某特大型鋼鐵企業綜合廢水含有煉鋼、煉鐵、焦化、冷軋、生活等各廠排出的綜合廢水，成分復雜，水質階段性波動，該廢水B/C比小于0.2，總氮含量較高，出水水質需達到《鋼鐵工業水污染物排放標準（GB13456—2012）》中的排放標準，某企業經過多年運營總結，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—深度化學氧化相結合的處理工藝，處理該鋼鐵企業綜合廢水，出水水質完全達到國家排放標準限制要求。
廢水處理廠水質、水量及處理要求
該鋼鐵企業綜合廢水水量平均為2000m3/h，經過處理后，出水水質需達到《鋼鐵工業水污染物排放標準（GB13456—2012）》中的要求，部分裝置設計進出水指標如表1所示。
表1 設計進、出水水質
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過提升后首先進入沉淀池，在混凝劑的作用下，廢水中的膠體和細微懸浮物凝聚成絮凝體，然后予以分離去除，沉淀池出水進入前置反硝化接觸池，原水中的硝酸鹽氮穩定脫除。在此過程中，部分有機物得以協同消耗降解，減輕后續單元運行壓力，然后廢水進入后續曝氣生物濾池，進行碳化及硝化反應，脫除廢水中的COD的同時將氨氮轉換為硝酸鹽氮，曝氣生物濾池出水后進入后置反硝化濾池，在反硝化濾池的缺氧環境中進行反硝化反應，進一步去除水中總氮。從反硝化濾池出水后，進入沙濾池，砂濾池出水進入催化氧化池，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運行的難點之一，由于原水中BOD較低，同時進水中含有部分硝酸鹽氮，僅靠一級反硝化裝置出水TN難以穩定達標。因此，本處理系統分別設置前置及后置反硝化裝置，其中，前置反硝化裝置內裝有簾式懸掛填料，后置反硝化裝置內填充生物陶粒。廢水首先進入前置反硝化裝置，原水中的硝酸鹽氮得以脫除，在此過程中，部分有機物協同脫除，為后續更為精密的生物濾池減輕負擔，氨態氮進入曝氣生物濾池轉化為硝酸鹽氮，隨后進入后置反硝化濾池，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，經過多年運行實踐，得到系統總氮脫除效果如圖2所示。
圖2 廢水部分理化指標變化趨勢
由圖2可以看出：經過前置反硝化濾池后，原水中大部分硝態氮得以降解，剩余約10mg/L，總氮為30mg/L左右，經過后置反硝化濾池后，出水總氮穩定小于15mg/L，系統進水COD為60~90mg/L，經過全流程處理后，出水COD穩定小于50mg/L。
02 總氮脫除藥劑研究
運行初期，本系統以葡萄糖作為外加碳源，由于葡萄糖為多分子有機物，不易被反硝化細菌直接利用，造成反硝化濾池產泥量大，出水濁度高，濾池堵塞嚴重，需要頻繁進行反洗，不僅操作壓力大，同時為系統的穩定運行帶來巨大風險。
有研究表明，采用不同的碳源對反硝化細菌的培養可產生不同影響，為探索不同碳源對總氮脫除效果影響，進行了中試試驗，分別選取乙酸、甲醇及葡萄糖進行對比，經過約1.5個月中試后，總氮脫除結果如圖3所示。
圖3 不同碳源投加后系統總氮對比
圖3表明：碳源由葡萄糖更換為乙酸及甲醇后，反硝化細菌很快完成適應，穩定運行后，投加乙酸及甲醇均取得了良好效果，試驗進水總氮為20~30mg/L，出水總氮均為10mg/L左右，總氮脫除效果優于投加葡萄糖組。
根據不同試驗組碳源投加情況，整理結果如表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，處理相同當量的總氮投加量會更少，同時系統反洗周期明顯降低，出水水質更好。
03 有機物穩定達標研究
本工程進水B/C比為0.2，可生化性較差，同時，向脫除總氮系統中投加了碳源，易造成系統出水有機物升高現象，出水有機物穩定達標難度大。為此，系統末端設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，廢水進入生化處理單元，在生物硝化—反硝化協同作用下，進一步降低有機物，最后，利用臭氧的強氧化能力對系統進行保安，保障出水有機物穩定達標，經過運營統計，系統有機物變化情況如圖4所示。
圖4 系統有機物變化情況
由圖4所示：系統進水COD為60~90mg/L，經過混凝及生化處理后，出水COD為50mg/L左右，經過臭氧深度氧化后，最終出水COD穩定小于50mg/L。
取得的效果
該工程于2015年末竣工，隨后進行調試運行，系統處理水量2000m3/h，經過一段時間的系統調試及探索，系統已經穩定運行，操作維護順暢，處理出水見表3。由表3可知，出水水質優于《鋼鐵工業水污染物排放標準（GB13456—2012）》中的水質指標。
表3 系統出水水質
結語
（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—深度化學氧化相結合的處理鋼鐵綜合廢水，效果良好，進水總氮30~60mg/L，COD60~90mg/L，經過處理后，出水總氮穩定小于15mg/L，COD小于50mg/L。
（2）應用前置與后置反硝化組合工藝，可有效解決進水總氮高，水質波動大的問題，廢水首先進入前置反硝化裝置，原水中的硝酸鹽氮可降低10mg/L，在此過程中，部分有機物協同脫除，為后續更為精密的生物濾池減輕負擔，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，處理相同當量的總氮投加量會更少，同時系統反洗周期明顯降低，出水水質更好。
（4）系統末端設置臭氧催化氧化裝置，形成混凝沉淀—生化處理—深度化學氧化處理體系，可有效保障出水有機物穩定達標。
