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）有限公司，上海 200065）

鋼鐵廠冷軋機組生產過程中產生各類廢水，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，廢水成分極為復雜，并且含有大量大分子有機物、難降解有機物。2012年10月1日，國家頒布實施的《鋼鐵工業水污染排放標準》（GB13456-2012）表3特別排放限值（CODCr≤30 mg/L）對鋼鐵廢水的化學需氧量（CODCr）含量提出了極為嚴格的限制。為滿足目前鋼鐵行業越來越嚴格的廢水排放標準，人們需要采用一種成熟、穩定的處理方法。

對于廢水中可溶性的CODCr，因生化處理運行維護方便，不需要額外投加各種藥劑，處理穩定，運行費用低（一般0.5～0.8元/m3），因而該工藝經常用于生活污水和生產廢水的CODCr降解處理。生化法主要包括活性污泥法和生物膜法兩類，根據工程經驗，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定、含大分子有機物難以降解，pH、溫度等參數均不能滿足直接生化處理的條件，因此，廢水收集后，首先需要設置調節池調節水量、均衡水質，然后經過一系列的物理、化學預處理，調整pH為6～9，溫度在25～35℃，并去除大部分高濃度、難降解有機物，將大分子分解為小分子，同時適當降低生化系統容積負荷，提升后續生物處理系統的穩定性，之后較低濃度的廢水進入生化處理階段，經生化處理后，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+過濾器，可以達到較好的處理效果。本項目中由于場地有限，考慮將混凝+絮凝+斜板沉淀池改為高密度澄清池，節省土建造價并節約用地[1-2]。

1 工藝介紹及其特點

1.1 生物接觸氧化池的簡單介紹及其特點

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

該方法的優點為：污泥齡長，適合降解難處理的污染物；接觸氧化池內設有填料，生物量大，耐沖擊負荷，容積負荷較高；產生的剩余污泥量少，適應于低濃度污水處理[5]。根據接觸氧化池相關資料及工程經驗，工程設計采用二級生物接觸氧化法較為合適[6]。

1.2 高密度澄清池的簡單介紹及其特點

高密度澄清池是由法國得利滿公司開發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，其特點為：表面負荷高，一般在4 m3/m2·h以上，占地面積小，對浮油有一定的去除效果，產生均質絮凝體及高密度礬花；沉淀速度快；有效地完成污泥濃縮；出水水質好；抗沖擊負荷能力強，不容易受突發沖擊負荷的變化而變化。

2 生化處理方法在實際工程中的應用

本項目中冷軋廢水處理量300 m3/h，經過預處理后，生物接觸氧化池進水的CODCr為60～110 mg/L，平均值75mg/L，本項目采用兩級處理方式，即一級生物接觸氧化—一級高密度澄清池—二級生物接觸氧化—二級高密度澄清池，經過處理后，目標出水水質CODCr可滿足不高于30 mg/L的要求。生物接觸氧化池產生的污泥和高密度澄清池產生的剩余污泥進入污泥濃縮池集中統一處理。

2.1 生物接觸氧化法去除冷軋廢水中有機物機理分析

冷軋廢水經過預處理后去除了大量高濃度、難降解的有機物，并將未去除的有機物大部分分解為小分子、可降解的有機物，但廢水中仍含有少部分不可降解的有機物，并且成分復雜。總體來講，進水中的有機物濃度較低，經測定，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物遵循污染物一級反應動力學模型[7]：

式中，t為接觸反應時間，h；k、K為比例常數。

K值的經驗公式為：

根據式（2），人們可以推算出水有機物濃度Se，因該項目設計的接觸反應時間t很長，達到13 h，可以推算Se的濃度很低，比進水有機物濃度S0低很多，基本可以忽略不計。因此，可以推斷可生物降解的有機物消耗殆盡。

此外，國外學者研究發現，生物膜通常具有孔狀結構，并具有很強的吸附能力。因此，不可生物降解部分的有機物也可通過生物膜吸附來進一步去除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物將進一步去除。

因此，對經過預處理后的冷軋廢水中可生化及不可生化的有機物而言，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計

該項目中，一級生物接觸氧化池的工藝流程如圖1所示。

首先經過前期預處理的冷軋廢水進入配水槽，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的路徑為：廢水從A1池擋墻底部預留孔洞流入A2池，再從A2池右側的擋墻頂部翻出流至A3池，水流從A3池右側擋墻底部預留孔洞流至A4池。池底敷設的曝氣設施一方面為接觸氧化池內的微生物提供氧氣，進行好氧生化反應，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單個池體內的流態為混流狀態，而整體上呈推流狀態，這樣的流態更有利于有機物的降解。

2.3 高密度澄清池的工藝設計

該項目中，一級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進行混凝反應，之后出水進入絮凝池，在絮凝池中投加絮凝劑PAM，發生絮凝反應的廢水進入沉淀濃縮池進行泥水分離，清水由該池內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，并由底部的刮泥刮渣機排至泥斗。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，大的多孔絮體通過吸附架橋作用又進一步吸附去除生物接觸氧化池出水的CODCr。

圖1 一級生物接觸氧化池（A池）流程

本工程中設計的高密度澄清池池體為鋼筋混凝土，內涂樹脂玻璃鋼防腐，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。為保證高密度澄清池的沉淀效果，正常運行狀態下，沉淀濃縮池表面負荷設計值為4 m3/m2/h，最不利狀態下，只有一組沉淀池運行時，表面負荷為8.0 m3/m2/h。

3 結語

根據工程的實際運行經驗，冷軋廢水經生化處理后可達到較好的出水水質，生化法雖然一次性基建費用投資較高，但是日常運行費用較低，生化能夠維護良好，出水水質也較為穩定。運行良好的情況下，出水CODCr不高于30 mg/L。值得注意的是，由于生產機組的工藝特點，產生的廢水排放量不定，具有不定時、沖擊負荷大的特點，因此，預處理階段的廢水調節池設計需合理，使后續的各處理構筑物或設施能夠在設計處理能力范圍內穩定運行。同時，生化前的物理化學預處理設施需要運行穩定，為后續的生化處理提供穩定的水質條件。