冷軋酸性廢水處理設施的設計與運行

金亞飚，劉 勇，袁 軍，王樂為，李志霞，王倩煜

（1.寶鋼工程技術集團有限公司，上海 201900；2.寶鋼不銹鋼有限公司，上海 200431；3.上海遂川環保有限公司，上海200941）

冷軋酸性廢水處理設施的設計與運行

金亞飚1，劉 勇2，袁 軍3，王樂為1，李志霞1，王倩煜1

（1.寶鋼工程技術集團有限公司，上海 201900；2.寶鋼不銹鋼有限公司，上海 200431；3.上海遂川環保有限公司，上海200941）

冷軋廢水是冶金行業內最難處理的廢水之一。冷軋廢水包括中性鹽及含鉻廢水、酸性廢水、濃油廢水、稀油含堿廢水、平整液廢水等。本文就寶鋼不銹鋼有限公司配套建設的冷軋酸性廢水處理設施的設計和運行進行了介紹和分析，可作為相似工程中的借鑒和參考。

冷軋；酸性廢水；處理設施；運行管理

1 概述

寶鋼不銹鋼有限公司擁有國內先進的冷軋生產線，年產冷軋不銹鋼和碳鋼二百余萬噸，是國內重要的冷軋不銹鋼和碳鋼生產基地之一。冷軋廢水是冶金行業內最難處理的廢水之一。冷軋廢水包括中性鹽及含鉻廢水、酸性廢水、濃油廢水、稀油含堿廢水、平整液廢水等。

本文就寶鋼不銹鋼有限公司配套建設的冷軋廢水處理的酸性廢水處理設施的設計與運行進行了介紹和分析，供實際工程或生產實踐參考。

2 冷軋酸性廢水的來源

酸性廢水主要來自于不銹鋼熱帶退火酸洗機組、不銹鋼冷帶酸洗機組、碳鋼酸洗機組以及酸再生站等排放的廢水，主要成分包括 HNO3、HF、HCl、H2SO4以及金屬元素，具有很強的腐蝕性。TFe約為 1500～7000mg／L，SS約為 100～200mg／L，pH＜2。

3 冷軋酸性廢水處理工藝流程

酸性廢水處理設計能力為150m3／h。

來自主生產線的酸性廢水以及含鉻廢水處理設施處理后的出水首先進入調節池儲存，調節池起到水量調節的功能，保證后續處理線能在相對穩定的流量下運行。

調節池內廢水經提升泵進入一級 pH調節池，一級 pH調節池內投加石灰，攪拌中和廢水；為了保證廢水完全中和，廢水重力自流至二級pH調節池，在二級 pH調節池內投加石灰，進行中和，同時為了保證污泥絮凝效果，在二級 pH調節池內投加PAC；因廢水中還有一定量的亞鐵離子（Fe2＋），在一級、二級 pH調節池內均進行曝氣，將亞鐵離子 （Fe2＋）氧化成鐵離子 （Fe3＋），以污泥的形式除去廢水中的鐵離子；中和后的廢水重力自流至反應澄清池。

反應澄清池內投加PAM，廢水經兩個中和罐后形成了大量的污泥，污泥在反應澄清池內沉淀，上清液溢流至清水池；為了減少石灰耗量，提高絮凝反應效果，反應澄清池部分污泥回流至一級 pH調節池；清水池廢水經提升泵送至冷軋廢水過濾系統做進一步處理，廢水過濾后達標排放。

整個工藝流程主要是化學反應過程，發生的主要化學反應有：H＋＋OH－→H2O；Fe2＋＋2OH－→Fe（OH）2；Ni2＋＋2OH－→Ni（OH）2；Ca（OH）2＋2HF→CaF2＋2H2O；Ti2＋＋2OH－→Ti（OH）2；Cr3＋＋3OH－→Cr（OH）3；2Fe（OH）2＋O2＋H2O →2Fe（OH）3；Ca（OH）2＋H2SO4→CaSO4＋2H2O；Mo2＋＋2OH－→Mo（OH）2。

酸性廢水處理工藝流程為：酸性廢水→調節池→一級 pH調節池→二級pH調節池→反應澄清池→清水池→冷軋廢水過濾系統。

4 冷軋酸性廢水處理設施的主要構筑物和設備

4.1 含酸廢水調節池和分配池

含酸廢水調節池用于接收鋼廠的含酸廢水，鋼廠排出的流量不定的間歇流廢水在該池得到均化，從而為系統的后續構筑物提供穩定流量的廢水。

兩個調節池尺寸分別為 22m×5m×6.5m，總有效容積約1320m3。分配池尺寸為2m×2m×2m。

位于兩個調節池之上的分配池用于混合鋼廠來的各種類廢水并通過分配池上的出口閥門將其分配入一個或兩個調節池中。調節池設計成兩種運行模式，一是同時將廢水排入兩個調節池，此時在120m3／h的流量下廢水停留時間為 11h。二是僅將廢水排入一個調節池，則在120m3／h的流量下廢水停留時間為 5.5h，而另一個調節池則用于緊急事故排放并保證在調節池檢修期間系統也能正常運行。

調節池出水通過耐腐蝕離心泵送入一級pH調節池。

調節池、分配池均采用鋼筋混凝土池內襯玻璃鋼。

4.2 一級、二級 pH調節池

一級和二級pH調節池用于調節含酸含鉻廢水的pH。30m3／h含鉻廢水和120m3／h含酸廢水混合后，總流量達到150m3／h。每座 pH調節池的尺寸為Φ5m×4m，有效容積為75m3。設污泥回流量為160m3／h，則各 pH調節池的停留時間約為15min。

池中的 pH計用于檢測并調節 pH調節池內含酸廢水的pH。廢水pH通過投加石灰漿后，被調節到8～11的范圍內。每個pH調節池設置 pH計以控制石灰投加量。此外，壓縮空氣將通過一個池子底部的布氣系統通入 pH調節池內，將亞鐵離子氧化為三價鐵離子。并且，在二級 pH調節池中，加藥劑量泵將會投加 PAC以幫助顆粒物混凝。各池內還設有單速攪拌機，用于保證廢水充分混合同時避免污泥在 pH調節池內沉積。

從污泥回流槽回流的加石灰的污泥從污泥回流槽自流入一級 pH調節池。加過石灰的污泥有助于提高廢水pH和金屬沉淀。

回流污泥加石灰工藝有兩個目的。首先減小石灰的加藥量，從而減少污泥產生量和石灰總用量。并且，更重要的是，由此可形成更密實的污泥顆粒，從而相對于一般金屬氫氧化物污泥來說，能夠得到更好的沉淀和濃縮效果和過濾性能。設一臺單速攪拌機混合含酸廢水、石灰漿和回流污泥。

一級pH調節池出水自流入二級 pH調節池，然后二級pH調節池出水自流入兩個反應澄清池進行污泥沉淀。調節池下游的流量計用于控制到一級pH調節池的廢水流量。

一級、二級pH調節池工作原理見圖1。

一級、二級 pH調節池均為碳鋼內襯 FRP材質。攪拌機的軸和葉片材質為碳鋼襯膠。調節池頂部加蓋。

4.3 反應澄清池

反應澄清池是在一個池子內集合了混合、混凝、絮凝、固／液分離、自動污泥沉淀和固體回流等功能。反應澄清池為上流式固體接觸單元。二級pH調節池出水平均分配入兩個澄清池。單個反應澄清池容積約為 470 m3，在最大流量75m3／h，停留時間約為6h。每個澄清池有效表面積約為78m2，因此，在設計最大流量 75m3／h下，每個澄清池表面溢流率約為 1.0m3／h·m2。

陰離子絮凝劑在反應澄清池內，通過澄清池中心錐筒內的單速攪拌機與廢水充分混合。陰離子絮凝劑有助于含酸廢水中懸浮固體的混凝和絮凝。當廢水上流式運動時，固體顆粒沉淀形成污泥床，該污泥床可作為一個濾床過濾更小的顆粒，從而進一步促進沉淀反應的完成。

每個反應澄清池出水通過池頂邊緣的 V形堰溢流進入集水槽，然后流入清水池。沉淀的污泥通過澄清池底部的污泥耙不斷攪拌。反應澄清池底污泥通過螺桿泵不斷送入污泥濃縮池脫水和污泥回流池。

反應澄清池工作原理見圖2。

反應澄清池為鋼筋混凝土結構內壁防腐，反應刮泥設備采用碳鋼襯膠涂環氧。4.4 污泥回流池

反應澄清池底部沉淀的部分污泥用污泥泵送入污泥回流池，在此投加石灰從而得到敷有石灰的污泥。通過該工藝形成密實的固體顆粒，然后污泥自流入一級pH調節池。污泥回流池尺寸為Φ3m×2.5m。

污泥回流工藝受一個位于排泥管線上的帶可調節控制器的氣動管夾閥控制，使污泥回流率達到15∶1。回流污泥添加石灰。污泥回流池內污泥排入一級 pH調節池處理。回流加石灰污泥將使進入反應澄清池的廢水中固體含量達到 10% （質量百分比）。反應澄清池排泥含固率超過10% （質量百分比）。

污泥回流池為碳鋼內襯 FRP材質。攪拌機的軸和葉片材質為碳鋼襯膠。污泥回流池頂部不加蓋，僅設攪拌機橋架。

4.5 清水池

清水池用于儲存反應澄清池出水。此外，清水池用于檢測含酸含鉻廢水在排出含酸廢水處理系統之前是否達到了廢水排放標準。因此，清水池安裝有鉻檢測裝置，用于檢測該池內廢水的鉻含量。清水池為不規則形狀，有效容積約為 70m3，在流量150m3／h時停留時間約為 30min。清水池出水送冷軋廢水過濾系統。清水池為鋼筋混凝土結構內壁防腐。

5 冷軋酸性廢水處理設施的運行管理

5.1 含酸廢水調節池和分配池的運行管理

調節池出水提升泵可在現場手動開／停或通過控制室自動控制。當該泵自動運行時，主要受控于泵下游的電磁流量計。該流量計用于檢測廢水流量并跟蹤含酸廢水系統處理廢水總量。操作員在控制室輸入所需流量，流量計將調節泵的變頻器以維持該流量恒定。但當調節池液位太高或者太低時，泵優先受兩個調節池的液位計控制。

調節池上液位計設超高、高、低和超低液位。若其中一個調節池液位達到高位，液位計發出高位報警。但此時系統不動作，因為在兩個調節池的共用池壁上端設有三角堰用于使廢水自動溢流至第二個調節池。因此如果第二個調節池正用作緊急事故池并沒有裝滿，則該溢流堰將避免第一個調節池的液位升到超高位。如果兩個調節池的液位都達到超高，控制室將會顯示超高液位報警。此時操作員必須關閉鋼廠總進水管上的手動閥，以避免含酸廢水處理系統漫溢。

若調節池液位降至低位以下，液位計發出調節池低位報警，但系統不動作。

若調節池液位降至超低位以下，控制室提示調節池超低位報警，則調節池出水提升泵停止運行。5.2 一級、二級 pH調節池和污泥回流池的運行管理

一級 pH調節池出水、二級pH調節池出水和污泥回流池出水皆是通過重力自流，因此這三個池子沒有流量控制。

單速攪拌機可在現場手動開／停或通過控制室自動控制。

一級 pH調節池出水、二級 pH調節池內的pH計將分別控制一個石灰投加管線上的氣動控制隔膜管夾閥，從而使pH被調節到 8～11。石灰加藥管線上還設有一個手動隔膜閥，在必要的時候可手動切斷石灰加藥線。

加入二級 pH調節池的混凝劑投加量根據含酸廢水處理系統調節。

5.3 反應澄清池的運行管理

反應澄清池內快速攪拌機和泥耙可在現場手動開／停或通過控制室自動控制。扭矩儀可在泥耙扭矩到達最大允許值時停止泥耙電機。此外，當扭矩達到高位時將會報警。

陰離子絮凝劑加入反應澄清池幫助污泥沉淀。為保證合適的絮凝劑加藥量，絮凝劑加藥泵可通過主控制室控制。

反應澄清池污泥泵2用1備，可在現場手動開／停或通過控制室自動控制。只要澄清池內有污泥，污泥泵都應保證連續運行。此外，操作人員應定期切換運行的泵和備用泵，以保證所用泵都能運行良好。

反應澄清池內的污泥界面儀設高位、正常和低位。在正常運行過程中，泥位應維持在正常位置（在試車時確定）。泥位可通過排泥管線上的氣動管夾閥控制。該管夾閥將使特定流量的污泥進入污泥濃縮池，其余污泥進入污泥回流池。回流污泥和廢棄污泥比約為15～30∶1。當澄清池內正常污泥泥位下降，則管夾閥稍微關閉，從而使更多污泥回流。當澄清池內正常污泥泥位上升，則管夾閥稍微開大，使更多污泥進入污泥濃縮池。從而可維持反應澄清池內恒定的污泥位。如果反應澄清池泥位達到高位 （在試車時確定），則污泥界面儀將報警提示澄清池內污泥正在不受控制地增加。如果反應澄清池泥位達到低位 （在試車時確定），則污泥界面儀將報警提示澄清池內污泥正在不受控制地流失。當泥位高位或者低位報警時，操作人員必須重新設置回流污泥比，使泥位回到正常位置。排泥氣動管夾閥位于污泥泵下游。污泥界面儀的設定值應在試車時調節。此外，控制排泥管夾閥的另一個方案是，當澄清池內扭矩超過高位 （在試車時確定）時，管夾閥打開使更多的污泥排入濃縮池。

5.4 清水池的運行管理

液位計用于控制清水池內廢水液位。清水池出水泵1用1備，可在現場手動開／停或通過控制室自動控制。液位計設超高、高、低和超低液位。由液位控制水泵的啟停。

一個鉻檢測裝置用于控制清水池出水管上兩個氣動蝶閥。Cr6＋監測器通過一個分光光度計在線監測廢水中Cr6＋的含量。如果 Cr6＋濃度低于排放限值，通往冷軋廢水過濾系統的蝶閥將會開啟。如果Cr6＋濃度高于排放限值，通往冷軋廢水過濾系統的蝶閥將會關閉，通往含酸廢水分配池的蝶閥將會開啟。此時，廢水需要經過整個含酸廢水處理系統重新處理。

6 冷軋酸性廢水處理設施出水水質

酸性廢水處理設施出水水質：TFe約為 10～20mg／L，SS約為100～200mg／L，pH約為 8～11（在冷軋廢水過濾系統中會進一步調節pH）。

7 小結

冷軋酸性廢水處理設施自 2007年建成投產以來，一直運行穩定，滿足生產要求。

Design and Operation of the Acid Wastewater Treatment Facility of Cold Rolling Mill

JIN Ya-biao1，LIU Yong2，YUAN Jun3，WANG Le-wei1，LI Zhi-xia1，WANG Qian-yi1
（1.BAOSTEEL Engineering＆Technology Group Company Limited.Shanghai 201900 China）

The cold rolling mill waste water is difficult to treat in the steeling works.It consists of the neutral salt and chromium－containing wastewater，acid waste water，heavy oil wastewater，light oil wastewater，flat liquid wastewater.This paper introduces the design and operation of the acid wastewater treatment facility of the cold rolling mill of BAOSTEEL Stainless Steel Company.It can be used for reference in the similar engineering.

cold rolling；acid wastewater；treatment facility；operational management

X75

A

1673－9655（2013）03－0051－04

2012－12－18

金亞飚 （1975－），男，高級工程師，學士，主要從事工業水處理研究。