冷軋濃堿廢水系統設計及運行優化

王崇武,陳琦

供排水

冷軋濃堿廢水系統設計及運行優化

王崇武,陳琦

（寶鋼工程技術集團有限公司，上海201900）

詳細介紹了某鋼鐵企業冷軋濃堿廢水系統的設計和運行優化過程。包括工藝流程的選擇、工藝參數的計算、主要設備的選型等。系統以氣浮設備作為預處理部分核心設備，以生物接觸氧化法作為生化部分核心處理工藝。系統自動化水平高，運行維護方便。

冷軋濃堿廢水；設計；氣浮設備；生物接觸氧化法

1 概述

冷軋廢水是冶金行業水質最復雜、種類最多、最難處理的廢水之一，根據廢水性質，設計手冊[1]將冷軋廢水分為含酸堿廢水、含油及乳化液廢水、含鉻廢水。2000年以前，國內冷軋廢水處理站多采用此分類進行工藝設計。隨著國家環保標準越來越嚴格，對冷軋廢水的處理要求也越來越高，分類也更為細致，處理方法更加多樣。最主要變化是將酸性廢水和堿性廢水分開處理，酸性廢水采用傳統化學法，堿性廢水經預處理后采用生化法處理。2012年，隨著新標準[2]的實施，其表三要求出水COD＜30 mg/L。絕大多數冷軋廢水處理站的出水達不到此要求，需進行提標改造。筆者親身經歷了某鋼鐵企業的提標項目，為達到部分回用部分外排的目標，將堿性廢水又細分為濃堿廢水和稀堿廢水，分別采用不同的處理工藝，稀堿廢水處理后回用，濃堿廢水處理后與其它種類廢水合并經深度處理后外排。本文僅就濃堿廢水的設計及調試過程進行介紹和分析，供工程設計或生產實踐參考。

2 設計指標及工藝流程

本系統來水主要包括熱鍍鋅、連退機組清洗段排出的濃含油強堿廢水、冷軋機排出的經氣浮預處理的乳化液廢水、連退機組排出的經厭氧預處理的平整液廢水、污泥脫水地坑廢水等水質最為惡劣的幾種廢水。系統設計處理能力85 m3/h，設計進出水指標如表1所示(注:表1中數據除pH值外均為mg/ L)。

表1 系統設計進出水指標

系統設計工藝流程可分為預處理部分和生化部分，預處理部分主要去除系統中大部分油類和懸浮物SS，廢水中的油類和懸浮物也是化學需氧量CODcr的重要組成部分。因此，在去除油類和懸浮物的同時，也會部分去除CODcr。經預處理后的廢水進入生化系統進一步去除CODcr。系統工藝流程如圖1～2所示。

圖2 系統生化部分工藝流程框圖

3 主要構筑物和設備工藝參數計算及選型

（1）調節池

調節池作為系統的首道設施，用于水質、水量的均和。設計手冊[1]建議調節池水力停留時間可取2～6 h。本系統根據工藝需求，將調節池分為2格，1格用作正常調節池，1格用作事故調節池。受現場用地制約，單格有效容積160 m3，池高6 m，水力停留時間約2 h。水池采用鋼筋混凝土結構，做防腐處理。池內設穿孔曝氣管曝氣，曝氣強度以0.015 m3/m3污水.min計，選擇羅茨風機流量5 m3/min，壓力0.075 MPa。調節池內設液位計和pH計，輸送泵和液位計聯鎖自動運行，pH計監測池內pH值。

（2）pH調整罐

正常運行時，調節池內廢水pH值為11～13，需將pH調整至略偏堿性，滿足后續氣浮設備運行要求。通常可采用投加HCl或H2SO4的方式進行中和。本系統所在廢水站出水對Cl-有要求，投加鹽酸可能導致Cl-超標，選擇采用98%濃度H2SO4。一級pH調整罐和二級pH調整罐采用一體式，一、二級罐體有效容積均按20 min水力停留時間設計。罐體設攪拌機和pH計，攪拌機轉速145r/min。硫酸投加管上設氣動調節閥，與pH計聯鎖自動控制調節閥開度。調整罐出水pH值控制在8.5左右。

（3）混凝罐

向其中投加PAC，使水中油類和懸浮物凝聚，增強廢水中浮粒的氣浮性能。10%濃度PAC投加量約200 mg/L。設攪拌機使廢水中固體顆粒充分混合絮凝成大顆粒絮體。混凝罐分兩級，第一級內攪拌機轉速約20 r/min，第二級內攪拌機轉速約10 r/min。

（4）氣浮設備

氣浮設備是去除油類的有效設施，同時可去除部分懸浮物。通過細小氣泡的上浮作用，將油類和懸浮物浮至設備上部利用刮板刮出。氣浮渣含水率一般在98%～99.5%之間，進一步利用脫水設備脫水后外運處理。本系統選用一體式兩級氣浮設備。投加過PAC的廢水在氣浮進水口投加PAM后進入第一級。0.1%濃度PAM投加量約7 mg/L。第一級選用機械氣浮，利用曝氣機葉輪的高速旋轉形成微小氣泡去除大部分油類和雜質，屬于設備的高負荷區，水力停留時間約20 min。第二級選用溶氣氣浮，利用多相流泵形成的水汽混合物去除剩余油類和雜質，屬于設備的低負荷區，水力停留時間約25 min。本設備的一大優點是將傳統的機械和溶氣氣浮合為一體，且溶氣氣浮選用多相流泵代替傳統的“溶氣罐+回流泵+空壓機”的形式，極大減少了占地面積。實踐發現傳統溶氣氣浮設備底部仍有積泥影響設備正常運行，在本項目中，對兩級氣浮設備進行了一大改進是底部增加了排泥斗和排泥泵，形成了“上刮渣，下排泥”的運行模式，保障設備的安全使用。運行中該設備可達到設計指標。

（5）氣浮出水池

氣浮出水進入池內，起到中間水池的作用，并方便用泵向后續輸送。停留時間無特殊要求，一般以不造成泵頻繁起停為前提。水池采用鋼筋混凝土結構，做防腐處理。池內設pH計，廢水滿足pH要求時進入生化系統，不滿足要求時回流至源頭調節池內。pH控制值設定為6～9。

（6）冷卻塔

機組來水溫度較高，一般為60～80℃，氣浮出水后仍不能滿足進行生化的條件，需降溫處理。選用玻璃鋼冷卻塔，將出口溫度控制在35℃以下，進出口管道上設熱電阻觀測水溫。

（7）生化調節池

經預處理后的廢水一般可直接進入生物接觸氧化池，本系統將現有水池利用，作為生化調節池，調節池出水進入接觸氧化池。調節池內設有曝氣裝置，氣源采用壓縮空氣。生化污泥回流至此處，微生物初始培訓和馴化在此池內進行，相當于生化系統的活性污泥池，增加生化系統的水力停留時間，部分去除CODcr。水池有效容積約400m3，水力停留時間約4.7 h。

（8）生物接觸氧化池

設計規程[3]規定，生物接觸氧化池宜采用兩段式。本系統設計一段中不設沉淀池，僅在二段設置。一段生物接觸氧化池利用現有水池，池內設框架式填料，填料底部設穿孔軟管曝氣裝置。填料框架材質玻璃鋼，填料材質PP，塑料填料環片直徑150 mm，環片間距80 mm。曝氣軟管材質化纖增強PE，開孔率30%～40%，開孔直徑1～3 mm。進水下進上出，出水進入分配槽分配后進入二段生物接觸氧化池，二段接觸氧化池內配置與一段相同。一段生物接觸氧化池有效容積約400m3，水力停留時間約4.7 h。二段生物接觸氧化池有效容積約560 m3，水力停留時間約6.6 h。一、二段生物接觸氧化池均分成A、B兩個系列，并聯使用。兩段水池總水力停留時間約11.3 h。一般，對于冷軋廢水的生化池水力停留時間10～20 h是比較合適的，可因地制宜選擇參數。本系統生物接觸氧化池曝氣強度以0.015 m3/m3污水. min計，選擇羅茨風機流量15 m3/min，壓力0.075 MPa。風機設變頻裝置，隨池內溶解氧量調整曝氣量。接觸氧化池內設溶氧儀，可在線監測池中溶氧量。

（9）混凝池

向其中投加PAC和PAM，使水中細小懸浮物凝聚，增強廢水中顆粒的沉淀性能。投加順序是先投加PAC，再投加PAM，兩者間隔一定距離，以保證與水體的反應時間。10%濃度PAC投加量約20 mg/L，0.1%濃度PAM投加量約5 mg/L。設攪拌機使廢水中固體顆粒充分混合絮凝成大顆粒絮體，攪拌機轉速20～30 r/min。

（10）斜板沉淀池

斜板沉淀池表面水力負荷高，占地面積小，尤其適合受占地局限的改造項目。設計規范[4]規定，生活污水廠生物膜法后的普通沉淀池表面水力負荷可取值1.0～2.0m3/(m2.h)，斜板沉淀池負荷可按其2倍設計。考慮到濃堿廢水沉淀性較生化污水差，為安全起見，本系統斜板沉淀池表面水力負荷取值約1.3 m3/ (m2.h)。結構形式采用鋼筋混凝土結構，斜板材質為PVC，長度1000 mm，斜板之間的安裝間距約80 mm，水平安裝傾角60°。出水堰和集水槽材質為不銹鋼SUS304，集水槽采用矩形加鋸齒三角堰形式，高度可調。池體分為A、B兩格，每格設2個泥斗，單格泥斗對應單臺氣動隔膜泵排泥，一路回流至生化調節池，一路排泥污泥濃縮池進行后續處理。

4 系統控制

本系統的電氣和儀表檢測均采用DCS及計算機程序控制。所有儀表的檢測參數包括流量、液位、溫度、pH、溶解氧等，及設備運行狀態均在CRT畫面上顯示，并具備檢測參數越限、設備故障報警和報表打印等功能。主要設備的操作方式可在機旁操作箱內手動操作，控制設備的開啟和停止；也可以在操作室，通過監控CRT畫面手動操作控制設備的開啟和停止；還可以按照各參數的運行要求，通過DCS自動控制設備的運行和停止。

5 運行優化

該系統于2014年10月建成后進行現場調試及試運行，調試運行過程中發現了一些問題，現場能改進的及時進行了改進，不能改進的提出優化建議供參考。

（1）原設計pH調整罐中投加濃H2SO4進行中和，濃H2SO儲存在投加罐中，采用重力流投加，溢流、放空管也就近接入了pH調整罐。調試初期因操作不當發生過H2SO溢流現象，與水接觸后冒白煙，大量散熱，因發現及時未造成大的破壞，但存在安全隱患。后將溢流、放空管接入容積更大的調節池內，降低了安全風險。

（2）原設計將PAC投加至混凝罐中，PAC呈酸性，實測pH值約為3，加入PAC后廢水pH值進一步降低。為更直接的控制pH值，將PAC投加點改為二級pH調整罐，可減少濃硫酸的投加，且可保證pH以7～8的理想狀態進入氣浮設備。

（3）原設計將PAM投加至氣浮進口管上，投加量的多少無法看到，只能通過計量泵的開度判斷。為更直接的觀察和調節加藥量，將PAM投加點改為混凝罐第二級。

（4）原設計的氣浮出水兩路管道用手動閥進行切換。當pH超標時不能及時發現切換至調節池，使部分pH不合格廢水進入生化，生化系統運行存在風險。兩路管道上分別增加氣動閥，與pH聯鎖自動運行，正常時進生化，異常時進調節池。

（5）原設計的生化污泥回流管接入了第二級接觸氧化池分配槽，不能使污泥有效回流至系統前端。將回流管改為接入生化調節池，使污泥回流，提升系統污泥濃度。

（6）原設計斜板沉淀池每個泥斗對應1臺排泥泵，運行中發現當排泥泵故障時，對應泥斗無法排空。設計可改進之處方案一是增加備用泵，方案二是兩泥斗間預埋連通管，方案三是在場地允許的條件下重力流排泥至地坑，后用地坑泵輸送。

（7）原設計斜板沉淀池排泥泵利用時序控制泵的運行，調試發現參數需要修改時，時序調整過程復雜。在DCS上通過編程增加泵順控運行選擇畫面，泵運行順序、運行時間、間隔時間可調，直觀方便。

（8）原設計加藥計量泵無變頻裝置，僅能通過手動沖程調節泵開度。當水量變化時，加藥量大小無法自動調整，需人工調整，工作量大。可改進之處是配套設變頻裝置，與水量聯鎖自動運行。

6 結語

（1）經過幾個月的調試運行，系統各項指標均達到或優于設計水平。出水CODcr可穩定在100 mg/L以內。證明利用生化法處理冷軋濃堿廢水是切實可行的，可推廣利用。

（2）應盡可能多的使用自動控制和檢測設備，提升系統自動化水平，提高系統安全可靠性，降低運行操作工作量。

[1]王笏曹主編．鋼鐵工業給水排水設計手冊[M]．北京：冶金工業出版社，2005，938-9392．

Design and Operation Optim ization of Cold Rolling Concentrated A lkaline Wastewater System

Wang Chongwu,Chen Qi
(Baosteel Engineering&Technology Co.,Ltd.,Shanghai 201900,China)

The design and operation optimization process of cold rolling concentrated alkaline wastewater system of a steel enterprise are introduced in detail,including process selection,calculation of process parameters and selection of the main equipment.The system uses the air floatation device as the core equipment in the pretreatment part and adopts the bio-contact oxidation method as the core treatment process in the bio-chemical part.The system has high automation level and is easy to operate and maintain.

cold rolling concentrated alkaline wastewater;design;air floatation equipment;bio-contact oxidation process

X77

B

1006-6764（2015）09-0058-04

2015-05-29

王崇武（1982-），男，2008年畢業于天津大學，獲環境工程專業碩士學位，工程師，現從事鋼鐵冷軋廢水處理設計及運行工作。