鋼鐵綜合廢水的處理應(yīng)用研究

鋼鐵企業(yè)是用水大戶，廢水產(chǎn)量大、危害高。因此，鋼鐵企業(yè)綜合排放的廢水進行必須治理達標才能排放。本文以萊鋼老區(qū)污水處理廠的實際工程為案例，介紹了鋼鐵企業(yè)綜合廢水水質(zhì)情況及處理方法，并且對污水處理廠運營過程中遇到的問題及解決方法進行了闡述。

1 項目簡介

萊鋼老區(qū)污水處理廠在板帶廠冷軋生產(chǎn)線東側(cè)樹林區(qū)域，處理能力為500m3/h。主要處理來自分公司煉鐵廠、焦化廠、能源動力廠、板帶冷軋以及培訓(xùn)中心等單位的生產(chǎn)、生活廢水。整個污水處理廠的廢水由三個泵站收集：1#泵站主要處理冷軋生產(chǎn)車間的廢水和食堂廢水；2#泵站主要處理來自焦化廠和煉鐵廠的生產(chǎn)廢水；3#泵站主要處理來自苯加氫的廁所水和滲水。具體各個泵站設(shè)計時的進水水量和水質(zhì)見表1。

在實際運行過程中，進水水量和水質(zhì)與設(shè)計有偏差，進水的COD低于設(shè)計標準，進水的氨氮高于設(shè)計標準，屬于典型的低C/N比水質(zhì)，實際運行后水質(zhì)見表2。

表1 設(shè)計進水水量和水質(zhì)

表2 運行后實際水質(zhì)

出水指標執(zhí)行《山東省鋼鐵工業(yè)污染物排放標準》（DB37/990-2013）中“山東省鋼鐵工業(yè)水污染物排放濃度限值及單位產(chǎn)品基準排水量”中直接排放標準的要求。具體指標見表3。

表3 排水指標要求

2 工藝技術(shù)路線

本工程采用“AO+BAF+高效沉淀池”的處理工藝，整個工藝流程如下：廠內(nèi)各車間的工業(yè)廢水和生活污水經(jīng)三個廢水泵站收集后流入初次沉淀池，先經(jīng)過機械格柵截留較大的懸浮物和漂浮物；過柵后的污水進入初沉池，將水中的懸浮物和沉淀物去除，池中沉積的污泥由吸泥機抽至污泥濃縮池進行濃縮處理；初沉池的水進入泵房經(jīng)潛水排污泵的提升至A/O反應(yīng)池。污水進入A/O反應(yīng)池進行硝化和反硝化脫氮，脫氮后的廢水自流入輻流式沉淀池進行沉淀，沉淀后的污泥一部分被抽到污泥濃縮池進行濃縮處理，一部分回流至缺氧池補充污泥。二沉池的上清液沿周邊溢流堰板流入排水渠，經(jīng)排水渠收集至管道，然后沿管道自流入曝氣生物濾池，在曝氣生物濾池中進一步硝化、反硝化脫氮反應(yīng)后，流入高效沉淀池的混合區(qū)、絮凝區(qū)和斜板沉淀區(qū)，通過絮凝和沉淀，截留水中的微小懸浮顆粒，高效沉淀池出水達標排放。具體工藝流程如圖1。

圖1 工藝流程圖

3 構(gòu)筑物的介紹及作用

3.1 主要構(gòu)筑物的結(jié)構(gòu)介紹

初沉池、格柵渠、提升泵房共1座，合建，下為池體結(jié)構(gòu)，提升泵房位于池體上，框架結(jié)構(gòu)。池體敞口，平面總尺寸為52.0m×17.95m，全地下式，地上0.50m，地下5.0m，壁厚650mm，底板厚800mm，底板底設(shè)抗浮錨桿；提升泵房平面尺寸為3.85m×17.95m，層高為4.5m，建筑面積為69.5m2。門窗：門采用平開鐵門，窗采用塑鋼窗；墻體：采用250mm厚加氣混凝土砌塊。外墻采用聚苯板保溫層加外墻涂料涂抹，內(nèi)墻采用中級抹灰。屋面采用平屋面，排水采用有組織排水，防水采用高聚物改性瀝青卷材防水層。

1座A/O反應(yīng)池，全地上式池體結(jié)構(gòu)，敞口，平面總尺寸為39.95m×47.3m，高度6.5m，池體共分為好氧段、缺氧段等8個池池壁壁厚650mm、500mm，底板厚800mm，池頂設(shè)2.0m寬、0.7m高管溝，并設(shè)不銹鋼欄桿，設(shè)鋼梯上下。

2座二沉池，全地上式池體結(jié)構(gòu)，敞口，平面總尺寸為Φ19.6m，高度5.47m，池壁壁厚400mm，底板厚500mm，池內(nèi)設(shè)排水堰，池頂設(shè)1.0m寬走道，并設(shè)不銹鋼欄桿，設(shè)鋼梯上下。

1座曝氣生物濾池，下部為池體結(jié)構(gòu)，平面總尺寸為32.55m×15.8m，池體分為超濾進水提升泵反洗泵房和N池等池體，反洗泵房部分地下3.0m，地上1.2m，總高4.2m，N池部分為全地上式，地上4.6m，池壁壁厚400mm，底板厚500mm，池頂設(shè)現(xiàn)澆蓋板。池頂為1座一層式框架結(jié)構(gòu)，平面尺寸32.55m×15.8m，層高3.6m，房間分為反洗風(fēng)機房、操作間；門窗：門采用塑鋼門，窗采用塑鋼窗，墻體：采用250mm厚加氣混凝土砌塊。外墻采用聚苯板保溫層加外墻涂料涂抹，內(nèi)墻采用中級抹灰。屋面采用平屋面，排水采用有組織排水，防水采用高聚物改性瀝青卷材防水層。

1座高效沉淀池，半地下式池體結(jié)構(gòu)，部分敞口，平面總尺寸為22.7m×16.25m，總高度6.7、4.7m，地下4.0m、2.5m，地上2.7m、2.0m，分為1#沉淀濃縮池、2#沉淀濃縮池、絮凝反應(yīng)池、混凝池等池，池壁壁厚350mm，底板厚400mm，池頂局部設(shè)現(xiàn)澆蓋板高，并設(shè)不銹鋼欄桿，設(shè)鋼梯上下。

2座污泥濃縮池，半地下式池體結(jié)構(gòu)，平面總尺寸為Φ15.1m，總高度4.3m，地下2.0m，地上2.3m，池頂設(shè)現(xiàn)澆蓋板，池壁壁厚250mm，底板厚300mm，池頂設(shè)不銹鋼欄桿，設(shè)鋼梯上下。

所有構(gòu)筑物都是一體兩區(qū)設(shè)置，若其中一個區(qū)域故障需要檢修，可以暫時將污水集中到另一個區(qū)域進行處理，以免因為設(shè)備故障而導(dǎo)致水廠停產(chǎn)。

各個構(gòu)筑物的設(shè)計尺寸見表4。

3.2 主要構(gòu)筑物的工藝介紹

初沉池及泵房前設(shè)置機械細格柵以截留較大的懸浮物和漂浮物。格柵渠的水自流入混凝反應(yīng)分格區(qū)，與投加到池內(nèi)的石灰乳進行反應(yīng)，去除其中大部分的暫時硬度，以避免污水在生物濾池中結(jié)垢堵塞濾料，再進入初沉池，對大顆粒污泥等進行初步沉淀處理。初沉池中沉積的污泥，由行車式吸泥機抽至污泥濃縮池進行濃縮處理。

A/O工藝缺氧、好氧不同的環(huán)境條件和不同種類微生物菌群有機配合，脫氮效果好、出水穩(wěn)定，工藝處理產(chǎn)泥量少，處理工藝更加靈活。A/O工藝工程造價稍高，但土建施工方便，出水水質(zhì)好，耐沖擊負荷能力較強，由于泥齡較長，污泥趨于穩(wěn)定。

曝氣生物濾池工藝內(nèi)設(shè)特制的微生物附著生長必須的顆粒性濾料。BAF 反應(yīng)池的主體是顆粒介質(zhì)填料床，為達到生物氧化有機物和氨氮的目的，生物濾池需進行曝氣。生物曝氣過濾工藝布置十分緊湊、占地面積約為常規(guī)工藝的十分之一。本工程采用兩級前置反硝化生物濾池具有效率高、占地面積小、出水水質(zhì)好等優(yōu)點。通過曝氣生物濾池的深度處理工藝，能夠有效去除二沉池出水的COD和氮。

A/O生物反應(yīng)池和曝氣生物濾池進行脫氮時，需要消耗有機物，而進水碳源不足，所以需要在有機物不足時，在缺氧池前端投加甲醇或葡萄糖補充碳源。

高效沉淀池用于去除廢水中以懸浮狀態(tài)存在的各種雜質(zhì)，尤其是微生物絮體，以提高廢水處理廠出水水質(zhì)。高效沉淀池主要由三個部分組成：反應(yīng)池、濃縮池、斜管沉淀。反應(yīng)池主要由快速混合反應(yīng)池和慢速絮凝反應(yīng)池組成，通過投加絮凝劑和助凝劑，有效去除水中的膠體類物質(zhì)和懸浮物等。濃縮池能夠?qū)⑿跄磻?yīng)后的污泥進行濃縮沉淀，污泥一部分回流一部分排至污泥濃縮池。逆流式斜管沉淀區(qū)將剩余的礬花沉淀。通過固定在清水收集槽下側(cè)的縱向板進行水力分布，能夠有效地提高水流的均勻分配。

4 運行效果分析

工程建設(shè)完成后，進入調(diào)試運行階段，通常情況下排水氨氮維持在1mg/L左右，COD維持在50mg/L左右，基本達到了預(yù)期要求，完全符合萊蕪地區(qū)外排水的指標要求。但是根據(jù)我單位與萊鋼集團簽訂的合同要求，排水COD必須降至50mg/L以下，因此需要進一步的去除COD，保證出水穩(wěn)定達標。

表4 各個構(gòu)筑物的尺寸

5 問題及改進方法

5.1 AO生物反應(yīng)池前端沒有調(diào)節(jié)作用

設(shè)計水質(zhì)比較穩(wěn)定，AO生物反應(yīng)池前端是初沉池和提升泵房，沒有設(shè)置調(diào)節(jié)池。而在實際運行過程中，進水水質(zhì)波動較大，COD在200～400mg/L波動，氨氮也在30～60mg/L波動，水質(zhì)波動不利于生物法的穩(wěn)定運行。

改進措施：在提升泵房內(nèi)增加兩臺攪拌器，對角放置。水流通過初沉池流入提升泵房內(nèi)，在攪拌器作用下會進行旋轉(zhuǎn)流動，對水質(zhì)進行混勻，從而保證進入AO池水質(zhì)的穩(wěn)定性。改進后，沒有特別大的波動情況下，進入AO池的水質(zhì)COD通常在260mg/L左右，氨氮在45mg/L左右。

5.2 實際進水BOD5偏低

進水主要來源于焦化廠、煉鐵廠和冷軋生產(chǎn)線的生產(chǎn)廢水，可生化性較差。我們采購了連華科技LH-BOD601A型BOD5測定儀，對進水的BOD5進行了多次測量，發(fā)現(xiàn)進水的BOD5基本維持在40mg/L左右，遠低于最初設(shè)計時的測定值。BOD5/TN值低于3，影響了反硝化的效率，TN很難達到排放要求。

改進措施：持續(xù)對進水BOD進行化驗，發(fā)現(xiàn)進水COD波動的情況下，進水的BOD5基本維持在40～50mg/L左右。要使BOD5/TN＞3，則每天需額外補充甲醇約2t。通過運行過程中發(fā)現(xiàn)，每天補充1.8t甲醇能夠滿足反硝化碳源，出水總氮穩(wěn)定在20mg/L以下。

5.3 氨氮的波動

在調(diào)試過程中發(fā)現(xiàn)進水的氨氮有時波動很大，經(jīng)常達到55mg/L，超出了設(shè)計的上限，出水氨氮會因進水水質(zhì)的原因升至10mg/L左右，此時超過了萊蕪地區(qū)外排水水質(zhì)要求，需要對工藝調(diào)整，保證氨氮不超標。

改進措施：將AO池的適當曝氣量提高，由原來的3mg/L提高至5mg/L，定期補充市政生活污水廠的脫水污泥，保證污泥在4000mg/L以上，并且投加一些片堿和純堿補充硝化反應(yīng)消耗的堿度。通過調(diào)整，出水氨氮穩(wěn)定在3mg/L左右，優(yōu)于合同標準的5mg/L。

5.4 出水COD難以穩(wěn)定在50mg/L以下

進水屬于難生化降解性廢水，盡管AO池前端通過投加甲醇提高了一部分生化性，但是出水仍然無法降至50 mg/L以下，出水色度也較渾濁。我們也增加過甲醇的投加量試圖通過提高可生化性來通過兩級生化反應(yīng)對難降解性COD進行分解去除，但是并沒有取得好的效果，甚至出水COD有時因甲醇投加量過高而升高。

改進措施：生化法無法達到要求，則需考慮通過物理或化學(xué)的方法去除。通過比較，我們最終決定采用在混合反應(yīng)池末端投加粉末活性炭來降低COD。該方法工藝簡單，不需要額外建設(shè)反應(yīng)池，只需增加一套粉末活性炭投加裝置，將粉末活性炭加至現(xiàn)有的高效沉淀池內(nèi)。通過實驗，加藥量僅需10mg/L，就能將COD降至50mg/L以下，并且色度也能穩(wěn)定在30倍以下。

6 小結(jié)

鋼鐵工業(yè)排水的污水處理廠設(shè)計之前，必須對進水水質(zhì)進行長期不間斷的化驗，對進水水質(zhì)的規(guī)律和特點進行全面的分析和研究之后，才能進行污水處理廠的設(shè)計。由于萊鋼前期對進水調(diào)研少，實際調(diào)試運行過程中各項指標偏離很大，導(dǎo)致在后來調(diào)試過程中產(chǎn)生了各種困難，希望在今后工業(yè)廢水的項目中避免這種現(xiàn)象再次發(fā)生。

通過增加污泥濃度，增加曝氣量，提高堿度可以提高曝氣池的硝化負荷來保證出水達標，但是也有一定的限度，從本工程來看氨氮超過65mg/L，硝化反應(yīng)的停留時間過短，排水就很難達到5mg/L以下。

在本工藝中，粉末活性炭和高效沉淀池的應(yīng)用對于去除難降解性COD和去除色度具有很好的效果，可以在其他工業(yè)廢水處理過程中進行推廣。

[1]高廷耀,顧國維,周琪.水污染控制工程 [M].北京：高等教育出版社，2015.

[2]王笏曹. 鋼鐵工業(yè)給水排水設(shè)計手冊 [M].北京：冶金工業(yè)出版社，2002.