淺談鋼鐵冷軋廢水的生化處理工藝

李 偉

（上海城建市政工程（集團(tuán)）有限公司，上海 200065）

鋼鐵廠冷軋機(jī)組生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生各類廢水，主要包括酸性廢水、堿性廢水、含油廢水、乳化液廢水、平整液廢水以及含鉻廢水等，廢水成分極為復(fù)雜，并且含有大量大分子有機(jī)物、難降解有機(jī)物。2012年10月1日，國(guó)家頒布實(shí)施的《鋼鐵工業(yè)水污染排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB13456-2012）表3特別排放限值（CODCr≤30 mg/L）對(duì)鋼鐵廢水的化學(xué)需氧量（CODCr）含量提出了極為嚴(yán)格的限制。為滿足目前鋼鐵行業(yè)越來(lái)越嚴(yán)格的廢水排放標(biāo)準(zhǔn)，人們需要采用一種成熟、穩(wěn)定的處理方法。

對(duì)于廢水中可溶性的CODCr，因生化處理運(yùn)行維護(hù)方便，不需要額外投加各種藥劑，處理穩(wěn)定，運(yùn)行費(fèi)用低（一般0.5～0.8元/m3），因而該工藝經(jīng)常用于生活污水和生產(chǎn)廢水的CODCr降解處理。生化法主要包括活性污泥法和生物膜法兩類，根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)，冷軋廢水處理的成熟方法是生物膜法中的接觸氧化法。考慮到冷軋廢水量不穩(wěn)定、含大分子有機(jī)物難以降解，pH、溫度等參數(shù)均不能滿足直接生化處理的條件，因此，廢水收集后，首先需要設(shè)置調(diào)節(jié)池調(diào)節(jié)水量、均衡水質(zhì)，然后經(jīng)過(guò)一系列的物理、化學(xué)預(yù)處理，調(diào)整pH為6～9，溫度在25～35℃，并去除大部分高濃度、難降解有機(jī)物，將大分子分解為小分子，同時(shí)適當(dāng)降低生化系統(tǒng)容積負(fù)荷，提升后續(xù)生物處理系統(tǒng)的穩(wěn)定性，之后較低濃度的廢水進(jìn)入生化處理階段，經(jīng)生化處理后，CODCr出水值不高于30 mg/L。

一般典型的生化處理方法為生物接觸氧化池+混凝+絮凝+斜板沉淀池+過(guò)濾器，可以達(dá)到較好的處理效果。本項(xiàng)目中由于場(chǎng)地有限，考慮將混凝+絮凝+斜板沉淀池改為高密度澄清池，節(jié)省土建造價(jià)并節(jié)約用地[1-2]。

1 工藝介紹及其特點(diǎn)

1.1 生物接觸氧化池的簡(jiǎn)單介紹及其特點(diǎn)

生物接觸氧化法是一種好氧生物膜污水處理方法，該系統(tǒng)由浸沒(méi)于污水中的填料、填料表面的生物膜、曝氣系統(tǒng)和池體組成[3-4]。

該方法的優(yōu)點(diǎn)為：污泥齡長(zhǎng)，適合降解難處理的污染物；接觸氧化池內(nèi)設(shè)有填料，生物量大，耐沖擊負(fù)荷，容積負(fù)荷較高；產(chǎn)生的剩余污泥量少，適應(yīng)于低濃度污水處理[5]。根據(jù)接觸氧化池相關(guān)資料及工程經(jīng)驗(yàn)，工程設(shè)計(jì)采用二級(jí)生物接觸氧化法較為合適[6]。

1.2 高密度澄清池的簡(jiǎn)單介紹及其特點(diǎn)

高密度澄清池是由法國(guó)得利滿公司開發(fā)研制并獲得專利的一種泥水分離工藝，由前混凝池、絮凝池、沉淀濃縮池和出水流槽組成，其特點(diǎn)為：表面負(fù)荷高，一般在4 m3/m2·h以上，占地面積小，對(duì)浮油有一定的去除效果，產(chǎn)生均質(zhì)絮凝體及高密度礬花；沉淀速度快；有效地完成污泥濃縮；出水水質(zhì)好；抗沖擊負(fù)荷能力強(qiáng)，不容易受突發(fā)沖擊負(fù)荷的變化而變化。

2 生化處理方法在實(shí)際工程中的應(yīng)用

本項(xiàng)目中冷軋廢水處理量300 m3/h，經(jīng)過(guò)預(yù)處理后，生物接觸氧化池進(jìn)水的CODCr為60～110 mg/L，平均值75mg/L，本項(xiàng)目采用兩級(jí)處理方式，即一級(jí)生物接觸氧化—一級(jí)高密度澄清池—二級(jí)生物接觸氧化—二級(jí)高密度澄清池，經(jīng)過(guò)處理后，目標(biāo)出水水質(zhì)CODCr可滿足不高于30 mg/L的要求。生物接觸氧化池產(chǎn)生的污泥和高密度澄清池產(chǎn)生的剩余污泥進(jìn)入污泥濃縮池集中統(tǒng)一處理。

2.1 生物接觸氧化法去除冷軋廢水中有機(jī)物機(jī)理分析

冷軋廢水經(jīng)過(guò)預(yù)處理后去除了大量高濃度、難降解的有機(jī)物，并將未去除的有機(jī)物大部分分解為小分子、可降解的有機(jī)物，但廢水中仍含有少部分不可降解的有機(jī)物，并且成分復(fù)雜。總體來(lái)講，進(jìn)水中的有機(jī)物濃度較低，經(jīng)測(cè)定，CODCr平均為75mg/L。因此，在污染物濃度較低的情況下，活性微生物分解有機(jī)物遵循污染物一級(jí)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)模型[7]：

式中，t為接觸反應(yīng)時(shí)間，h；k、K為比例常數(shù)。

K值的經(jīng)驗(yàn)公式為：

根據(jù)式（2），人們可以推算出水有機(jī)物濃度Se，因該項(xiàng)目設(shè)計(jì)的接觸反應(yīng)時(shí)間t很長(zhǎng)，達(dá)到13 h，可以推算Se的濃度很低，比進(jìn)水有機(jī)物濃度S0低很多，基本可以忽略不計(jì)。因此，可以推斷可生物降解的有機(jī)物消耗殆盡。

此外，國(guó)外學(xué)者研究發(fā)現(xiàn)，生物膜通常具有孔狀結(jié)構(gòu)，并具有很強(qiáng)的吸附能力。因此，不可生物降解部分的有機(jī)物也可通過(guò)生物膜吸附來(lái)進(jìn)一步去除CODCr，隨著生化池剩余污泥的排除，高密度澄清池中混凝絮凝（如添加混凝絮凝劑PAC、PAM等）沉淀等工序不可降解的有機(jī)物將進(jìn)一步去除。

因此，對(duì)經(jīng)過(guò)預(yù)處理后的冷軋廢水中可生化及不可生化的有機(jī)物而言，生物接觸氧化法和高密度澄清池都具有較好的處理效果，使得出水中CODCr含量較低。

2.2 生物接觸氧化池的工藝設(shè)計(jì)

該項(xiàng)目中，一級(jí)生物接觸氧化池的工藝流程如圖1所示。

首先經(jīng)過(guò)前期預(yù)處理的冷軋廢水進(jìn)入配水槽，由配水槽均勻地分配至生物接觸氧化池中A、B池中。A池中的廢水生化反應(yīng)的路徑為：廢水從A1池?fù)鯄Φ撞款A(yù)留孔洞流入A2池，再?gòu)腁2池右側(cè)的擋墻頂部翻出流至A3池，水流從A3池右側(cè)擋墻底部預(yù)留孔洞流至A4池。池底敷設(shè)的曝氣設(shè)施一方面為接觸氧化池內(nèi)的微生物提供氧氣，進(jìn)行好氧生化反應(yīng)，另一方面起到攪拌水流的作用，使水流混合均勻。因此，水流在A1、A2、A3、A4單個(gè)池體內(nèi)的流態(tài)為混流狀態(tài)，而整體上呈推流狀態(tài)，這樣的流態(tài)更有利于有機(jī)物的降解。

2.3 高密度澄清池的工藝設(shè)計(jì)

該項(xiàng)目中，一級(jí)高密度澄清池工藝流程為：首先生物接觸氧化池的出水流入前混合池，在前混合池中與投入的PAC進(jìn)行混凝反應(yīng)，之后出水進(jìn)入絮凝池，在絮凝池中投加絮凝劑PAM，發(fā)生絮凝反應(yīng)的廢水進(jìn)入沉淀濃縮池進(jìn)行泥水分離，清水由該池內(nèi)上部的斜管頂部流出，排至溢流口出水，污泥沉淀至污泥濃縮區(qū)，并由底部的刮泥刮渣機(jī)排至泥斗。混凝劑、絮凝劑的投加，增大了生物接觸氧化池出水中脫落生物膜的絮體，有利于活性污泥的沉淀。另外，大的多孔絮體通過(guò)吸附架橋作用又進(jìn)一步吸附去除生物接觸氧化池出水的CODCr。

圖1 一級(jí)生物接觸氧化池（A池）流程

本工程中設(shè)計(jì)的高密度澄清池池體為鋼筋混凝土，內(nèi)涂樹脂玻璃鋼防腐，包括前混合池、絮凝池和沉淀濃縮池，總體尺寸為17.4 m×16.3 m×7.0 m，其中，絮凝池和沉淀濃縮池為兩組并聯(lián)。為保證高密度澄清池的沉淀效果，正常運(yùn)行狀態(tài)下，沉淀濃縮池表面負(fù)荷設(shè)計(jì)值為4 m3/m2/h，最不利狀態(tài)下，只有一組沉淀池運(yùn)行時(shí)，表面負(fù)荷為8.0 m3/m2/h。

3 結(jié)語(yǔ)

根據(jù)工程的實(shí)際運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，冷軋廢水經(jīng)生化處理后可達(dá)到較好的出水水質(zhì)，生化法雖然一次性基建費(fèi)用投資較高，但是日常運(yùn)行費(fèi)用較低，生化能夠維護(hù)良好，出水水質(zhì)也較為穩(wěn)定。運(yùn)行良好的情況下，出水CODCr不高于30 mg/L。值得注意的是，由于生產(chǎn)機(jī)組的工藝特點(diǎn)，產(chǎn)生的廢水排放量不定，具有不定時(shí)、沖擊負(fù)荷大的特點(diǎn)，因此，預(yù)處理階段的廢水調(diào)節(jié)池設(shè)計(jì)需合理，使后續(xù)的各處理構(gòu)筑物或設(shè)施能夠在設(shè)計(jì)處理能力范圍內(nèi)穩(wěn)定運(yùn)行。同時(shí)，生化前的物理化學(xué)預(yù)處理設(shè)施需要運(yùn)行穩(wěn)定，為后續(xù)的生化處理提供穩(wěn)定的水質(zhì)條件。