新技术在冷轧废水处理的应用

北京首钢冷轧薄板生产线工程废水处理站始建于2006年，随着国家环保指标的不断严格，废水处理站于2015年进行了提标升级改造，并于2016年完成改造工作以及环保验收工作。截至目前，废水处理站运行稳定4年多，出水水质一直优于排放指标的要求，实现了社会效益和经济效益双赢。北京首钢冷轧薄板生产线工程公辅设施系统废水处理站始建于2006年，废水主要来源于酸洗—轧机机组、连续退火机组、热镀锌机组、光整机等各生产机组，主要包括含酸废水、含碱及油、乳化液废水和含光整液废水。同时厂区生活污水、中水站及循环水站等部分排污水也进入废水站进行处理。废水处理站于2015年进行了提标升级改造，处理后的废水在最终排放口的水质达到北京市《水污染物综合排放标准地方标准（DB11/307-2013）》中表1的B排放限值。按照“污染物从源头分开，进行分质处理”的系统分类原则，将废水分为四个处理系统：含酸废水系统、稀碱废水系统、含油及光整液废水系统、中水排污及生活污水系统。

一、改造前废水排放水质指标及存在问题

改造前废水排放水质指标悬浮物50毫克/升，BOD 20毫克/升，COD 60毫克/升，总有机碳20毫克/升，氨氮10毫克/升，石油类4毫克/升，总磷0.5毫克/升。改造前主要存在问题1、无机陶瓷膜超滤设备产水不稳定，运行成本高，耗电量大，陶瓷膜管容易断裂，影响出水水质；2、无机陶瓷膜MBR设备运行稳定性差，经常出现堵塞，影响废水处理水量且耗电量大；3、沉淀池出水悬浮物较高有时会发生污泥上浮现象，影响出水水质；4、催化氧化系统耗电量大，工艺复杂，运行成本高；5、工艺线较多，工艺复杂、造成现场操作维护工作量大。

二、改造后废水排放水质指标及处理规模

废水站设有一个总排口，处理后的废水在最终排放口的水质达到北京市《水污染物综合排放标准（DB11/307-2013）》的排放要求。悬浮物、BOD、COD、总有机碳、氨氮、石油类及总磷控制值比改造前有很大提升。悬浮物10毫克/升，BOD 6毫克/升，COD 30毫克/升，总有机碳12毫克/升，氨氮1.5毫克/升，总氮15毫克/升，石油类1毫克/升，总磷0.3毫克/升，氯化物500毫克/升，余氯8毫克/升。总氮、氯化物和余氯等污染物开始纳入排放指标中。整个废水站废水共分为以下四个系统，总处理规模为180立方米/时，其中：含酸废水处理系统：40立方米/时；稀碱废水处理系统：50立方米/时；含油及光整液废水处理系统：20立方米/时（含油废水15立方米/时、光整液废水5立方米/时）；中水排污及生活污水处理系统：70立方米/时。

三、实施先进的处理工艺

含油及光整液废水预处理采用进口气能絮凝工艺在冷轧废水中，含油及乳化液废水由于其含油量高、COD高、生物处理难等特性特别难以处理，国内冷轧含油废水的处理工艺经历了从“气浮—超滤—气能絮凝”不断改良的发展历程。超滤存在“占地面积大、配套土建工程投资高、运行费用高、操作维护要求高”等缺点，而气能絮凝能有效解决超滤的“一大三高”问题，因此在冷轧浓油废水处理领域采用气能絮凝取代超滤已成为一种必然趋势。气能絮凝技术是美国的创新产品，能有效去除污水中的固体悬浮颗粒、油类、浊度和化学需氧量。气能絮凝装置可针对特殊废水，利用精确少量的化学药剂，充分捕集水中污染物，形成比重轻而面积大的中空絮体，刮至池面去除。其利用特殊研发的涡流三相混合器，可完成药剂分子拉伸提效、混凝絮凝搅拌、气泡晶核产生、超轻中空絮体形成的全部步骤，体现三大优越性：物尽其用—有效伸展高分子药剂链、充分利用药剂；以逸待劳—三相混和器独有的涡流能量调节功能可保证设备适应不同进水负荷、确保稳定性；化繁为简—气固液一体混合，真正实现整机一体化。稀碱废水生化采用内置浸没式PTFE材质MBR工艺膜生物反应器（MBR）工艺是一项非常成熟、可靠的废水处理新技术，是膜分离技术与生物技术的有机结合，在国内外及冷轧废水处理领域有着多年的、广泛的应用。采用生化+沉淀+过滤的处理工艺，由于没有从根本上解决生化池污泥的浓度和活性与污泥的沉降性能之间的矛盾，反而造成了工艺流程过长、管理更加繁琐的后果。由于污泥的絮凝效果差、粒径小，普通的过滤器的截留效果也是非常的有限，特别对于含有难生物降解有机物的废水，存在许多不足：沉淀及过滤效果受药剂投加和絮凝效果影响较大，出水水质差且波动大；耐冲击负荷的能力差，出水水质波动较大；难降解有机物，去除效果差，制约了出水指标从COD≤70毫克/升继续提升；药剂投加不当，会造成出水含有大量药剂，对生化产生影响，或影响出水水质。虽然无论采用哪种生化处理工艺，进行COD降解靠的还是微生物，但怎样筛选（驯化）微生物、保持微生物较高的浓度和活性、有效地进行微生物和水的分离才是关键。在这些方面，内置浸没式PTFE材质MBR（以下简称MBR）工艺拥有很强的优势。MBR的工艺技术优势MBR工艺采用膜过滤的方式进行泥水分离，可完全截留水中的活性污泥，避免活性污泥的流失，活性污泥浓度因此大大提高，并保持生化池内污泥的高活性。MBR工艺通过膜分离技术大大强化了生物反应器的功能，水力停留时间（HRT）和污泥停留时间（SRT）可以分别控制，从而使难降解的有机物在生化池中不断反应、降解：1、有机物降解效率高，出水水质好；2、膜过滤精度高，且不受药剂投加、絮凝效果的影响；3、耐冲击负荷的能力非常强，出水水质稳定；4、对难降解有机物的去除效果好，提高出水水质。MBR工艺的管理优势MBR工艺将膜分离技术与生物技术有机结合，有效地解决了生化池内污泥的生物活性和沉淀性能之间的矛盾，运行过程中不需要投加任何药剂，自动运行，运行管理方便。MBR工艺主要管理优势包括：1、自动运行，程序化管理，对管理和操作人员的要求和依赖性不高（而传统生化工艺经常需要操作人员根据经验进行判断和操作）；2、不需要频繁调整生化处理工艺参数、污泥回流量、药剂投加量等（但传统生化需根据水质水量的变化经常调整）；3、膜材质都经过亲水性处理，抗污染能力强，膜组件采用独特的间歇性运行方式，膜表面在运行过程中自动被冲刷干净，有效减少膜表面污染；4、膜组件清洗周期长，一般3-6个月才清洗一次，清洗方法非常简便；5、药剂节省：仅需很少量的清洗药剂，无混凝剂、絮凝剂的连续消耗；6、多组膜组件灵活组合，运行稳定。根据冷轧厂含碱废水COD值高、生化性差、水质水量波动较大的特点，为满足出水水质稳定达到北京市《水污染物综合排放标准（DB11/307-2013）》的排放要求，本造工程中采用内置浸没式PTFE材质MBR，确保出水的稳定达标，并从根本上解决废水处理站运行管理繁琐，出水波动大的问题。

四、改造后废水处理工艺流程

含酸废水处理系统生产线机组排放的含酸废水以及循环水站过滤器反洗排水等排入废水站的含酸废水调节池，均质均量后，用泵送至一、二级中和罐，在中和罐中投加石灰乳并进行曝气，使废水中的Fe2+、Fe3+转化成较易沉淀的Fe(OH)3絮体。中和罐的出水再进入澄清池进行沉淀，为提高沉淀效果，往废水中投加高分子助凝剂。沉淀后的上清液进入重力式过滤池，去除残余悬浮物后再流至最终pH调节池，投加酸/碱将废水pH值调整至合适值，自流到终排水池达标排放。稀碱废水处理系统生产线机组排放稀碱废水排入废水站的稀碱废水调节池，均质均量后，用泵送至pH调整槽/絮凝槽，投加酸和混凝剂，使废水中油及悬浮物颗粒形成较大絮体，出水再进入气浮池，通过气浮池中释气器释放出的大量微气泡，将废水中的油及悬浮物颗粒携带上浮至池面，形成浮渣去除。经气浮处理后的废水，流至pH调节池/中间水池，投加酸/碱将pH值调整至中性，用泵送至冷却塔降温，使废水水温达到后续生化处理中微生物生长适宜环境，冷却塔出水自流到中水站及生活污水调节池，与中水排污及生活污水混合后，用提升泵送至后续生化处理单元处理，生化处理单元采用“缺氧池+好氧池Ⅰ+好氧池Ⅱ+膜生物反应器”的工艺，出水至终排水池排放或至中水站原水池回用。原系统构筑物没有降解总氮的功效，故新建了一座缺氧池；利用原生物接触氧化池作为好氧池Ⅰ，并设置混合液回流至缺氧池；利用原兼氧/好氧池作为好氧池Ⅱ，并设置污泥回流至缺氧池及好氧池Ⅰ；为进一步降解CODcr、BOD5等有机物，新增一座MBR膜池，确保系统稳定达标排放/回用。含硝态氮废水及生活污水的氨氮经好氧硝化后按比例回流至生化处理单元的缺氧池进行反硝化脱氮处理，缺氧池出水自流到好氧池Ⅰ、好氧池Ⅰ出水自流到好氧池Ⅱ，污水进行好氧生化进一步降解CODcr、BOD5等有机物，出水自流到MBR池，采用内置式膜生物反应器，通过抽吸泵将生化处理后的废水送至终排水池排放或至中水站原水池回用。光整液废水处理系统生产线机组排放的含油及乳化液废水和生产机组排放的光整液废水排至废水站的含油废水调节池，调节池废水用泵提升至气浮装置去除粗渣，出水进入到pH调节池调节pH值，用泵送至气能絮凝装置处理，进一步去除油和CODcr等污染物，气能絮凝装置出水排至稀碱废水调节池，与稀碱废水一道进行后续单元处理。

五、本改造工程的创新点

1、优化了含油及乳化液废水、光整液废水的预处理工艺，各股废水一起进入调节池进行混合均质，通过一级气浮后进入高效气能絮凝进行处理，设备占地面积比较小，出水水质比较稳定，运行费用比较低，为后续的生化的稳定运行提供了强有力的支持。2、碱性废水生化处理流程进行优化提升，增加了缺氧工段，MBR采用了出水水质好、运行费用低、管理方便、占地节省的内置式PTFE材质的MBR工艺，为处理后废水长期稳定达标提供了可靠的保障。

六、投运后效果分析

出水水质图3、图4为2020年1—12月综合排放口CODcr逐月平均值及最大值，由图可以看出，无论是每月的平均值还是最大值均低于25毫克/升，远低于排放指标中要求的CODcr≤30毫克/升，出水水质非常稳定。废水处理站从2016年完成提标改造至今已经稳定运行了四年有余，出水水质稳定达标，运行成本逐年优化，取得了良好的社会效益和经济效益。

作者：舒海刚 刘明