不锈钢冷轧酸洗废水处理中和-沉淀-AO组合工艺

工艺背景与废水特性

不锈钢冷轧酸洗废水是钢铁行业最具挑战性的高浓度难处理废水之一，其典型特征包括：

强酸性：pH值通常低于2.0，含5-15%的硫酸、硝酸和氢氟酸混合酸；

复合污染：含铬（200-500mg/L）、镍（50-200mg/L）、氟（100-300mg/L）等重金属及氟化物；

高氮负荷：硝酸盐氮浓度高达1200-2800mg/L，远超常规生化处理限值（<600mg/L）。

传统石灰中和法每处理1吨废水产生0.8-1.2吨危险废渣，且无法回收有价值组分。中和-沉淀-AO组合工艺通过物化生化协同作用，实现了污染物高效去除与资源回用的双重目标。

工艺原理与核心单元

中和-沉淀系统

采用多级梯度中和技术，通过pH精准调控实现污染物分步去除：

一级反应槽（pH=4.5-5.5）：投加石灰乳（Ca(OH)₂）中和游离酸，生成CaSO₄、CaF₂沉淀，去除60-70%氟化物和部分重金属；

二级反应槽（pH=8.5-9.5）：投加NaOH和重金属捕捉剂，使Cr³⁺、Ni²⁺形成氢氧化物沉淀，去除率>95%；

混凝沉淀单元：投加PAC（50-100mg/L）和PAM（0.5-2mg/L）强化絮凝，斜板沉淀池表面负荷控制在0.6-1.0m³/(m²·h)。

关键化学反应：

Ca(OH)_2 + H_2SO_4 → CaSO_4↓ + 2H_2O

3Ni^{2+} + 6OH^- → Ni_3(OH)_6↓

AO生物脱氮系统

针对高硝态氮废水设计的八级缺氧-好氧组合工艺：

缺氧池：HRT=12-16h，投加甲醇（C/N=3:1）和磷酸（P/N=1:5）作为碳源和营养盐，ORP控制在-100～-50mV，反硝化效率达85-90%；

好氧池：DO=2-4mg/L，采用两级推流式设计，消耗残余甲醇并降解COD，污泥浓度MLSS=3000-4000mg/L；

澄清池：污泥回流比1:1.5，SV30维持在20-30%。

脱氮反应路径：

6NO_3^- + 5CH_3OH → 3N_2↑ + 5CO_2 + 7H_2O + 6OH^-

工程设计与运行优化

关键构筑物设计

调节池：设置电导率在线监测（阈值10mS/cm），事故废水单独收集，停留时间≥10h；

反应槽：配备压缩空气曝气管（0.5-5m³空气/m³废水·h）促进Fe²⁺氧化，搅拌机功率3-5W/m³；

中间水池：安装pH/TN在线分析仪，联动控制碳源投加系统，TN控制精度±50mg/L。

智能控制系统

多参数联动：基于ORP、DO、TN的反馈数据，动态调节甲醇投加量（精度±5%）；

数字孪生模型：预测污泥膨胀风险，提前调整回流比和曝气强度；

能效优化：通过变频控制将吨水电耗降至0.45-0.6kWh。

处理效能与资源回收

广东某120万吨/年不锈钢冷轧项目运行数据显示：

出水水质：TN<15mg/L、Cr<0.5mg/L、Ni<0.1mg/L，优于《钢铁工业水污染物排放标》（GB13456-2012）；

污泥减量：分类回收重金属污泥（含Ni 18-22%）和钙盐污泥（CaSO₄>60%），危废量减少75%；

经济性：吨水处理成本18-22元，硫酸回用价值抵消30%运行费用。

技术发展与挑战

创新方向

低碳脱氮：开发厌氧氨氧化（Anammox）耦合工艺，减少碳源需求60%以上；

材料升级：石墨烯改性填料使生物膜量提升3倍，反硝化速率提高40%；

零排放系统：集成高压反渗透将浓水TDS降至<500mg/L，回用率提升至90%。

现存瓶颈

低温抑制：水温<12℃时反硝化速率下降50%，需投加耐冷菌剂或增设换热器；

氟化物残留：出水F⁻浓度1.2-1.8mg/L，需后续活性氧化铝吸附深度处理；

污泥处置：重金属污泥资源化利用需解决镍铬分离技术难题。

中和-沉淀-AO组合工艺通过物化精准控制与生化高效脱氮的协同，为不锈钢冷轧废水处理提供了可靠解决方案。未来随着智能控制与资源回收技术的深度融合，该工艺将在绿色钢铁建设中发挥更重要作用。