生物活性炭深度處理和回用鋼鐵工業(yè)廢水

        生物活性炭工藝是20世紀80年代發(fā)展起來(lái)的廢水處理技術(shù)，多應用于微污染水源預處理及工業(yè)廢水深度處理，以去除水中難降解有機物。鋼鐵工業(yè)廢水經(jīng)常規工藝處理后，還殘留部分有機物和鐵、錳，不能達到污水回用的水質(zhì)標準。研究生物活性炭工藝在鋼鐵工業(yè)廢水深度處理中的應用，分析其對污染物，尤其是對鐵、錳的去除效果，形成生物活性炭深度處理鋼鐵工業(yè)廢水工藝，對回用鋼鐵工業(yè)廢水、降低鋼鐵工業(yè)水耗有著(zhù)實(shí)用意義。

1 生物活性炭工藝原理

        生物活性炭工藝主要是將活性炭作為微生物聚集、繁殖生長(cháng)的良好載體，在適當的溫度及營(yíng)養條件下，發(fā)揮活性炭的物理吸附和微生物生物降解作用。當廢水充氧條件較好時(shí)，廢水中的污染物被活性炭吸附，被吸附的有機物又為維持炭粒表面及孔隙中微生物的生命活動(dòng)提供了營(yíng)養物質(zhì)，好氧微生物在活性炭表面及孔隙中繁殖生長(cháng)，逐漸形成生物膜。由于活性炭上的生物膜對吸附的污染物持續的生物降解作用，使活性炭得到生物再生。

2 材料與方法

2.1試驗原水

        試驗原水取自某大型鋼鐵企業(yè)內圍廠(chǎng)河。圍廠(chǎng)河以接納該企業(yè)內各生產(chǎn)部門(mén)處理后達標排放的工業(yè)廢水為主，還包括廠(chǎng)區內的雨水及部分生活污水。試驗期問(wèn)圍廠(chǎng)河水質(zhì)變化情況及回用水質(zhì)標準見(jiàn)表1，COD、氨氮和總磷均已達到《城市污水再生利用工業(yè)用水水質(zhì)》(GB/T19923--2005)循環(huán)冷卻水系統補充水水質(zhì)要求。

        鋼鐵工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中含有鐵、錳離子的顆粒物進(jìn)入水體，經(jīng)常規物化或生化處理系統處理后，出水水質(zhì)雖達到國家《污水綜合排放標準》(GB8978-1996)的要求，但相對回用水質(zhì)，鐵、錳含量和濁度仍較高。廢水回用中，鐵、錳細菌可利用其作為營(yíng)養源生長(cháng)繁殖產(chǎn)生生物黏泥，腐蝕水管壁，嚴重時(shí)甚至堵塞水管，影響回用水系統的正常運行。由表1見(jiàn)，試驗原水濁度及鐵、錳均超過(guò)GB/T19923-2005循環(huán)冷卻水系統補充水水質(zhì)標準。因此，對于達標排放的鋼鐵工業(yè)廢水，濁度、鐵、錳是深度處理的主要控制指標。

2.2試驗裝置及工藝流程

        試驗裝置主體為生物活性炭濾柱(以下簡(jiǎn)稱(chēng)濾柱)，工藝流程示意圖見(jiàn)圖1。濾柱為有機玻璃材質(zhì)，內徑150mm，柱高2400mm，柱底裝填100mm的礫石作為承托層，生物活性炭層高1200mm，填料采用1mm×4mm的柱狀活性炭。

2.3運行參數

        濾柱采用自然掛膜方式，廢水水溫為25～30℃。生物膜培養期內，濾速過(guò)高易對尚未成熟的生物膜產(chǎn)生沖刷，不利于炭粒表面生物膜的形成，故掛膜期問(wèn)控制濾柱濾速1.2m/h左右，空床停留時(shí)間60rain。

        生物膜培養成熟后穩定運行，采用下向流運行方式，原水由進(jìn)水箱經(jīng)計量泵加壓至濾柱頂部，跌水曝氣進(jìn)入濾柱。整個(gè)試驗期內，濾柱在2種不同工況下運行：工況1為濾柱濾速1.6m/h，空床停留時(shí)間45rain；工況2為濾柱濾速2.4m/h，空床停留時(shí)間30rain。

        濾柱運行過(guò)程中，炭粒表面老化的生物膜及濾層中累積的顆粒物影響濾柱出水水質(zhì)和產(chǎn)水量，合理的反沖洗是濾柱正常運行的保障。試驗過(guò)程中，濾柱反沖洗周期根據水頭損失及出水水質(zhì)判斷，濾柱平均每隔4～5d反沖洗一次，沖洗方式采用單獨水沖，反沖洗歷時(shí)6～8rain，膨脹率209/6～309/6。

2.4分析項目和方法

        分析項目主要有濁度、鐵、錳、COD、氨氮和總磷。濁度采用分光光度法測定，鐵采用鄰菲噦啉分光光度法測定，錳采用高碘酸鉀氧化-分光光度法測定，COD采用重鉻酸鉀法測定，氨氮采用納氏試劑分光光度法測定，總磷采用鉬酸銨分光光度法測定。

3 結論

        （1）較高的水溫有利于生物活性炭生物膜的形成與成熟。實(shí)驗條件下，濾柱采用自然掛膜的方式，21d掛膜成功。

        （2）生物活性炭工藝對鋼鐵工業(yè)廢水中濁度、有機物及氮、磷等營(yíng)養物質(zhì)都有較好的去除效果，在停留時(shí)間為45min的運行工況下，濁度、COD、氨氮和總磷的平均去除率分別達90%、55%、84%和44%。

        （3）經(jīng)過(guò)富含鐵、錳廢水的長(cháng)時(shí)間過(guò)濾，活性炭填料表面形成的包括鐵、錳氧化細菌在內的生物群系，對鋼鐵工業(yè)廢水中的鐵、錳有較好的去除效果。在濾柱濾速為1.6m/h、停留時(shí)間為45min的運行工況下，鐵、錳平均去除率超過(guò)78%，基本達到GB/T19923-2005循環(huán)冷卻水系統補充水水質(zhì)要求。

        （4）生物活性炭工藝設備簡(jiǎn)單，占地面積小，運行管理方便，在實(shí)現鋼鐵工業(yè)廢水回用的深度處理中有應用發(fā)展前景。