生物活性炭深度处理和回用钢铁工业废水
钢铁工业是高能耗、高水耗的产业之一。目前，我国钢铁工业年耗水量约32亿m3[1]。为了节约水资源，与工业可持续发展的要求相适应，对钢铁工业废水进行深度处理后再生回用，以降低吨钢耗新水量，减少污水外排。选择合理的废水深度处理工艺，保障生产过程和回用水使用设备的安全是钢铁工业废水回用的关键之一。
生物活性炭工艺是20世纪80年代发展起来的废水处理技术，多应用于微污染水源预处理及工业废水深度处理，以去除水中难降解有机物[2]。钢铁工业废水经常规工艺处理后，还残留部分有机物和铁、锰，不能达到污水回用的水质标准。研究生物活性炭工艺在钢铁工业废水深度处理中的应用，分析其对污染物，尤其是对铁、锰的去除效果，形成生物活性炭深度处理钢铁工业废水工艺，对回用钢铁工业废水、降低钢铁工业水耗有着实用意义。
1 生物活性炭工艺原理
生物活性炭工艺主要是将活性炭作为微生物聚集、繁殖生长的良好载体，在适当的温度及营养条件下，发挥活性炭的物理吸附和微生物生物降解作用[3，4]。当废水充氧条件较好时，废水中的污染物被活性炭吸附，被吸附的有机物又为维持炭粒表面及孔隙中微生物的生命活动提供了营养物质，好氧微生物在活性炭表面及孔隙中繁殖生长，逐渐形成生物膜。由于活性炭上的生物膜对吸附的污染物持续的生物降解作用，使活性炭得到生物再生。
2材料与方法
2.1试验原水
试验原水取自某大型钢铁企业内围厂河。围厂河以接纳该企业内各生产部门处理后达标排放的工业废水为主，还包括厂区内的雨水及部分生活污水。试验期间围厂河水质变化情况及回用水质标准见表1，COD、氨氮和总磷均已达到《城市污水再生利用工业用水水质》(GB/T 19923—2005)循环冷却水系统补充水水质要求。
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钢铁工业生产过程中含有铁、锰离子的颗粒物进入水体，经常规物化或生化处理系统处理后，出水水质虽达到国家《污水综合排放标准》(GB 8978—1996)的要求，但相对回用水质，铁、锰含量和浊度仍较高。废水回用中，铁、锰细菌可利用其作为营养源生长繁殖产生生物黏泥，腐蚀水管壁，严重时甚至堵塞水管，影响回用水系统的正常运行[5]22-24。由表1可见，试验原水浊度及铁、锰均超过GB/T 19923—2005循环冷却水系统补充水水质标准。因此，对于达标排放的钢铁工业废水，浊度、铁、锰是深度处理的主要控制指标。
2.2 试验装置及工艺流程
试验装置主体为生物活性炭滤柱(以下简称滤柱)，工艺流程示意图见图1。滤柱为有机玻璃材质，内径150 mm，柱高2 400 mm，柱底装填100 mm的砾石作为承托层，生物活性炭层高1 200 mm，填料采用Φ1 mm×4 mm的柱状活性炭。
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2.3 运行参数
滤柱采用自然挂膜方式，废水水温为25~30℃。生物膜培养期内，滤速过高易对尚未成熟的生物膜产生冲刷，不利于炭粒表面生物膜的形成，故挂膜期间控制滤柱滤速为1.2 m/h左右，空床停留时间60 min。
生物膜培养成熟后稳定运行，采用下向流运行方式，原水由进水箱经计量泵加压至滤柱顶部，跌水曝气进入滤柱。整个试验期内，滤柱在2种不同工况下运行:工况1为滤柱滤速1.6 m/h，空床停留时间45 min；工况2为滤柱滤速2.4 m/h，空床停留时间30 min。
滤柱运行过程中，炭粒表面老化的生物膜及滤层中累积的颗粒物影响滤柱出水水质和产水量，合理的反冲洗是滤柱正常运行的保障。试验过程中，滤柱反冲洗周期根据水头损失及出水水质判断，滤柱平均每隔4~5 d反冲洗一次，冲洗方式采用单独水冲，反冲洗历时6~8 min，膨胀率20%~30%。
2.4 分析项目和方法
分析项目主要有浊度、铁、锰、COD、氨氮和总磷。浊度采用分光光度法测定，铁采用邻菲啰啉分光光度法测定，锰采用高碘酸钾氧化—分光光度法测定，COD采用重铬酸钾法测定，氨氮采用纳氏试剂分光光度法测定，总磷采用钼酸铵分光光度法测定。
3 结果与讨论
3.1 挂膜期运行效果分析
生物活性炭一般以有机物去除率或氨氮去除率作为判断生物膜是否成熟的标准[6]。试验中，生物活性炭挂膜期正值夏季，水温较高(25~30℃)，有利于生物膜的成熟。挂膜培养期内，滤柱对有机物及氨氮的去除效果见图2和图3。
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由图2和图3可见，挂膜期前10天，由于活性炭的吸附作用，滤柱对COD和氨氮的去除率较高，平均去除率分别达到73%和60%；挂膜后期，由于活性炭已吸附了大量污染物，COD和氨氮的去除率较挂膜初期略有下降，但随着炭粒表面生物膜的成熟，生物对污染物的降解作用逐渐显现；21 d左右滤柱对COD和氨氮的去除率分别稳定在60%和40%左右，此时挂膜成功。
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