CN108996808B - 钢铁工业难降解浓水的生化组合处理工艺和设备 - Google Patents

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Abstract

钢铁工业难降解浓水的生化组合处理工艺和设备，本发明的工艺包括生化处理子工艺和生化后处理子工艺，具体包括：前置反硝化生物脱氮处理步骤；前置反硝化生物滤池和硝化曝气生物滤池处理步骤；臭氧接触池处理步骤；生物活性炭滤池处理步骤；高密度沉淀池及V型滤池处理步骤；以及尾水消毒步骤。本发明的设备包括生化处理装置和生化后处理装置，生化处理装置包括厌氧反应池、缺氧反应池和好氧反应池、反硝化生物滤池、硝化曝气生物滤池、臭氧接触池、生物活性炭滤池；生化后处理装置包括高密度沉淀池、V型滤池。利用本发明的工艺和设备，可将钢铁工业难降解浓水集中进行综合处理，出水达标《钢铁工业水污染物排放标准》中表3‑特别限值的要求。

Description

钢铁工业难降解浓水的生化组合处理工艺和设备
技术领域
本发明涉及水处理工艺和水处理设备，尤其涉及钢铁工业难降解浓水的生化组合处理工艺和钢铁工业难降解浓水的生化组合处理设备。
背景技术
近年来，随着我国社会经济的不断发展，冶金行业得到了迅猛发展，冶金工业用水量也随着不断增大，是耗水大户。钢铁企业工业用水主要是冷却用水，其次是煤气洗涤用水、除尘用水，还有一部分是生产工艺用水、设备冲洗用水、地面冲洗用水等。钢铁企业工业耗水量占全国总耗水量的14％左右。钢铁企业工业用水不仅决定行业用水效果以及最终产品品质，也决定对周边水环境影响程度的大小，与冶金行业的经济效益和环境效应息息相关。
钢铁企业冶炼污水来源主要包括高炉和热风炉的冷却水、高炉煤气的洗涤水、炉渣水淬和水力排水、焦化废水等。目前，国内很多钢铁企业已经进行了冶炼污水回用的工作，大部分是采用传统的处理技术，如混凝沉淀、气浮、过滤等，但因冶炼污水成分复杂，经传统工艺处理后的水不能有效去除其中的污染物，无法满足生产用水要求，限制了回用的范围，大部分达标排放。因此，一直存在如下的需求：针对钢铁企业冶炼污水的水质状况，采用有效的深度处理工艺，使回用水满足各用水点的要求，最终实现水资源的循环利用。这一需求促进了更多、更新的水处理技术的发展。
将膜分离技术与传统处理工艺结合的膜集成技术能够很好地解决污水回用的深度处理问题，从而拓展了污水回用的深度和广度，并使膜分离技术得到了大规模的推广应用，是目前研究应用的热点。但随着反渗透膜处理技术的广泛应用，随之而来的是出现了浓水的问题，而现有浓水问题突出，主要的浓水处理工艺技术是蒸发结晶。蒸发结晶技术从上世纪60年代至今，根据能源效率划分，已经发展了三代技术：1、多效蒸发技术，2、热力蒸汽再压缩技术(TVR)，3、机械蒸汽再压缩技术(MVR)，但就实际应用情况来看，蒸发结晶技术投资高、运行成本高，运行中制约多，连续稳定运行效果差。目前在钢铁冶金高浓度废水处理领域还未出现成熟的工艺应用技术，已制约钢铁废水处理和回用的工艺技术的发展，影响钢铁企业的可持续绿色发展。
因此，将钢铁企业中的煤气脱硫水、洗涤水、冲渣废水(含焦化废水)、轧钢中和废水和工业废水反渗透系统浓水等含高浓度难降解污染物的废水集中进行高效、低成本的综合处理，出水达标《钢铁工业水污染物排放标准》(GB13456-2012，表3-特别限值)的要求，成为本领域技术人员亟待解决的技术问题。
发明内容
为解决上述现有技术中存在的技术问题，本发明提供了一种钢铁工业难降解浓水的生化组合处理工艺和一种钢铁工业难降解浓水的生化组合处理设备。
一方面，本发明公开了一种钢铁工业难降解浓水的生化组合处理工艺，包括：
(1)生化处理子工艺，其包括以下步骤：
前置反硝化生物脱氮处理步骤，浓水顺序进入厌氧反应池A、缺氧反应池A1和好氧反应池O1，并且好氧反应池O1的出水回流液内循环至缺氧反应池A1，其中厌氧反应池A对浓水进行水解和酸化；缺氧反应池A1以酸化后的浓水中的有机物作为电子供体，以好氧反应池O1的出水回流液中的NO3－和NO2－为电子受体，进行前置反硝化反应，将硝酸还原成气态氮释出，同时将有机物降解并产生碱；好氧反应池O1内进行浓水中微生物的生物化学反应，异养菌在好氧条件下降解浓水中的需要被氧化的还原性物质COD同时自身不断繁殖，当自养硝化菌取代异养菌成为优势菌种后进行硝化反应，亚硝化菌将NH4+转化为NO2－，然后再由硝化菌进一步转化为NO3－；
前置反硝化生物滤池和硝化曝气生物滤池处理步骤，利用反硝化生物滤池A2进一步进行前置反硝化反应并进行生物过滤，利用硝化曝气生物滤池O2进一步进行硝化反应并进行生物过滤，由此进一步降低浓水中的需要被氧化的还原性物质COD、总氮TN等污染物；
臭氧接触池处理步骤，利用臭氧接触池对来自反硝化生物滤池A2和硝化曝气生物滤池O2的出水进行臭氧接触处理，提高需要被氧化的还原性物质COD的可生化性；
生物活性炭滤池处理步骤，利用生物活性炭滤池BAC降解浓水中的有机污染物；
(2)生化后处理子工艺，其包括以下步骤：
高密度沉淀池及V型滤池处理步骤，通过在高密度沉淀池的前混凝池内投加除磷药剂并经高密度沉淀池及V型滤池去除浓水中的总磷TP、需要被氧化的还原性物质COD及悬浮物；
尾水消毒步骤，使用次氯酸钠进行消毒，以杀死绝大多数病原微生物。
进一步地，在所述钢铁工业难降解浓水的生化组合处理工艺中，在所述生化处理子工艺之前还包括部分生化预处理步骤，利用调节池来调节浓水的水质、水量。
进一步地，在所述钢铁工业难降解浓水的生化组合处理工艺中，所述部分生化预处理步骤中使用的调节池为4座Φ28m·2.9m的调节池，控制浓水在所述调节池的停留时间为3小时。
进一步地，在所述钢铁工业难降解浓水的生化组合处理工艺中，所述调节池中设置有潜水搅拌机，以防止浓水中的悬浮物在调节池中沉淀。
进一步地，在所述钢铁工业难降解浓水的生化组合处理工艺中，所述调节池中设置有蒸汽加热汽水混合器，以确保冬季水温控制在20℃及以上。
进一步地，在所述钢铁工业难降解浓水的生化组合处理工艺中，所述钢铁工业难降解浓水的生化组合处理工艺还包括化学加药处理步骤，使用聚合氯化铝PAC制备投加装置、除磷药剂投加装置、甲醇储备投加装置、氢氧化钠制备投加装置、聚丙烯酰胺PAM制备投加装置、次氯酸钠存储投加装置等进行所需化学药剂的投加。
进一步地，在所述钢铁工业难降解浓水的生化组合处理工艺中，所述厌氧反应池A的尺寸为4.7m×19.4m×9.8m，采用四格设计，控制浓水在所述厌氧反应池A的停留时间为1.2小时；所述缺氧反应池A1的尺寸为22m×19.4m×9.8m，采用四格设计，控制浓水在所述缺氧反应池A1的停留时间为5.3小时；所述好氧反应池O1的尺寸为41m×19.4m×9.8m，采用四格设计，控制浓水在所述好氧反应池O1的停留时间为10.16小时。
进一步地，在所述钢铁工业难降解浓水的生化组合处理工艺中，所述好氧反应池O1配备有曝气管、溶解氧在线检测仪和pH在线检测仪，通过调节曝气管风机的曝气量来保证所述好氧反应池O1中溶解氧的含量在2mg/L左右，以及通过投加氢氧化钠溶液来保证好氧反应池O1中的pH值在7.5～8之间。
进一步地，在所述钢铁工业难降解浓水的生化组合处理工艺中，所述反硝化生物滤池A2的尺寸为7m×7m×7.4m，采用十格设计，控制浓水在所述反硝化生物滤池A2的停留时间为40分钟；所述硝化曝气生物滤池O2的尺寸为7m×7m×7.2m，采用十格设计，控制浓水在所述硝化曝气生物滤池O2的停留时间为42分钟。
进一步地，在所述钢铁工业难降解浓水的生化组合处理工艺中，所述臭氧接触池的尺寸为4.5m×52.5m×8.3m，采用四格设计，控制浓水在所述臭氧接触池的停留时间为2.94小时，以三段压力接触氧化方式进行臭氧接触并且臭氧接触时间为175分钟。
进一步地，在所述钢铁工业难降解浓水的生化组合处理工艺中，所述生物活性炭滤池BAC的尺寸为7m×7m×6.4m，采用八格设计，控制浓水在所述生物活性炭滤池BAC的停留时间为56.45分钟。
另一方面，本发明还公开了一种钢铁工业难降解浓水的生化组合处理设备，包括：
(1)生化处理装置，其包括：厌氧反应池A、缺氧反应池A1和好氧反应池O1、反硝化生物滤池A2、硝化曝气生物滤池O2、臭氧接触池、生物活性炭滤池BAC；
(2)生化后处理装置，其包括：高密度沉淀池、V型滤池。
进一步地，所述钢铁工业难降解浓水的生化组合处理设备还包括部分生化预处理装置，所述部分生化预处理装置采用4座Φ28m·2.9m的调节池。
进一步地，在所述钢铁工业难降解浓水的生化组合处理设备中，所述调节池中设置有潜水搅拌机和蒸汽加热汽水混合器。
进一步地，所述钢铁工业难降解浓水的生化组合处理设备还包括聚合氯化铝PAC制备投加装置、除磷药剂投加装置、甲醇储备投加装置、氢氧化钠制备投加装置、聚丙烯酰胺PAM制备投加装置、次氯酸钠存储投加装置。
进一步地，在所述钢铁工业难降解浓水的生化组合处理设备中，所述厌氧反应池A的尺寸为4.7m×19.4m×9.8m，采用四格设计；所述缺氧反应池A1的尺寸为22m×19.4m×9.8m，采用四格设计；所述好氧反应池O1的尺寸为41m×19.4m×9.8m，采用四格设计。
进一步地，在所述钢铁工业难降解浓水的生化组合处理设备中，所述好氧反应池O1配备有曝气管、溶解氧在线检测仪和pH在线检测仪。
进一步地，在所述钢铁工业难降解浓水的生化组合处理设备中，所述反硝化生物滤池A2的尺寸为7m×7m×7.4m，采用十格设计；所述硝化曝气生物滤池O2的尺寸为7m×7m×7.2m，采用十格设计。
进一步地，在所述钢铁工业难降解浓水的生化组合处理设备中，所述臭氧接触池的尺寸为4.5m×52.5m×8.3m，采用四格设计。
进一步地，在所述钢铁工业难降解浓水的生化组合处理设备中，所述生物活性炭滤池BAC的尺寸为7m×7m×6.4m，采用八格设计。
利用本发明的钢铁工业难降解浓水的生化组合处理工艺和设备，可以将钢铁企业中的煤气脱硫水、洗涤水、冲渣废水(含焦化废水)、轧钢中和废水和工业废水反渗透系统浓水等含高浓度难降解污染物的废水集中进行高效、低成本的综合处理，出水达标《钢铁工业水污染物排放标准》(GB13456-2012，表3-特别限值)的要求。而且，本发明的钢铁工业难降解浓水的生化组合处理工艺和设备可将钢铁企业中的煤气脱硫水、洗涤水、冲渣废水(含焦化废水)、轧钢中和废水和工业废水反渗透系统浓水等含高浓度难降解污染物的废水集中进行综合处理，大幅减轻了工业废水回用负荷，有效提高废水回用效率。此外，本发明的钢铁工业难降解浓水的生化组合处理工艺和设备还具有投资小、运行成本低、处理效率高的优点。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明的钢铁工业难降解浓水的生化组合处理工艺总体流程示意图，其中同时示出本发明的钢铁工业难降解浓水的生化组合处理设备中的主要设施或装置。
图2是本发明的钢铁工业难降解浓水的生化组合处理工艺中前置反硝化生物脱氮处理流程示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明具体实施例及相应的附图对本发明技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
定义
本文中，术语“钢铁工业难降解浓水”系指钢铁企业中的煤气脱硫水、洗涤水、冲渣废水(含焦化废水)、轧钢中和废水和工业废水反渗透系统浓水等通过管网收集混合后形成的含高浓度难降解污染物的废水。
术语“BOD”的英文名称为Biochemical Oxygen Demand，本意为生化需氧量，表示用微生物降解污水中的有机物所消耗的氧气量，本文中BOD间接指代废水中有机物等需氧污染物质。
术语“COD”的英文名称为Chemical Oxygen Demand，本意为化学需氧量，表示用化学氧化剂(如高锰酸钾、重铬酸钾)氧化水中需氧污染物质时所消耗的氧气量，本文中COD间接指代废水中需要被氧化的还原性物质，例如各种有机物、亚硝酸盐、硫化物、亚铁盐等。
本文中，术语“BOD5”系指用微生物降解污水中的有机物5天所消耗的氧气量。
本文中，术语“CODCr”系指用重铬酸钾作为氧化剂测定出的化学耗氧量。
本文中，术语“B/C”系指可生化性。
本文中，术语“A/A/O”是英文名称Anaerobic-Anoxic-Oxic的第一个字母的简称，系指厌氧反应池/缺氧反应池/好氧反应池处理工艺，即在厌氧反应池-好氧反应池工艺中加一缺氧反应池，将好氧反应池流出的一部分混合液回流至缺氧反应池前端，以达到硝化脱氮的目的。
本文中，术语“A/A1/O1+A2/O2”系指厌氧反应池+缺氧反应池1+好氧反应池1+缺氧反应池2+好氧反应池2的生化处理工艺，具体指代前置反硝化生物脱氮处理(A/A1/O1:厌氧反应池/缺氧反应池1/好氧反应池1)、前置反硝化生物滤池和硝化曝气生物滤池处理(A2/O2:缺氧反应池2即反硝化生物滤池+好氧反应池2即硝化曝气生物滤池)的组合生物处理工艺。
本文中，术语“SS”的英文名称为Suspended Solids，系指悬浮物含量，也可指代悬浮在废水中的固体物质，包括不溶于水中的无机物、有机物及泥砂、黏土、微生物等悬浮物。
本文中，术语“TP”的英文名称为Total Phosphorus，系指总磷量，也可指代废水中以无机态和有机态存在的磷。
本文中，术语“TN”的英文名称为Total Nitrogen，系指总氮量，也可指代废水中各种形态的无机氮和有机氮。
本文中，术语“BAC”的英文名称为Biological Activated Carbon，系指生物活性炭。
本文中，术语“PAM”是英文名称Polyacrylamide的缩写，系指聚丙烯酰胺，用作非离子型高分子絮凝剂。
本文中，术语“PAC”的英文名称为Poly Aluminium Chloride，系指聚合氯化铝，是一种无机高分子混凝剂，用作净水材料。
本文中，术语“SS304”系指奥氏体不锈钢材料，其牌号为0Cr18Ni9。
本文中，术语“GG25”系指灰铸铁HT250。
本文中，术语“ABS”是Acrylonitrile Butadiene Styrene的首字母缩写，系指丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物材料。
本文中，术语“EPDM”是Ethylene Propylene Diene Monomer的首字母缩写，系指三元乙丙橡胶材料。
本文中，术语“316L”系指不锈钢(钛钢)材料，其牌号为022Cr17Ni12Mo2。
本文中，术语“PP”是英文名称Polypropylene的缩写，系指聚丙烯，是一种半结晶的热塑性塑料。
本文中，术语“HDPE”是High Density Polyethylene的首字母缩写，系指高密度聚乙烯，是一种结晶度高、非极性的热塑性树脂材料。
本文中，术语“PVDF”是英文名称Poly(vinylidene fluoride)的缩写，系指偏氟乙烯均聚物或者偏氟乙烯与其他少量含氟乙烯基单体的共聚物材料。
实施例
通过对某大型钢铁企业水处理系统各排水水质数据的长周期的统计分析，结合现有的水处理技术，通过多次小规模试验和工艺改进，形成了本发明的钢铁工业难降解浓水的生化组合处理工艺和钢铁工业难降解浓水的生化组合处理设备，可以将钢铁企业中的煤气脱硫水、洗涤水、冲渣废水(含焦化废水)、轧钢中和废水和工业废水反渗透系统浓水等含高浓度难降解污染物的废水集中进行高效、低成本的综合处理，出水达标《钢铁工业水污染物排放标准》(GB13456-2012，表3-特别限值)的要求，其中主要出水指标CODcr≤30mg/L，氨氮≤5mg/L，总氮≤15mg/L，总磷≤0.5mg/L。
以下结合图1和图2详细描述本发明的钢铁工业难降解浓水的生化组合处理工艺和钢铁工业难降解浓水的生化组合处理设备。
1、所需处理的钢铁工业难降解浓水的来源及特点
钢铁企业中的煤气脱硫水、洗涤水、冲渣废水(含焦化废水)、轧钢中和废水和工业废水反渗透系统浓水等含高浓度难降解污染物的废水通过管网收集混合，其水质特点：盐份高，有机物、氨氮、总氮TN、总磷TP含量高，且可生化性B/C小于3，生化性差，难降解。
更具体地，所需处理的钢铁工业难降解浓水的进水水质情况为：
序号 指标 单位 设计进水指标
1 pH — 6～8
2 悬浮物SS mg/L ≤30
3 CODcr mg/L 80～120
4 BOD5 mg/L 20～35
5 总氮TN mg/L ≤70
6 氨氮 mg/L ≤15
7 总磷TP mg/L ≤3
8 石油类 mg/L ≤3
9 水温 ℃ ≥15
2、本发明的钢铁工业难降解浓水的生化组合处理工艺的具体实施例说明
2.1基本介绍
根据上述钢铁工业难降解浓水的进水水质情况和国家标准、相关技术要求，本发明采用部分生化预处理+生化处理+生化后处理的工艺路线进行钢铁工业难降解浓水的生化组合处理。
2.2部分生化预处理
在部分生化预处理中，利用调节池来调节浓水的水质、水量。由于钢铁工业难降解浓水的水量日夜变化大，为了保证钢铁工业难降解浓水处理系统的连续稳定运行，需设计调节池来调节钢铁工业难降解浓水的水质、水量。本发明的钢铁工业难降解浓水的生化组合处理工艺和设备采用4座Φ28m·2.9m的调节池，控制钢铁工业难降解浓水在调节池的停留时间为3小时。
为防止钢铁工业难降解浓水中的悬浮物在调节池中沉淀，调节池中设置有潜水搅拌机。潜水搅拌机可上下升降，方便地移动，检查或维修时无需人员进入调节池内。
此外，调节池中设置有蒸汽加热汽水混合器，由此可以确保即使在冬季水温也能控制在20℃，从而确保生化组合处理效果。
2.3生化处理
在本发明的钢铁工业难降解浓水的生化组合处理工艺和设备中，进行钢铁工业难降解浓水的生化处理时，采用A/A1/O1+A2/O2+臭氧+BAC的生化处理工艺，该生化处理工艺具有脱氮除磷功能，出水可满足排放标准的要求。
A/A1/O1+A2/O2+臭氧+BAC的生化处理工艺即为前置反硝化生物脱氮处理(A/A1/O1:厌氧反应池/缺氧反应池1/好氧反应池1)、前置反硝化生物滤池和硝化曝气生物滤池处理(A2/O2:缺氧反应池2即反硝化生物滤池+好氧反应池2即硝化曝气生物滤池)、臭氧接触池处理、生物活性炭滤池处理(BAC)的组合，具体包括如下步骤：
2.3.1前置反硝化生物脱氮处理：
A/A/O前置反硝化工艺最常见的脱氮工艺，包含初始缺氧区，后接好氧区。在缺氧区好氧产生的硝酸盐利用缺氧区进水中的有机物等需氧污染物质BOD转化为氮气。硝化作用发生在好氧区，同时将剩余的溶解性有机物等需氧污染物质BOD几乎全部去除。在好氧区末端，泵将富含硝酸盐的混合液回流至缺氧区用以反硝化。在本发明的钢铁工业难降解浓水的生化组合处理工艺和设备中，进行前置反硝化生物脱氮处理时，浓水顺序进入厌氧反应池A、缺氧反应池A1和好氧反应池O1，并且好氧反应池O1的出水回流液内循环至缺氧反应池A1，其中厌氧反应池A对浓水进行水解和酸化；缺氧反应池A1以酸化后的浓水中的有机物作为电子供体，以好氧反应池O1的出水回流液中的NO3－和NO2－为电子受体，进行前置反硝化反应，将硝酸还原成气态氮释出，同时将有机物降解并产生碱；好氧反应池O1内进行浓水中微生物的生物化学反应，异养菌在好氧条件下降解浓水中的需要被氧化的还原性物质COD同时自身不断繁殖，当自养硝化菌取代异养菌成为优势菌种后进行硝化反应，亚硝化菌将NH4+转化为NO2－，然后再由硝化菌进一步转化为NO3－。
(1)厌氧反应池A
厌氧反应池A对浓水进行水解和酸化，水解和酸化对于钢铁工业难降解浓水中的大分子有机物得到了转化和降解，为后续的处理提供易于氧化分解的有机底物，提高了钢铁工业难降解浓水的可生化性。同时，由于水解酸化菌对反应条件不敏感，因而厌氧反应池A还可以起到抗冲击负荷、温度和pH值的波动的作用。
厌氧反应池A的尺寸例如可以选择为4.7m×19.4m×9.8m，采用四格设计，控制浓水在厌氧反应池A的停留时间为1.2小时。
(2)缺氧反应池A1
缺氧反应池A1是生化反应的核心设施之一。它是以厌氧酸化后的有机物作为电子供体，以好氧反应池O1出水回流液中的NO3－和NO2－为电子受体，进行前置反硝化反应，将硝酸还原成气态氮释出，同时将有机物降解，并产生碱度的过程。在反硝化反应中，每消耗1mg的硝态氮会生成以碳酸钙计的3.57mg的碱，因此前置的缺氧反应池A1可以为好氧反应池O1提供一部分碱度。
缺氧反应池A1的尺寸例如可以选择为22m×19.4m×9.8m，采用四格设计，控制浓水在缺氧反应池A1的停留时间为5.3小时。
(3)好氧反应池O1
微生物的生物化学反应过程主要在好氧反应池O1内完成。在该阶段，大量异养菌在好氧条件下，降解水中高浓度的需要被氧化的还原性物质COD，同时自身不断的繁殖，当浓水中可降解的有机物消耗殆尽时，自养的硝化菌取代异养菌成为优势菌种。一般情况下，先是亚硝化菌将NH4+转化为NO2-，然后再由硝化菌进一步转化为NO3-。在硝化反应中，每克氨氮氧化成硝态氮需要消耗4.57g氧气，并消耗7.14g碳酸钙碱。同时，在活性污泥去除需要被氧化的还原性物质COD的过程中，每去除1g的需要被氧化的还原性物质COD也会产生0.1g的碳酸钙碱。
好氧反应池O1的尺寸例如可以选择为41m×19.4m×9.8m，采用四格设计，每格分为3个廊道，形成推流式好氧反应单元，采用曝气管进行曝气，控制浓水在好氧反应池O1的停留时间为10.16小时。
此外，为了保证硝化反应、生化反应所需的氧，好氧反应池O1配备有溶解氧在线检测仪，通过调节风机曝气量以保证好氧反应池O1中溶解氧的含量在2mg/L左右。进一步地，为保证好氧反应池O1硝化反应所需要的碱度，好氧反应池O1设置有pH在线检测仪，通过投加氢氧化钠NaOH溶液，保证好氧反应池O1的pH值在7.5～8之间，保证硝化反应有充足的碳源。
上述前置反硝化生物脱氮处理充分利用硝化反应和反硝化反应的特点，采用反硝化反应前置，这样反硝化反应产生的碱和生化反应所产生的碱带入到硝化反应中，使得整个A/A1/O1前置反硝化生物脱氮处理中每去除1g的氨氮所需要碳酸钙碱的消耗量降低至3.47克。
2.3.2前置反硝化生物滤池和硝化曝气生物滤池处理：
根据进水水质分析，利用反硝化生物滤池A2进一步进行前置反硝化反应并进行生物过滤，利用硝化曝气生物滤池O2进一步进行硝化反应并进行生物过滤，由此进一步降低浓水中的需要被氧化的还原性物质COD、总氮TN等污染物。
反硝化生物滤池A2的尺寸例如可以选择为7m×7m×7.4m，采用十格设计，控制浓水在反硝化生物滤池A2的停留时间为40分钟。
硝化曝气生物滤池O2是固定化生物膜三相反应器，兼有活性污泥、生物膜的优点，将生化反应和物理过滤(固液分离)两种处理过程合并在同一反应器中完成，不需设终沉池。硝化曝气生物滤池O2氧利用效率高，气水比低，能耗低，运行费用低。硝化曝气生物滤池O2内装填有高比表面积的颗粒填料，可以在整个填充区域内形成三维生物膜，空间利用率更高，以提供微生物膜生长的载体。在硝化曝气生物滤池O2，污水由下向上流过滤料层，滤料层下部设有鼓风曝气，空气与污水同向接触，使污水中的有机物与填料表面的生物膜发生生化反应得以降解，填料同时起到物理过滤阻截作用，所截留的悬浮物SS中的部分有机成分则在生物膜微生物的作用下，被转化为溶解性物质而被吸收降解，从而这种“富集—吸收的微生态协同作用”在一定程度上提高了滤料床的截污能力，并由此体现出其处理能力强、去污效果好、截留容量大的特点。硝化曝气生物滤池O2通过定期反洗将颗粒填料表面的剩余微生物剥离后，自流进入调节池。硝化曝气生物滤池O2通过不同的系统配置，可以行程不同形式的处理单元，可以同时或分别去除浓水中的悬浮物SS、需要被氧化的还原性物质COD、有机物等需氧污染物质，实现硝化、脱氮、除磷的作用。
硝化曝气生物滤池O2的结构形式与普通的滤池类似，其主体由滤池池体、滤料层、承托层、布水系统、反冲洗系统、进水系统、出水系统、管道和自控系统组成。硝化曝气生物滤池O2的尺寸例如可以选择为7m×7m×7.2m，采用十格设计，控制浓水在硝化曝气生物滤池O2的停留时间为42分钟。
2.3.3臭氧接触池处理：
利用臭氧接触池对来自反硝化生物滤池A2和硝化曝气生物滤池O2的出水进行臭氧接触处理，提高需要被氧化的还原性物质COD的可生化性。反硝化生物滤池A2和硝化曝气生物滤池O2的出水中需要被氧化的还原性物质COD的可生化性很差，如果后续不采取物理化学措施，而简单再串联一级生化处理工艺将起不到进一步降低出水中需要被氧化的还原性物质COD的作用，在本发明中采用了臭氧氧化工艺来提高反硝化生物滤池A2和硝化曝气生物滤池O2的出水中需要被氧化的还原性物质COD的可生化性。
20世纪80年代以来，高级氧化技术AOP(Advanced O×idation ProceSUS)引起了世界各国环境科技界的广泛重视；它的特点是有较高的氧化还原电位，是一种强氧化剂，通过物理或化学手段产生氧化能力很强的活性自由基，这些自由基能有效分解污染物(大分子变小分子)，提高污水的可生化性，甚至彻底地将有机污染物氧化分解为二氧化碳、水和矿物盐等无害无机物，不会产生新的污染。
臭氧接触池的尺寸例如可以选择为4.5m×52.5m×8.3m，采用四格设计，控制浓水在臭氧接触池的停留时间为2.94小时，以三段压力接触氧化方式进行臭氧接触并且臭氧接触时间为175分钟。
2.3.4生物活性炭滤池处理：
利用生物活性炭滤池BAC降解浓水中的有机污染物。在活性炭巨大的表面上附着大量的好氧微生物，以吸附在活性炭表面的有机物为养料逐渐形成生物膜，使得活性炭具有明显的生物活性，因此被称之为生物活性炭滤池。简而言之，生物活性滤池就是用活性炭替换普通滤池中的石英砂填料，利用活性炭易于生长生物膜的特性，降解污水中的有机污染物。生物活性炭滤池是通过活性炭吸附，臭氧氧化和生物降解的协同作用来完成对有机物的取出，水中有机物不断地被吸附到活性炭表面，有机物与生物膜的接触时间得到了充分的保证，从而使生化有机物的效率大大提高，吸附在活性炭上的有机物被生化降解的同时，其吸附能力也随之得到恢复。国内外研究也表明，炭滤池中生长的大量微型生物是生物活性炭滤池处理效率得以提高和使用周期能够延长的主要因素。
生物活性炭滤池BAC的尺寸例如可以选择为7m×7m×6.4m，采用八格设计，控制浓水在生物活性炭滤池BAC的停留时间为56.45分钟。
2.4生化后处理
在本发明的钢铁工业难降解浓水的生化组合处理工艺和设备中，钢铁工业难降解浓水的生化后处理主要是通过物理和化学作用进一步去除生化处理后污水中的需要被氧化的还原性物质COD、悬浮物SS和总磷TP。
2.4.1高密度沉淀池及V型滤池处理：
在高密度沉淀池及V型滤池处理过程中，通过在高密度沉淀池的前混凝池内投加除磷药剂并经高密度沉淀池及V型滤池去除浓水中的总磷TP、需要被氧化的还原性物质COD及悬浮物SS。
生化处理后的出水中的需要被氧化的还原性物质COD通过高密度沉淀池的前混凝池生成絮状物，絮状物通过沉淀过滤去除。生化处理后的出水中带有极细小的有机污泥粒子，还含有生物降解过程中形成不沉淀的胶体类有机中间产物(多时水色灰白)，两者都是耗氧物质需要被氧化的还原性物质，新生成的絮状物能够吸附网罗这两种物质一起共沉而除去。此外，为了确保出水达到总磷TP≤0.5mg/l的处理要求，在本发明中须考虑增加辅助化学除磷措施。总磷TP可以通过化学沉淀加过滤的方式进行去除，即在高密度沉淀池的前混凝池内投加除磷药剂，经高密度沉淀池及后面的V型滤池去除污水中的总磷TP。
高密度沉淀池由前混凝池、絮凝池、沉淀浓缩池、后混凝池组成。高密度沉淀池在以下方面有显著优势：(1)占地面积小：表面负荷7m3/m2.h以上，耐冲击负荷，占地只有常规工艺的1/2～1/3；(2)减少化学药剂的使用：药剂投加量比常规工艺少20％。V型滤池是快滤池的一种形式，因为其进水槽形状呈V字形而得名，也叫均粒滤料滤池，其滤料采用均质滤料即均粒径滤料，主要特点是：(1)可采用较粗滤料较厚滤层以增加过滤周期；(2)气、水反冲再加始终存在的横向表面扫洗，冲洗水量大大减少。
2.4.2尾水消毒：
使用次氯酸钠进行尾水消毒，以杀死绝大多数病原微生物。生化后处理设施最后一套处理工序就是排放前的尾水消毒，消毒作用主要是杀死绝大多数病原微生物，防止导致传染病危害。本发明采用的次氯酸钠消毒具有以下优点：(1)工艺成熟可靠，具有长期的实际运行经验，操作管理简便易行；(2)次氯酸钠消毒杀菌彻底可靠，危险性较小，对环境基本上无副作用；(3)接触时间比加氯法小；(4)利用次氯酸钠消毒，特殊的氧化效应使尾水消毒具有持续性，避免和预防不应有的二次污染。
2.5化学加药处理
为保证钢铁工业难降解浓水的处理效果，在本发明的钢铁工业难降解浓水的生化组合处理工艺和设备中还可以包括化学加药处理，使用聚合氯化铝PAC制备投加装置、除磷药剂投加装置、甲醇储备投加装置、氢氧化钠制备投加装置、聚丙烯酰胺PAM制备投加装置、次氯酸钠存储投加装置等进行所需化学药剂的投加。
3、本发明的钢铁工业难降解浓水的生化组合处理设备的具体实施例说明
本发明的钢铁工业难降解浓水的生化组合处理设备包括：(1)生化处理装置，其包括：厌氧反应池A、缺氧反应池A1和好氧反应池O1、反硝化生物滤池A2、硝化曝气生物滤池O2、臭氧接触池、生物活性炭滤池BAC；(2)生化后处理装置，其包括：高密度沉淀池、V型滤池。此外，本发明的钢铁工业难降解浓水的生化组合处理设备还可以包括部分生化预处理装置，部分生化预处理装置采用4座Φ28m·2.9m的调节池。调节池中设置有潜水搅拌机和蒸汽加热汽水混合器。进一步地，本发明的钢铁工业难降解浓水的生化组合处理设备还可以包括聚合氯化铝PAC制备投加装置、除磷药剂投加装置、甲醇储备投加装置、氢氧化钠制备投加装置、聚丙烯酰胺PAM制备投加装置、次氯酸钠存储投加装置。
如前文已经提及的，厌氧反应池A的尺寸为4.7m×19.4m×9.8m，采用四格设计。缺氧反应池A1的尺寸为22m×19.4m×9.8m，采用四格设计。好氧反应池O1的尺寸为41m×19.4m×9.8m，采用四格设计。好氧反应池O1配备有曝气管、溶解氧在线检测仪和pH在线检测仪。反硝化生物滤池A2的尺寸为7m×7m×7.4m，采用十格设计。硝化曝气生物滤池O2的尺寸为7m×7m×7.2m，采用十格设计。臭氧接触池的尺寸为4.5m×52.5m×8.3m，采用四格设计。生物活性炭滤池BAC的尺寸为7m×7m×6.4m，采用八格设计。更为具体的，作为本发明的钢铁工业难降解浓水的生化组合处理设备的一个实施例，其所涉及到的主要设施或装置如下：
3.1生化处理装置
Figure BDA0001715701100000131
Figure BDA0001715701100000141
3.2生化后处理装置
Figure BDA0001715701100000142
Figure BDA0001715701100000151
3.3化学加药装置
Figure BDA0001715701100000152
4、利用本发明的钢铁工业难降解浓水的生化组合处理工艺和设备处理后的钢铁工业难降解浓水的出水水质
Figure BDA0001715701100000153
由此可见，利用本发明的钢铁工业难降解浓水的生化组合处理工艺和设备，可以将钢铁企业中的煤气脱硫水、洗涤水、冲渣废水(含焦化废水)、轧钢中和废水和工业废水反渗透系统浓水等含高浓度难降解污染物的废水集中进行高效、低成本的综合处理，出水达标《钢铁工业水污染物排放标准》(GB13456-2012，表3-特别限值)的要求。而且，本发明的钢铁工业难降解浓水的生化组合处理工艺和设备可将钢铁企业中的煤气脱硫水、洗涤水、冲渣废水(含焦化废水)、轧钢中和废水和工业废水反渗透系统浓水等含高浓度难降解污染物的废水集中进行综合处理，大幅减轻了工业废水回用负荷，有效提高废水回用效率。此外，本发明的钢铁工业难降解浓水的生化组合处理工艺和设备还具有投资小、效率高的优点，运行成本仅仅是1.6元/吨废水，具有极强的市场竞争力。
需要说明的是，以上实施例仅用于说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明的范围。

Claims (15)

1.一种钢铁工业难降解浓水的生化组合处理工艺，其特征在于，包括：
（1）生化处理子工艺，其包括以下步骤：
前置反硝化生物脱氮处理步骤，浓水顺序进入厌氧反应池A、缺氧反应池A1和好氧反应池O1，并且好氧反应池O1的出水回流液内循环至缺氧反应池A1，其中厌氧反应池A对浓水进行水解和酸化；缺氧反应池A1以酸化后的浓水中的有机物作为电子供体，以好氧反应池O1的出水回流液中的NO3 －和NO2 －为电子受体，进行前置反硝化反应，将硝酸盐还原成气态氮释出，同时将有机物降解并产生碱；好氧反应池O1内进行浓水中微生物的生物化学反应，异养菌在好氧条件下降解浓水中的需要被氧化的还原性物质COD同时自身不断繁殖，当自养硝化菌取代异养菌成为优势菌种后进行硝化反应，亚硝化菌将NH4 +转化为NO2 －，然后再由硝化菌进一步转化为NO3 －；
其中，所述厌氧反应池A的尺寸为4.7m×19.4m×9.8m，采用四格设计，控制浓水在所述厌氧反应池A的停留时间为1.2小时；所述缺氧反应池A1的尺寸为22m×19.4m×9.8m，采用四格设计，控制浓水在所述缺氧反应池A1的停留时间为5.3小时；所述好氧反应池O1的尺寸为41m×19.4m×9.8m，采用四格设计，控制浓水在所述好氧反应池O1的停留时间为10.16小时；
其中，所述好氧反应池O1配备有曝气管、溶解氧在线检测仪和pH在线检测仪，通过调节曝气管风机的曝气量来保证所述好氧反应池O1中溶解氧的含量在2mg/L左右，以及通过投加氢氧化钠溶液来保证好氧反应池O1中的pH值在7.5~8之间；
前置反硝化生物滤池和硝化曝气生物滤池处理步骤，利用反硝化生物滤池A2进一步进行前置反硝化反应并进行生物过滤，利用硝化曝气生物滤池O2进一步进行硝化反应并进行生物过滤，由此进一步降低浓水中的需要被氧化的还原性物质COD和总氮TN；
其中，所述反硝化生物滤池A2的尺寸为7m×7m×7.4m，采用十格设计，控制浓水在所述反硝化生物滤池A2的停留时间为40分钟；所述硝化曝气生物滤池O2的尺寸为7m×7m×7.2m，采用十格设计，控制浓水在所述硝化曝气生物滤池O2的停留时间为42分钟；
臭氧接触池处理步骤，利用臭氧接触池对来自硝化曝气生物滤池O2的出水进行臭氧接触处理，提高需要被氧化的还原性物质COD的可生化性；
其中，所述臭氧接触池的尺寸为4.5m×52.5m×8.3m，采用四格设计，控制浓水在所述臭氧接触池的停留时间为2.94小时，以三段压力接触氧化方式进行臭氧接触并且臭氧接触时间为175分钟；
生物活性炭滤池处理步骤，利用生物活性炭滤池BAC降解浓水中的有机污染物；
其中，所述生物活性炭滤池BAC的尺寸为7m×7m×6.4m，采用八格设计，控制浓水在所述生物活性炭滤池BAC的停留时间为56.45分钟；
（2）生化后处理子工艺，其包括以下步骤：
高密度沉淀池及V型滤池处理步骤，通过在高密度沉淀池的前混凝池内投加除磷药剂并经高密度沉淀池及V型滤池去除浓水中的总磷TP、需要被氧化的还原性物质COD及悬浮物；
尾水消毒步骤，使用次氯酸钠进行消毒，以杀死绝大多数病原微生物。
2.根据权利要求1所述的钢铁工业难降解浓水的生化组合处理工艺，其特征在于，在所述生化处理子工艺之前还包括部分生化预处理步骤，利用调节池来调节浓水的水质、水量。
3.根据权利要求2所述的钢铁工业难降解浓水的生化组合处理工艺，其特征在于，所述部分生化预处理步骤中使用的调节池为4座Φ28m×2.9m的调节池，控制浓水在所述调节池的停留时间为3小时。
4.根据权利要求3所述的钢铁工业难降解浓水的生化组合处理工艺，其特征在于，所述调节池中设置有潜水搅拌机，以防止浓水中的悬浮物在调节池中沉淀。
5.根据权利要求4所述的钢铁工业难降解浓水的生化组合处理工艺，其特征在于，所述调节池中设置有蒸汽加热汽水混合器，以确保冬季水温控制在20℃及以上。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的钢铁工业难降解浓水的生化组合处理工艺，其特征在于，所述钢铁工业难降解浓水的生化组合处理工艺还包括化学加药处理步骤，使用聚合氯化铝PAC制备投加装置、除磷药剂投加装置、甲醇储备投加装置、氢氧化钠制备投加装置、聚丙烯酰胺PAM制备投加装置、次氯酸钠存储投加装置进行所需化学药剂的投加。
7.一种利用如权利要求1至6中任一项所述的钢铁工业难降解浓水的生化组合处理工艺的钢铁工业难降解浓水的生化组合处理设备，其特征在于，包括：
（1）生化处理装置，其包括：厌氧反应池A、缺氧反应池A1和好氧反应池O1、反硝化生物滤池A2、硝化曝气生物滤池O2、臭氧接触池、生物活性炭滤池BAC；
（2）生化后处理装置，其包括：高密度沉淀池、V型滤池。
8.根据权利要求7所述的钢铁工业难降解浓水的生化组合处理设备，其特征在于，还包括部分生化预处理装置，所述部分生化预处理装置采用4座Φ28m×2.9m的调节池。
9.根据权利要求8所述的钢铁工业难降解浓水的生化组合处理设备，其特征在于，所述调节池中设置有潜水搅拌机和蒸汽加热汽水混合器。
10.根据权利要求7至9中任一项所述的钢铁工业难降解浓水的生化组合处理设备，其特征在于，还包括聚合氯化铝PAC制备投加装置、除磷药剂投加装置、甲醇储备投加装置、氢氧化钠制备投加装置、聚丙烯酰胺PAM制备投加装置、次氯酸钠存储投加装置。
11.根据权利要求7至9中任一项所述的钢铁工业难降解浓水的生化组合处理设备，其特征在于，所述厌氧反应池A的尺寸为4.7m×19.4m×9.8m，采用四格设计；所述缺氧反应池A1的尺寸为22m×19.4m×9.8m，采用四格设计；所述好氧反应池O1的尺寸为41m×19.4m×9.8m，采用四格设计。
12.根据权利要求11所述的钢铁工业难降解浓水的生化组合处理设备，其特征在于，所述好氧反应池O1配备有曝气管、溶解氧在线检测仪和pH在线检测仪。
13.根据权利要求7至9中任一项所述的钢铁工业难降解浓水的生化组合处理设备，其特征在于，所述反硝化生物滤池A2的尺寸为7m×7m×7.4m，采用十格设计；所述硝化曝气生物滤池O2的尺寸为7m×7m×7.2m，采用十格设计。
14.根据权利要求7至9中任一项所述的钢铁工业难降解浓水的生化组合处理设备，其特征在于，所述臭氧接触池的尺寸为4.5m×52.5m×8.3m，采用四格设计。
15.根据权利要求7至9中任一项所述的钢铁工业难降解浓水的生化组合处理设备，其特征在于，所述生物活性炭滤池BAC的尺寸为7m×7m×6.4m，采用八格设计。
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