钢铁企业是工业用水大户，约占第五位，长期以来，环保问题一直紧随钢铁企业，有效处理钢铁企业带来的污染势在必行。一方面，钢铁行业是工业化国家经济发展的支柱行业，对国民经济建设的发展具有巨大的推动作用；另一方面，钢铁产业属于能源、资源消耗大的密集型行业，既为社会创造出大量财富，又排放出大量污染物。随着水资源的日益短缺、用水成本的不断增加，以及环境保护政策的不断加强和环境保护标准的不断提高，对钢铁工业废水进行有效处理并使其达到回用标准或将污染物彻底去除减少环境污染势在必行。
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。
1、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。
2、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。
3、运行研究
3.1 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。
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。
3.2 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。
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。
3.3 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。
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。
4、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。
5、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。（来源：北京中科圣泰环境科技有限公司，鞍钢集团工程技术有限公司）