摘要：以莱钢老区污水处理厂的实际工程为案例，对钢铁企业综合废水的水质情况、工艺选择、构筑物情况、实际运行情况以及一些改进措施进行介绍。实践表明，经过该工艺处理后的水质优于《山东省钢铁工业污染物排放标准》（DB37/990-2013）中“山东省钢铁工业水污染物排放浓度限值，以及单位产品基准排水量”中直接排放标准的要求。
关键词：钢铁企业；综合废水；AO；曝气生物滤池；高效沉淀池
钢铁企业是用水大户，废水产量大、危害高。因此，钢铁企业综合排放的废水进行必须治理达标才能排放。本文以莱钢老区污水处理厂的实际工程为案例，介绍了钢铁企业综合废水水质情况及处理方法，并且对污水处理厂运营过程中遇到的问题及解决方法进行了阐述。
1.项目简介
莱钢老区污水处理厂在板带厂冷轧生产线东侧树林区域，处理能力为500m3/h。主要处理来自分公司炼铁厂、焦化厂、能源动力厂、板带冷轧以及培训中心等单位的生产、生活废水。整个污水处理厂的废水由三个泵站收集：1#泵站主要处理冷轧生产车间的废水和食堂废水；2#泵站主要处理来自焦化厂和炼铁厂的生产废水；3#泵站主要处理来自苯加氢的厕所水和渗水。具体各个泵站设计时的进水水量和水质见表1。
在实际运行过程中，进水水量和水质与设计有偏差，进水的COD低于设计标准，进水的氨氮高于设计标准，属于典型的低C/N比水质，实际运行后水质见表2。
出水指标执行《山东省钢铁工业污染物排放标准》（DB37/990-2013）中“山东省钢铁工业水污染物排放浓度限值及单位产品基准排水量”中直接排放标准的要求。具体指标见表3。
2.工艺技术路线
本工程采用“AO+BAF+高效沉淀池”的处理工艺，整个工艺流程如下：厂内各车间的工业废水和生活污水经三个废水泵站收集后流入初次沉淀池，先经过机械格栅截留较大的悬浮物和漂浮物；过栅后的污水进入初沉池，将水中的悬浮物和沉淀物去除，池中沉积的污泥由吸泥机抽至污泥浓缩池进行浓缩处理；初沉池的水进入泵房经潜水排污泵的提升至A/O反应池。污水进入A/O反应池进行硝化和反硝化脱氮，脱氮后的废水自流入辐流式沉淀池进行沉淀，沉淀后的污泥一部分被抽到污泥浓缩池进行浓缩处理，一部分回流至缺氧池补充污泥。二沉池的上清液沿周边溢流堰板流入排水渠，经排水渠收集至管道，然后沿管道自流入曝气生物滤池，在曝气生物滤池中进一步硝化、反硝化脱氮反应后，流入高效沉淀池的混合区、絮凝区和斜板沉淀区，通过絮凝和沉淀，截留水中的微小悬浮颗粒，高效沉淀池出水达标排放。具体工艺流程如图1。
3.构筑物的介绍及作用
3.1主要构筑物的结构介绍
初沉池、格栅渠、提升泵房共1座，合建，下为池体结构，提升泵房位于池体上，框架结构。池体敞口，平面总尺寸为52.0m×17.95m，全地下式，地上0.50m，地下5.0m，壁厚650mm，底板厚800mm，底板底设抗浮锚杆；提升泵房平面尺寸为3.85m×17.95m，层高为4.5m，建筑面积为69.5m2。门窗：门采用平开铁门，窗采用塑钢窗；墙体：采用250mm厚加气混凝土砌块。外墙采用聚苯板保温层加外墙涂料涂抹，内墙采用中级抹灰。屋面采用平屋面，排水采用有组织排水，防水采用高聚物改性沥青卷材防水层。
1座A/O反应池，全地上式池体结构，敞口，平面总尺寸为39.95m×47.3m，高度6.5m，池体共分为好氧段、缺氧段等8个池池壁壁厚650mm、500mm，底板厚800mm，池顶设2.0m宽、0.7m高管沟，并设不锈钢栏杆，设钢梯上下。
2座二沉池，全地上式池体结构，敞口，平面总尺寸为Φ19.6m，高度5.47m，池壁壁厚400mm，底板厚500mm，池内设排水堰，池顶设1.0m宽走道，并设不锈钢栏杆，设钢梯上下。
1座曝气生物滤池，下部为池体结构，平面总尺寸为32.55m×15.8m，池体分为超滤进水提升泵反洗泵房和N池等池体，反洗泵房部分地下3.0m，地上1.2m，总高4.2m，N池部分为全地上式，地上4.6m，池壁壁厚400mm，底板厚500mm，池顶设现浇盖板。池顶为1座一层式框架结构，平面尺寸32.55m×15.8m，层高3.6m，房间分为反洗风机房、操作间；门窗：门采用塑钢门，窗采用塑钢窗，墙体：采用250mm厚加气混凝土砌块。外墙采用聚苯板保温层加外墙涂料涂抹，内墙采用中级抹灰。屋面采用平屋面，排水采用有组织排水，防水采用高聚物改性沥青卷材防水层。
1座高效沉淀池，半地下式池体结构，部分敞口，平面总尺寸为22.7m×16.25m，总高度6.7、4.7m，地下4.0m、2.5m，地上2.7m、2.0m，分为1#沉淀浓缩池、2#沉淀浓缩池、絮凝反应池、混凝池等池，池壁壁厚350mm，底板厚400mm，池顶局部设现浇盖板高，并设不锈钢栏杆，设钢梯上下。
2座污泥浓缩池，半地下式池体结构，平面总尺寸为Φ15.1m，总高度4.3m，地下2.0m，地上2.3m，池顶设现浇盖板，池壁壁厚250mm，底板厚300mm，池顶设不锈钢栏杆，设钢梯上下。
所有构筑物都是一体两区设置，若其中一个区域故障需要检修，可以暂时将污水集中到另一个区域进行处理，以免因为设备故障而导致水厂停产。
各个构筑物的设计尺寸见表4。
3.2主要构筑物的工艺介绍
初沉池及泵房前设置机械细格栅以截留较大的悬浮物和漂浮物。格栅渠的水自流入混凝反应分格区，与投加到池内的石灰乳进行反应，去除其中大部分的暂时硬度，以避免污水在生物滤池中结垢堵塞滤料，再进入初沉池，对大颗粒污泥等进行初步沉淀处理。初沉池中沉积的污泥，由行车式吸泥机抽至污泥浓缩池进行浓缩处理。
A/O工艺缺氧、好氧不同的环境条件和不同种类微生物菌群有机配合，脱氮效果好、出水稳定，工艺处理产泥量少，处理工艺更加灵活。A/O工艺工程造价稍高，但土建施工方便，出水水质好，耐冲击负荷能力较强，由于泥龄较长，污泥趋于稳定。
曝气生物滤池工艺内设特制的微生物附着生长必须的颗粒性滤料。BAF反应池的主体是颗粒介质填料床，为达到生物氧化有机物和氨氮的目的，生物滤池需进行曝气。生物曝气过滤工艺布置十分紧凑、占地面积约为常规工艺的十分之一。本工程采用两级前置反硝化生物滤池具有效率高、占地面积小、出水水质好等优点。通过曝气生物滤池的深度处理工艺，能够有效去除二沉池出水的COD和氮。
A/O生物反应池和曝气生物滤池进行脱氮时，需要消耗有机物，而进水碳源不足，所以需要在有机物不足时，在缺氧池前端投加甲醇或葡萄糖补充碳源。
高效沉淀池用于去除废水中以悬浮状态存在的各种杂质，尤其是微生物絮体，以提高废水处理厂出水水质。高效沉淀池主要由三个部分组成：反应池、浓缩池、斜管沉淀。反应池主要由快速混合反应池和慢速絮凝反应池组成，通过投加絮凝剂和助凝剂，有效去除水中的胶体类物质和悬浮物等。浓缩池能够将絮凝反应后的污泥进行浓缩沉淀，污泥一部分回流一部分排至污泥浓缩池。逆流式斜管沉淀区将剩余的矾花沉淀。通过固定在清水收集槽下侧的纵向板进行水力分布，能够有效地提高水流的均匀分配。
4.运行效果分析
工程建设完成后，进入调试运行阶段，通常情况下排水氨氮维持在1mg/L左右，COD维持在50mg/L左右，基本达到了预期要求，完全符合莱芜地区外排水的指标要求。但是根据我单位与莱钢集团签订的合同要求，排水COD必须降至50mg/L以下，因此需要进一步的去除COD，保证出水稳定达标。
5.问题及改进方法
5.1AO生物反应池前端没有调节作用
设计水质比较稳定，AO生物反应池前端是初沉池和提升泵房，没有设置调节池。而在实际运行过程中，进水水质波动较大，COD在200～400mg/L波动，氨氮也在30～60mg/L波动，水质波动不利于生物法的稳定运行。
改进措施：在提升泵房内增加两台搅拌器，对角放置。水流通过初沉池流入提升泵房内，在搅拌器作用下会进行旋转流动，对水质进行混匀，从而保证进入AO池水质的稳定性。改进后，没有特别大的波动情况下，进入AO池的水质COD通常在260mg/L左右，氨氮在45mg/L左右。
5.2实际进水BOD5偏低
进水主要来源于焦化厂、炼铁厂和冷轧生产线的生产废水，可生化性较差。我们采购了连华科技LH-BOD601A型BOD5测定仪，对进水的BOD5进行了多次测量，发现进水的BOD5基本维持在40mg/L左右，远低于最初设计时的测定值。BOD5/TN值低于3，影响了反硝化的效率，TN很难达到排放要求。
改进措施：持续对进水BOD进行化验，发现进水COD波动的情况下，进水的BOD5基本维持在40～50mg/L左右。要使BOD5/TN＞3，则每天需额外补充甲醇约2t。通过运行过程中发现，每天补充1.8t甲醇能够满足反硝化碳源，出水总氮稳定在20mg/L以下。
5.3氨氮的波动
在调试过程中发现进水的氨氮有时波动很大，经常达到55mg/L，超出了设计的上限，出水氨氮会因进水水质的原因升至10mg/L左右，此时超过了莱芜地区外排水水质要求，需要对工艺调整，保证氨氮不超标。
改进措施：将AO池的适当曝气量提高，由原来的3mg/L提高至5mg/L，定期补充市政生活污水厂的脱水污泥，保证污泥在4000mg/L以上，并且投加一些片碱和纯碱补充硝化反应消耗的碱度。通过调整，出水氨氮稳定在3mg/L左右，优于合同标准的5mg/L。
5.4出水COD难以稳定在50mg/L以下
进水属于难生化降解性废水，尽管AO池前端通过投加甲醇提高了一部分生化性，但是出水仍然无法降至50mg/L以下，出水色度也较浑浊。我们也增加过甲醇的投加量试图通过提高可生化性来通过两级生化反应对难降解性COD进行分解去除，但是并没有取得好的效果，甚至出水COD有时因甲醇投加量过高而升高。
改进措施：生化法无法达到要求，则需考虑通过物理或化学的方法去除。通过比较，我们最终决定采用在混合反应池末端投加粉末活性炭来降低COD。该方法工艺简单，不需要额外建设反应池，只需增加一套粉末活性炭投加装置，将粉末活性炭加至现有的高效沉淀池内。通过实验，加药量仅需10mg/L，就能将COD降至50mg/L以下，并且色度也能稳定在30倍以下。
6.小结
钢铁工业排水的污水处理厂设计之前，必须对进水水质进行长期不间断的化验，对进水水质的规律和特点进行全面的分析和研究之后，才能进行污水处理厂的设计。由于莱钢前期对进水调研少，实际调试运行过程中各项指标偏离很大，导致在后来调试过程中产生了各种困难，希望在今后工业废水的项目中避免这种现象再次发生。
通过增加污泥浓度，增加曝气量，提高碱度可以提高曝气池的硝化负荷来保证出水达标，但是也有一定的限度，从本工程来看氨氮超过65mg/L，硝化反应的停留时间过短，排水就很难达到5mg/L以下。
在本工艺中，粉末活性炭和高效沉淀池的应用对于去除难降解性COD和去除色度具有很好的效果，可以在其他工业废水处理过程中进行推广。
参考文献
[1]高廷耀,顾国维,周琪.水污染控制工程[M].北京：高等教育出版社，2015.
［2］王笏曹.钢铁工业给水排水设计手册[M].北京：冶金工业出版社，2002.
作者单位：山东莱钢节能环保工程有限公司
来源：《节能与环保》杂志2018年06月刊
