某特大型鋼鐵企業(yè)綜合廢水含有煉鋼、煉鐵、焦化、冷軋、生活等各廠排出的綜合廢水，成分復(fù)雜，水質(zhì)階段性波動，該廢水B/C比小于0.2，總氮含量較高，出水水質(zhì)需達(dá)到《鋼鐵工業(yè)水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)（GB13456—2012）》中的排放標(biāo)準(zhǔn)，某企業(yè)經(jīng)過多年運營總結(jié)，采用物化沉淀—前置反硝化接觸池—曝氣生物濾池—后置反硝化濾池—深度化學(xué)氧化相結(jié)合的處理工藝，處理該鋼鐵企業(yè)綜合廢水，出水水質(zhì)完全達(dá)到國家排放標(biāo)準(zhǔn)限制要求。
廢水處理廠水質(zhì)、水量及處理要求
該鋼鐵企業(yè)綜合廢水水量平均為2000m3/h，經(jīng)過處理后，出水水質(zhì)需達(dá)到《鋼鐵工業(yè)水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)（GB13456—2012）》中的要求，部分裝置設(shè)計進(jìn)出水指標(biāo)如表1所示。
表1 設(shè)計進(jìn)、出水水質(zhì)
處理工藝流程及簡介
工藝流程如圖1所示。來自鋼鐵廠的綜合廢水經(jīng)過提升后首先進(jìn)入沉淀池，在混凝劑的作用下，廢水中的膠體和細(xì)微懸浮物凝聚成絮凝體，然后予以分離去除，沉淀池出水進(jìn)入前置反硝化接觸池，原水中的硝酸鹽氮穩(wěn)定脫除。在此過程中，部分有機物得以協(xié)同消耗降解，減輕后續(xù)單元運行壓力，然后廢水進(jìn)入后續(xù)曝氣生物濾池，進(jìn)行碳化及硝化反應(yīng)，脫除廢水中的COD的同時將氨氮轉(zhuǎn)換為硝酸鹽氮，曝氣生物濾池出水后進(jìn)入后置反硝化濾池，在反硝化濾池的缺氧環(huán)境中進(jìn)行反硝化反應(yīng)，進(jìn)一步去除水中總氮。從反硝化濾池出水后，進(jìn)入沙濾池，砂濾池出水進(jìn)入催化氧化池，在催化劑作用下，廢水中無法生物降解的有機物被礦化，廢水得到完全凈化。
圖1 廢水處理工藝流程
運行研究
01 總氮脫除工藝研究
本工程中，總氮的有效脫除是系統(tǒng)運行的難點之一，由于原水中BOD較低，同時進(jìn)水中含有部分硝酸鹽氮，僅靠一級反硝化裝置出水TN難以穩(wěn)定達(dá)標(biāo)。因此，本處理系統(tǒng)分別設(shè)置前置及后置反硝化裝置，其中，前置反硝化裝置內(nèi)裝有簾式懸掛填料，后置反硝化裝置內(nèi)填充生物陶粒。廢水首先進(jìn)入前置反硝化裝置，原水中的硝酸鹽氮得以脫除，在此過程中，部分有機物協(xié)同脫除，為后續(xù)更為精密的生物濾池減輕負(fù)擔(dān)，氨態(tài)氮進(jìn)入曝氣生物濾池轉(zhuǎn)化為硝酸鹽氮，隨后進(jìn)入后置反硝化濾池，在外加碳源的作用下，完成總氮的最終脫除。
通過以上工藝流程研發(fā)，經(jīng)過多年運行實踐，得到系統(tǒng)總氮脫除效果如圖2所示。
圖2 廢水部分理化指標(biāo)變化趨勢
由圖2可以看出：經(jīng)過前置反硝化濾池后，原水中大部分硝態(tài)氮得以降解，剩余約10mg/L，總氮為30mg/L左右，經(jīng)過后置反硝化濾池后，出水總氮穩(wěn)定小于15mg/L，系統(tǒng)進(jìn)水COD為60~90mg/L，經(jīng)過全流程處理后，出水COD穩(wěn)定小于50mg/L。
02 總氮脫除藥劑研究
運行初期，本系統(tǒng)以葡萄糖作為外加碳源，由于葡萄糖為多分子有機物，不易被反硝化細(xì)菌直接利用，造成反硝化濾池產(chǎn)泥量大，出水濁度高，濾池堵塞嚴(yán)重，需要頻繁進(jìn)行反洗，不僅操作壓力大，同時為系統(tǒng)的穩(wěn)定運行帶來巨大風(fēng)險。
有研究表明，采用不同的碳源對反硝化細(xì)菌的培養(yǎng)可產(chǎn)生不同影響，為探索不同碳源對總氮脫除效果影響，進(jìn)行了中試試驗，分別選取乙酸、甲醇及葡萄糖進(jìn)行對比，經(jīng)過約1.5個月中試后，總氮脫除結(jié)果如圖3所示。
圖3 不同碳源投加后系統(tǒng)總氮對比
圖3表明：碳源由葡萄糖更換為乙酸及甲醇后，反硝化細(xì)菌很快完成適應(yīng)，穩(wěn)定運行后，投加乙酸及甲醇均取得了良好效果，試驗進(jìn)水總氮為20~30mg/L，出水總氮均為10mg/L左右，總氮脫除效果優(yōu)于投加葡萄糖組。
根據(jù)不同試驗組碳源投加情況，整理結(jié)果如表2所示。
表2 投加不同碳源效果對比
由表2所示：對比葡萄糖，利用乙酸、甲醇作為反硝化碳源效果更優(yōu)，處理相同當(dāng)量的總氮投加量會更少，同時系統(tǒng)反洗周期明顯降低，出水水質(zhì)更好。
03 有機物穩(wěn)定達(dá)標(biāo)研究
本工程進(jìn)水B/C比為0.2，可生化性較差，同時，向脫除總氮系統(tǒng)中投加了碳源，易造成系統(tǒng)出水有機物升高現(xiàn)象，出水有機物穩(wěn)定達(dá)標(biāo)難度大。為此，系統(tǒng)末端設(shè)置了臭氧催化氧化裝置，形成了混凝沉淀—生化處理—深度化學(xué)氧化處理體系。首先，通過物化沉淀去除廢水中的膠體及微小懸浮顆粒，部分有機物同時得以沉淀脫除，然后，廢水進(jìn)入生化處理單元，在生物硝化—反硝化協(xié)同作用下，進(jìn)一步降低有機物，最后，利用臭氧的強氧化能力對系統(tǒng)進(jìn)行保安，保障出水有機物穩(wěn)定達(dá)標(biāo)，經(jīng)過運營統(tǒng)計，系統(tǒng)有機物變化情況如圖4所示。
圖4 系統(tǒng)有機物變化情況
由圖4所示：系統(tǒng)進(jìn)水COD為60~90mg/L，經(jīng)過混凝及生化處理后，出水COD為50mg/L左右，經(jīng)過臭氧深度氧化后，最終出水COD穩(wěn)定小于50mg/L。
取得的效果
該工程于2015年末竣工，隨后進(jìn)行調(diào)試運行，系統(tǒng)處理水量2000m3/h，經(jīng)過一段時間的系統(tǒng)調(diào)試及探索，系統(tǒng)已經(jīng)穩(wěn)定運行，操作維護(hù)順暢，處理出水見表3。由表3可知，出水水質(zhì)優(yōu)于《鋼鐵工業(yè)水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)（GB13456—2012）》中的水質(zhì)指標(biāo)。
表3 系統(tǒng)出水水質(zhì)
結(jié)語
（1）采用物化沉淀—前置反硝化接觸池—曝氣生物濾池—后置反硝化濾池—深度化學(xué)氧化相結(jié)合的處理鋼鐵綜合廢水，效果良好，進(jìn)水總氮30~60mg/L，COD60~90mg/L，經(jīng)過處理后，出水總氮穩(wěn)定小于15mg/L，COD小于50mg/L。
（2）應(yīng)用前置與后置反硝化組合工藝，可有效解決進(jìn)水總氮高，水質(zhì)波動大的問題，廢水首先進(jìn)入前置反硝化裝置，原水中的硝酸鹽氮可降低10mg/L，在此過程中，部分有機物協(xié)同脫除，為后續(xù)更為精密的生物濾池減輕負(fù)擔(dān)，在外加碳源的作用下，后置反硝化濾池完成總氮的深度脫除。
（3）對比葡萄糖，利用乙酸、甲醇作為反硝化碳源效果更優(yōu)，處理相同當(dāng)量的總氮投加量會更少，同時系統(tǒng)反洗周期明顯降低，出水水質(zhì)更好。
（4）系統(tǒng)末端設(shè)置臭氧催化氧化裝置，形成混凝沉淀—生化處理—深度化學(xué)氧化處理體系，可有效保障出水有機物穩(wěn)定達(dá)標(biāo)。
