鋼鐵工業(yè)是高能耗、高水耗的產(chǎn)業(yè)之一。目前，我國(guó)鋼鐵工業(yè)年耗水量約32億m3[1]。為了節(jié)約水資源，與工業(yè)可持續(xù)發(fā)展的要求相適應(yīng)，對(duì)鋼鐵工業(yè)廢水進(jìn)行深度處理后再生回用，以降低噸鋼耗新水量，減少污水外排。選擇合理的廢水深度處理工藝，保障生產(chǎn)過(guò)程和回用水使用設(shè)備的安全是鋼鐵工業(yè)廢水回用的關(guān)鍵之一。

生物活性炭工藝是20世紀(jì)80年代發(fā)展起來(lái)的廢水處理技術(shù)，多應(yīng)用于微污染水源預(yù)處理及工業(yè)廢水深度處理，以去除水中難降解有機(jī)物[2]。鋼鐵工業(yè)廢水經(jīng)常規(guī)工藝處理后，還殘留部分有機(jī)物和鐵、錳，不能達(dá)到污水回用的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。研究生物活性炭工藝在鋼鐵工業(yè)廢水深度處理中的應(yīng)用，分析其對(duì)污染物，尤其是對(duì)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(duì)回用鋼鐵工業(yè)廢水、降低鋼鐵工業(yè)水耗有著實(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(zhǎng)的良好載體，在適當(dāng)?shù)臏囟燃盃I(yíng)養(yǎng)條件下，發(fā)揮活性炭的物理吸附和微生物生物降解作用[3，4]。當(dāng)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(jī)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(yǎng)物質(zhì)，好氧微生物在活性炭表面及孔隙中繁殖生長(zhǎng)，逐漸形成生物膜。由于活性炭上的生物膜對(duì)吸附的污染物持續(xù)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(yàn)原水

試驗(yàn)原水取自某大型鋼鐵企業(yè)內(nèi)圍廠河。圍廠河以接納該企業(yè)內(nèi)各生產(chǎn)部門處理后達(dá)標(biāo)排放的工業(yè)廢水為主，還包括廠區(qū)內(nèi)的雨水及部分生活污水。試驗(yàn)期間圍廠河水質(zhì)變化情況及回用水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表1，COD、氨氮和總磷均已達(dá)到《城市污水再生利用工業(yè)用水水質(zhì)》(GB/T 19923—2005)循環(huán)冷卻水系統(tǒng)補(bǔ)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(guī)物化或生化處理系統(tǒng)處理后，出水水質(zhì)雖達(dá)到國(guó)家《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB 8978—1996)的要求，但相對(duì)回用水質(zhì)，鐵、錳含量和濁度仍較高。廢水回用中，鐵、錳細(xì)菌可利用其作為營(yíng)養(yǎng)源生長(zhǎng)繁殖產(chǎn)生生物黏泥，腐蝕水管壁，嚴(yán)重時(shí)甚至堵塞水管，影響回用水系統(tǒng)的正常運(yùn)行[5]22-24。由表1可見(jiàn)，試驗(yàn)原水濁度及鐵、錳均超過(guò)GB/T 19923—2005循環(huán)冷卻水系統(tǒng)補(bǔ)充水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。因此，對(duì)于達(dá)標(biāo)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(biāo)。

2.2　試驗(yàn)裝置及工藝流程

試驗(yàn)裝置主體為生物活性炭濾柱(以下簡(jiǎn)稱濾柱)，工藝流程示意圖見(jiàn)圖1。濾柱為有機(jī)玻璃材質(zhì)，內(nèi)徑150 mm，柱高2 400 mm，柱底裝填100 mm的礫石作為承托層，生物活性炭層高1 200 mm，填料采用Φ1 mm×4 mm的柱狀活性炭。

2.3　運(yùn)行參數(shù)

濾柱采用自然掛膜方式，廢水水溫為25~30℃。生物膜培養(yǎng)期內(nèi)，濾速過(guò)高易對(duì)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，故掛膜期間控制濾柱濾速為1.2 m/h左右，空床停留時(shí)間60 min。

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

濾柱運(yùn)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(yùn)行的保障。試驗(yàn)過(guò)程中，濾柱反沖洗周期根據(jù)水頭損失及出水水質(zhì)判斷，濾柱平均每隔4~5 d反沖洗一次，沖洗方式采用單獨(dú)水沖，反沖洗歷時(shí)6~8 min，膨脹率20%~30%。

2.4　分析項(xiàng)目和方法

分析項(xiàng)目主要有濁度、鐵、錳、COD、氨氮和總磷。濁度采用分光光度法測(cè)定，鐵采用鄰菲啰啉分光光度法測(cè)定，錳采用高碘酸鉀氧化—分光光度法測(cè)定，COD采用重鉻酸鉀法測(cè)定，氨氮采用納氏試劑分光光度法測(cè)定，總磷采用鉬酸銨分光光度法測(cè)定。

3　結(jié)果與討論

3.1　掛膜期運(yùn)行效果分析

生物活性炭一般以有機(jī)物去除率或氨氮去除率作為判斷生物膜是否成熟的標(biāo)準(zhǔn)[6]。試驗(yàn)中，生物活性炭掛膜期正值夏季，水溫較高(25~30℃)，有利于生物膜的成熟。掛膜培養(yǎng)期內(nèi)，濾柱對(duì)有機(jī)物及氨氮的去除效果見(jiàn)圖2和圖3。

由圖2和圖3可見(jiàn)，掛膜期前10天，由于活性炭的吸附作用，濾柱對(duì)COD和氨氮的去除率較高，平均去除率分別達(dá)到73%和60%；掛膜后期，由于活性炭已吸附了大量污染物，COD和氨氮的去除率較掛膜初期略有下降，但隨著炭粒表面生物膜的成熟，生物對(duì)污染物的降解作用逐漸顯現(xiàn)；21 d左右濾柱對(duì)COD和氨氮的去除率分別穩(wěn)定在60%和40%左右，此時(shí)掛膜成功。

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