某特大型钢铁企业综合废水含有炼钢、炼铁、焦化、冷轧、生活等各厂排出的综合废水，成分复杂，水质阶段性波动，该废水B/C比小于0.2，总氮含量较高，出水水质需达到《钢铁工业水污染物排放标准（GB13456—2012）》中的排放标准，某企业经过多年运营总结，采用物化沉淀—前置反硝化接触池—曝气生物滤池—后置反硝化滤池—深度化学氧化相结合的处理工艺，处理该钢铁企业综合废水，出水水质完全达到国家排放标准限制要求。
废水处理厂水质、水量及处理要求
该钢铁企业综合废水水量平均为2000m3/h，经过处理后，出水水质需达到《钢铁工业水污染物排放标准（GB13456—2012）》中的要求，部分装置设计进出水指标如表1所示。
表1 设计进、出水水质
处理工艺流程及简介
工艺流程如图1所示。来自钢铁厂的综合废水经过提升后首先进入沉淀池，在混凝剂的作用下，废水中的胶体和细微悬浮物凝聚成絮凝体，然后予以分离去除，沉淀池出水进入前置反硝化接触池，原水中的硝酸盐氮稳定脱除。在此过程中，部分有机物得以协同消耗降解，减轻后续单元运行压力，然后废水进入后续曝气生物滤池，进行碳化及硝化反应，脱除废水中的COD的同时将氨氮转换为硝酸盐氮，曝气生物滤池出水后进入后置反硝化滤池，在反硝化滤池的缺氧环境中进行反硝化反应，进一步去除水中总氮。从反硝化滤池出水后，进入沙滤池，砂滤池出水进入催化氧化池，在催化剂作用下，废水中无法生物降解的有机物被矿化，废水得到完全净化。
图1 废水处理工艺流程
运行研究
01 总氮脱除工艺研究
本工程中，总氮的有效脱除是系统运行的难点之一，由于原水中BOD较低，同时进水中含有部分硝酸盐氮，仅靠一级反硝化装置出水TN难以稳定达标。因此，本处理系统分别设置前置及后置反硝化装置，其中，前置反硝化装置内装有帘式悬挂填料，后置反硝化装置内填充生物陶粒。废水首先进入前置反硝化装置，原水中的硝酸盐氮得以脱除，在此过程中，部分有机物协同脱除，为后续更为精密的生物滤池减轻负担，氨态氮进入曝气生物滤池转化为硝酸盐氮，随后进入后置反硝化滤池，在外加碳源的作用下，完成总氮的最终脱除。
通过以上工艺流程研发，经过多年运行实践，得到系统总氮脱除效果如图2所示。
图2 废水部分理化指标变化趋势
由图2可以看出：经过前置反硝化滤池后，原水中大部分硝态氮得以降解，剩余约10mg/L，总氮为30mg/L左右，经过后置反硝化滤池后，出水总氮稳定小于15mg/L，系统进水COD为60~90mg/L，经过全流程处理后，出水COD稳定小于50mg/L。
02 总氮脱除药剂研究
运行初期，本系统以葡萄糖作为外加碳源，由于葡萄糖为多分子有机物，不易被反硝化细菌直接利用，造成反硝化滤池产泥量大，出水浊度高，滤池堵塞严重，需要频繁进行反洗，不仅操作压力大，同时为系统的稳定运行带来巨大风险。
有研究表明，采用不同的碳源对反硝化细菌的培养可产生不同影响，为探索不同碳源对总氮脱除效果影响，进行了中试试验，分别选取乙酸、甲醇及葡萄糖进行对比，经过约1.5个月中试后，总氮脱除结果如图3所示。
图3 不同碳源投加后系统总氮对比
图3表明：碳源由葡萄糖更换为乙酸及甲醇后，反硝化细菌很快完成适应，稳定运行后，投加乙酸及甲醇均取得了良好效果，试验进水总氮为20~30mg/L，出水总氮均为10mg/L左右，总氮脱除效果优于投加葡萄糖组。
根据不同试验组碳源投加情况，整理结果如表2所示。
表2 投加不同碳源效果对比
由表2所示：对比葡萄糖，利用乙酸、甲醇作为反硝化碳源效果更优，处理相同当量的总氮投加量会更少，同时系统反洗周期明显降低，出水水质更好。
03 有机物稳定达标研究
本工程进水B/C比为0.2，可生化性较差，同时，向脱除总氮系统中投加了碳源，易造成系统出水有机物升高现象，出水有机物稳定达标难度大。为此，系统末端设置了臭氧催化氧化装置，形成了混凝沉淀—生化处理—深度化学氧化处理体系。首先，通过物化沉淀去除废水中的胶体及微小悬浮颗粒，部分有机物同时得以沉淀脱除，然后，废水进入生化处理单元，在生物硝化—反硝化协同作用下，进一步降低有机物，最后，利用臭氧的强氧化能力对系统进行保安，保障出水有机物稳定达标，经过运营统计，系统有机物变化情况如图4所示。
图4 系统有机物变化情况
由图4所示：系统进水COD为60~90mg/L，经过混凝及生化处理后，出水COD为50mg/L左右，经过臭氧深度氧化后，最终出水COD稳定小于50mg/L。
取得的效果
该工程于2015年末竣工，随后进行调试运行，系统处理水量2000m3/h，经过一段时间的系统调试及探索，系统已经稳定运行，操作维护顺畅，处理出水见表3。由表3可知，出水水质优于《钢铁工业水污染物排放标准（GB13456—2012）》中的水质指标。
表3 系统出水水质
结语
（1）采用物化沉淀—前置反硝化接触池—曝气生物滤池—后置反硝化滤池—深度化学氧化相结合的处理钢铁综合废水，效果良好，进水总氮30~60mg/L，COD60~90mg/L，经过处理后，出水总氮稳定小于15mg/L，COD小于50mg/L。
（2）应用前置与后置反硝化组合工艺，可有效解决进水总氮高，水质波动大的问题，废水首先进入前置反硝化装置，原水中的硝酸盐氮可降低10mg/L，在此过程中，部分有机物协同脱除，为后续更为精密的生物滤池减轻负担，在外加碳源的作用下，后置反硝化滤池完成总氮的深度脱除。
（3）对比葡萄糖，利用乙酸、甲醇作为反硝化碳源效果更优，处理相同当量的总氮投加量会更少，同时系统反洗周期明显降低，出水水质更好。
（4）系统末端设置臭氧催化氧化装置，形成混凝沉淀—生化处理—深度化学氧化处理体系，可有效保障出水有机物稳定达标。
