀特性，常采用（强）酸作为清洗剂或腐蚀剂，对五金制品进行表面清洗或腐蚀处理。清洗或腐蚀工序后，必须用清水对产品和设备进行漂洗，因而产生废酸液和酸洗废水。随着产业的快速升级发展及持续壮大，其生产过程中所产生的废水问题也将会日益凸显。
试验选用济南市某铸造公司的生产废水作为试验用水。该公司是一家从事玛钢管件、钢管接头等管路连接件生产的出口型企业，在其对产品进行后期加工处理过程中，产生大量的废水。笔者试验对该生产废水处理工艺进行了相应的试验研究，以期为此类废水处理工艺的选择及设计运行提供参考和依据。
1 废水水质与处理工艺流程
1.1 废水水质
试验用生产废水主要来自于管件生产后期处理工序，主要包括酸洗、镀锌、漂洗等废水。废水水质成分复杂，包含废酸、氨氮、TFe和Zn2+等。具体水质指标如表 1所示。
| 项目 | pH | COD/(mg.L -1 ) | 氨氮/(mg.L -1 ) | TN/(mg.L -1 ) | TFe/(mg.L -1 ) | Zn 2+ /(mg.L -1 ) |
| 数值 | 1.3 | 44 | 373 | 482 | 8069 | 1495 |
1.2 废水处理工艺流程
从生产废水的水质指标可以看出，废水处理的难点在于金属离子、氨氮的去除，以及降低pH中和的成本。废水呈强酸性，并含有有毒有害物质，应先进行物化预处理消除废水的毒性，再进行生物脱氮处理。废水中含有大量的氨氮，并且缺乏有机物。因此，引入含有有机物的厂区日杂用水，以补充所需有机物。综合上述情况分析，选取废水处理工艺流程如图 1所示。
1.3 工艺流程说明
1.3.1 物化预处理
对废水进行物化预处理的目的是去除部分污染物（TFe、Zn2+），并完成pH的调整。采用两级中和沉淀工艺：一级中和池采用价格低廉的石灰石进行酸的预中和，减少中和药剂用量；二级中和池通过投加石灰乳调节pH，并通过曝气将Fe2+氧化成Fe3+。最终形成沉淀去除Fe2+、Zn2+；因泥量较大，为改善泥水分离效果，在二级中和池中加入聚丙烯酰胺（PAM），然后进入沉淀池沉淀。污水经物化预处理后，进入后续生物脱氮处理过程。
利用石灰石预中和时，容易产生硫酸钙覆盖在其表面而阻碍反应的进一步进行。在预中和时加入曝气手段，可有效避免硫酸钙沉积物的覆盖，保障反应的持续进行；同时，曝气还可有效吹脱反应过程中产生的CO2，减少二级中和时的石灰乳耗用量。
1.3.2 生物脱氮
生产废水含有较高浓度的氨氮，而有机物含量极低，呈现显著的“低碳高氮”特性，不利于生物脱氮反应。在中间池，引入厂区日杂用水与物化预处理后的生产废水混合，可以补充有机碳源，并对生产废水起到稀释作用。选用“缺氧/好氧/缺氧/好氧（A/O/A/O）”方式运行的SBR工艺进行生物脱氮。一级缺氧段，进水中的硝态氮利用日杂用水中的有机物进行反硝化脱氮；一级好氧段，主要完成氨氮的硝化反应；二级缺氧段，主要利用投加的乙酸钠作为碳源完成反硝化反应；二级好氧段，继续完成脱氮反应，消耗残留的有机物，保证出水水质。同时，通过曝气吹脱水中的氮气，以改善活性污泥的泥水分离效果。
2 试验方法
2.1 物化预处理试验
在试验中，两级中和池均以间歇方式运行。一级中和池内，通过连续监测废水pH的变化情况，可得到不同HRT下，一级中和池出水的pH。二级中和池中，投加石灰乳调节pH为7.0～7.5，经充分曝气，将Fe2+氧化成Fe3+，形成Fe（OH）3沉淀。继续投加石灰乳，调节pH至8.5左右，使Zn2+形成Zn（OH）2沉淀而去除。为改善污泥沉淀效果，考察不同PAM投加量投加时的沉淀效果，以及TFe、Zn2+的去除情况。
2.2 生物脱氮试验
生物脱氮采用SBR反应器，以“A/O/A/O”方式运行。各段运行时间为：瞬时进水，缺氧搅拌1 h，好氧曝气15h，缺氧搅拌4h，后置曝气2 h，沉淀1 h，排水、静置1 h，每天运行1个周期。SBR反应器排水比为1∶2，反应器污泥质量浓度为4000mg/L。运行过程中，通过NaOH和H2SO4调节pH在7～8之间，缺氧段只搅拌，溶解氧小于0.5mg/L，好氧段溶解氧大于2.0mg/L。在二级缺氧段按C/N=5投加乙酸钠作为反硝化碳源。
3 试验结果与分析
3.1 一级中和池处理效果
生产废水进入一级中和池后，废水中的酸与石灰石发生中和反应，考察pH随HRT的变化情况发现：废水进入一级中和池后，pH在很短的停留时间内上升到3左右，然后缓慢上升，HRT达到2h后，pH基本不变。石灰石对酸性废水的中和效果受HRT、石灰石中碳酸钙含量以及石灰石粒径等多种因素的影响，使用时应根据试验情况确定最佳的HRT。
将一级中和池的出水静置沉淀1 h，取上清液测定废水水质发现：pH=3.4，TFe=7 967 mg/L，TFe去除率为1.3%，Zn2+为1 400 mg/L，Zn2+去除率为6.4%。可见通过一级中和池处理后，出水pH仍较低，不能通过生成沉淀去除Fe2+、Zn2+，反应前后金属离子浓度几乎没有变化。
3.2 二级中和池处理效果
汪大翚等研究表明：在pH为7.0～7.5条件下曝气，Fe2+可迅速转化成Fe3+，且Fe3+在pH大于4.1时，即可生成Fe（OH）3沉淀。李广志等研究表明：Zn2+开始沉淀的pH为6.84，要其沉淀完全，则pH应大于8.0。废水进入二级中和池后，用石灰乳调节pH为7.0～7.5，曝气4 h，将Fe2+氧化成Fe3+。并用石灰乳调节反应池出水pH至8.5左右。
二级曝气中和池处理后静置沉淀1 h，取上清液测定水质发现：pH=8.3，TFe=11.7 mg/L，TFe去除率为99.9%，Zn2+为2.2 mg/L，Zn2+去除率为99.9%。二级中和池出水的TFe、Zn2+浓度均较低。二级中和池通过控制出水pH，实现了TFe、Zn2+的同时去除。
3.3 投加PAM对处理效果的影响
废水经二级中和池处理后，分别加入不同量的PAM。测定泥渣沉降比随沉淀时间的变化情况，结果如图 2所示。
沉淀1 h后，取上清液测定不同PAM投加量下，TFe、Zn2+的去除效果，结果如图 3所示。
由图 2可见，在PAM投加量较小时，随着PAM投加量的提高，泥渣的沉降性能提高，达到相同沉降比所需时间缩短。当PAM投加量大于3 mg/L后，泥渣的沉降性能变化较小。当沉淀时间大于30 min后，泥渣的沉降比相差不大。
由图 3可见，随着PAM投加量的增加，出水TFe、Zn2+的浓度呈现下降的趋势；直到PAM投加量达到3 mg/L以后，TFe、Zn2+的出水浓度变化较小。综上，投加PAM提高了泥渣的沉速，改善了废水中细小悬浮颗粒的絮凝沉淀效果，从而提高了出水水质。但PAM的投加不改变泥渣沉淀后的体积。
综合考虑处理效果和经济性，选择PAM投加量为3mg/L。絮凝沉淀1h后，测定出水水质发现：pH=8.3，TFe=6.7mg/L，TFe去除率为99.9%，Zn2+为1.3 mg/L，Zn2+去除率为99.9%。经过物化预处理过程，废水中的有毒有害成分已基本去除，可进行生物脱氮处理。
3.4 生化处理脱氮
试验中向物化预处理后的实际生产废水，补充有机营养物质，以及微量元素（MnCl2·4H2O，30mg/L；（NH4）6Mo7O24·4H2O，50mg/L；H3BO3，30mg/L；CuCl2，30mg/L；KI，45mg/L；AlCl3，50mg/L；CoCl2，50mg/L；NiCl2，50mg/L），配制成生物脱氮试验用水，主要水质：pH为7.8～8.2，COD为295～326 mg/L，氨氮为250～273 mg/L，TN为337～375 mg/L。
3.4.1 SBR反应器的启动驯化
试验中所用的接种污泥取自泰达污水处理厂，污泥呈灰黑色，曝气48h后，污泥颜色转为棕褐色，开始向反应器加入试验用水。SBR反应器启动驯化期间，通过控制排水比，调节反应器内污染物的浓度，并逐步将排水比提升至1∶2。连续监测每个运行周期进水后，反应器内污染物浓度变化。监测结果显示：经过20d的启动驯化，TN、氨氮去除率可稳定达到95%以上。启动驯化期间，反应器内TN、氨氮的去除情况如图 4所示。
由图 4可见，在启动驯化一段时间后，出水水质稳定，出水TN、氨氮浓度均处在较低的浓度。可见，该处理工艺对高氨氮管件生产废水的脱氮有较好的处理效果。也说明物化预处理工艺消除了生产废水中的有毒成分，使SBR生物脱氮过程得以稳定进行。
3.4.2 SBR反应器稳定运行后的处理效果
启动驯化阶段结束后，连续监测多个周期内反应器的出水水质，监测结果如表 2所示。
| 项目 | pH | COD/(mg.L -1 ) | 氨氮/(mg.L -1 ) | TN/(mg.L -1 ) | TFe/(mg.L -1 ) | Zn 2+ /(mg.L -1 ) |
| 平均值 | 7～8 | 26.7 | 0.8 | 7.5 | 0.2 | 0.4 |
由表 2可见，高氨氮管件生产废水，经组合处理工艺处理后，出水水质优于《污水综合排放标准》（GB8978—1996）的一级标准；也达到《城市污水再生利用城市杂用水水质》（GB/T18920—2002）中的道路清扫、绿化标准，处理水全部可用作厂区回用水。。
4 结论
（1）该组合废水处理工艺流程可较好地实现高氨氮管件生产废水的处理，废水处理后水质可达《城市污水再生利用城市杂用水水质》（GB/T 18920—2002）中的道路清扫、绿化标准，满足回用水质要求。
（2）在高氨氮管件生产废水物化预处理中，采用二级中和工艺，用石灰石进行预中和，减少了中和时碱的用量。该工艺可在调节pH时，同步实现TFe、Zn2+的去除。
（3）生物脱氮时，引入厂区杂用水补充有机物，减少了外加有机碳源乙酸钠的耗用量。
（4）“A/O/A/O”型SBR脱氮工艺有较好的脱氮效果，并可以根据实际处理情况，灵活地对运行参数进行调整。
