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(jìn)行必須治理達(dá)標(biāo)才能排放。本文以萊鋼老區(qū)污水處理廠的實(shí)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(duì)污水處理廠運(yùn)營(yíng)過程中遇到的問題及解決方法進(jìn)行了闡述。

1 項(xiàng)目簡(jiǎn)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(lái)自分公司煉鐵廠、焦化廠、能源動(dòng)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(gè)污水處理廠的廢水由三個(gè)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(lái)自焦化廠和煉鐵廠的生產(chǎn)廢水；3#泵站主要處理來(lái)自苯加氫的廁所水和滲水。具體各個(gè)泵站設(shè)計(jì)時(shí)的進(jìn)水水量和水質(zhì)見表1。

在實(shí)際運(yùn)行過程中，進(jìn)水水量和水質(zhì)與設(shè)計(jì)有偏差，進(jìn)水的COD低于設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)水的氨氮高于設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，屬于典型的低C/N比水質(zhì)，實(shí)際運(yùn)行后水質(zhì)見表2。

表1 設(shè)計(jì)進(jìn)水水量和水質(zhì)

表2 運(yùn)行后實(shí)際水質(zhì)

出水指標(biāo)執(zhí)行《山東省鋼鐵工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（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(zhǔn)排水量”中直接排放標(biāo)準(zhǔn)的要求。具體指標(biāo)見表3。

表3 排水指標(biāo)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(gè)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(gè)廢水泵站收集后流入初次沉淀池，先經(jīng)過機(jī)械格柵截留較大的懸浮物和漂浮物；過柵后的污水進(jìn)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(jī)抽至污泥濃縮池進(jìn)行濃縮處理；初沉池的水進(jìn)入泵房經(jīng)潛水排污泵的提升至A/O反應(yīng)池。污水進(jìn)入A/O反應(yīng)池進(jìn)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(jìn)行沉淀，沉淀后的污泥一部分被抽到污泥濃縮池進(jìn)行濃縮處理，一部分回流至缺氧池補(bǔ)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(jìn)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(dá)標(biāo)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(jí)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(gè)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(jìn)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(jī)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(jí)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(gè)區(qū)域故障需要檢修，可以暫時(shí)將污水集中到另一個(gè)區(qū)域進(jìn)行處理，以免因?yàn)樵O(shè)備故障而導(dǎo)致水廠停產(chǎn)。

各個(gè)構(gòu)筑物的設(shè)計(jì)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(jī)械細(xì)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(jìn)行反應(yīng)，去除其中大部分的暫時(shí)硬度，以避免污水在生物濾池中結(jié)垢堵塞濾料，再進(jìn)入初沉池，對(duì)大顆粒污泥等進(jìn)行初步沉淀處理。初沉池中沉積的污泥，由行車式吸泥機(jī)抽至污泥濃縮池進(jìn)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(jī)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(jià)稍高，但土建施工方便，出水水質(zhì)好，耐沖擊負(fù)荷能力較強(qiáng)，由于泥齡較長(zhǎng)，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(zhǎng)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(dá)到生物氧化有機(jī)物和氨氮的目的，生物濾池需進(jìn)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(jí)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(diǎn)。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(jìn)行脫氮時(shí)，需要消耗有機(jī)物，而進(jìn)水碳源不足，所以需要在有機(jī)物不足時(shí)，在缺氧池前端投加甲醇或葡萄糖補(bǔ)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(gè)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(jìn)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(jìn)行水力分布，能夠有效地提高水流的均勻分配。

4 運(yùn)行效果分析

工程建設(shè)完成后，進(jìn)入調(diào)試運(yùn)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(dá)到了預(yù)期要求，完全符合萊蕪地區(qū)外排水的指標(biāo)要求。但是根據(jù)我單位與萊鋼集團(tuán)簽訂的合同要求，排水COD必須降至50mg/L以下，因此需要進(jìn)一步的去除COD，保證出水穩(wěn)定達(dá)標(biāo)。

表4 各個(gè)構(gòu)筑物的尺寸

5 問題及改進(jìn)方法

5.1 AO生物反應(yīng)池前端沒有調(diào)節(jié)作用

設(shè)計(jì)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(shí)際運(yùn)行過程中，進(jìn)水水質(zhì)波動(dòng)較大，COD在200～400mg/L波動(dòng)，氨氮也在30～60mg/L波動(dòng)，水質(zhì)波動(dòng)不利于生物法的穩(wěn)定運(yùn)行。

改進(jìn)措施：在提升泵房?jī)?nèi)增加兩臺(tái)攪拌器，對(duì)角放置。水流通過初沉池流入提升泵房?jī)?nèi)，在攪拌器作用下會(huì)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)流動(dòng)，對(duì)水質(zhì)進(jìn)行混勻，從而保證進(jìn)入AO池水質(zhì)的穩(wěn)定性。改進(jìn)后，沒有特別大的波動(dòng)情況下，進(jìn)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(shí)際進(jìn)水BOD5偏低

進(jìn)水主要來(lái)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(gòu)了連華科技LH-BOD601A型BOD5測(cè)定儀，對(duì)進(jìn)水的BOD5進(jìn)行了多次測(cè)量，發(fā)現(xiàn)進(jìn)水的BOD5基本維持在40mg/L左右，遠(yuǎn)低于最初設(shè)計(jì)時(shí)的測(cè)定值。BOD5/TN值低于3，影響了反硝化的效率，TN很難達(dá)到排放要求。

改進(jìn)措施：持續(xù)對(duì)進(jìn)水BOD進(jìn)行化驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)進(jìn)水COD波動(dòng)的情況下，進(jìn)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(bǔ)充甲醇約2t。通過運(yùn)行過程中發(fā)現(xiàn)，每天補(bǔ)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(dòng)

在調(diào)試過程中發(fā)現(xiàn)進(jìn)水的氨氮有時(shí)波動(dòng)很大，經(jīng)常達(dá)到55mg/L，超出了設(shè)計(jì)的上限，出水氨氮會(huì)因進(jìn)水水質(zhì)的原因升至10mg/L左右，此時(shí)超過了萊蕪地區(qū)外排水水質(zhì)要求，需要對(duì)工藝調(diào)整，保證氨氮不超標(biāo)。

改進(jìn)措施：將AO池的適當(dāng)曝氣量提高，由原來(lái)的3mg/L提高至5mg/L，定期補(bǔ)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(bǔ)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(biāo)準(zhǔn)的5mg/L。

5.4 出水COD難以穩(wěn)定在50mg/L以下

進(jìn)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(wú)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(lái)通過兩級(jí)生化反應(yīng)對(duì)難降解性COD進(jìn)行分解去除，但是并沒有取得好的效果，甚至出水COD有時(shí)因甲醇投加量過高而升高。

改進(jìn)措施：生化法無(wú)法達(dá)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(lái)降低COD。該方法工藝簡(jiǎn)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(shí)驗(yàn)，加藥量?jī)H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(jì)之前，必須對(duì)進(jìn)水水質(zhì)進(jìn)行長(zhǎng)期不間斷的化驗(yàn)，對(duì)進(jìn)水水質(zhì)的規(guī)律和特點(diǎn)進(jìn)行全面的分析和研究之后，才能進(jìn)行污水處理廠的設(shè)計(jì)。由于萊鋼前期對(duì)進(jìn)水調(diào)研少，實(shí)際調(diào)試運(yùn)行過程中各項(xiàng)指標(biāo)偏離很大，導(dǎo)致在后來(lái)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(xiàng)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(fù)荷來(lái)保證出水達(dá)標(biāo)，但是也有一定的限度，從本工程來(lái)看氨氮超過65mg/L，硝化反應(yīng)的停留時(shí)間過短，排水就很難達(dá)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(duì)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(jìn)行推廣。

[1]高廷耀,顧國(guó)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(jì)手冊(cè) [M].北京：冶金工業(yè)出版社，2002.