鋼鐵工業廢水處理技術研究

解晨煒

（中治京城工程技術有限公司，北京 100176）

鋼鐵工業廢水處理技術研究

解晨煒

（中治京城工程技術有限公司，北京 100176）

隨著我國經濟發展速度的加快和社會主義現代化進程的不斷推進，我國的鋼鐵制造生產規模迅速擴大。在世界水資源緊缺、全球環境問題愈演愈烈的形勢下，低碳節能與綠色生產的呼聲更加高漲。鋼鐵產業是用水和耗能大戶，產能過剩，資源浪費過多，已經成為制約我國鋼鐵行業可持續發展的毒瘤。鋼鐵廢水的循環利用也越來越受到重視。

鋼鐵廢水；廢水回用；循環利用

中國幅員遼闊，鐵礦石資源豐富，但開發速度與現代化水平由于受到經濟條件制約長期落后于世界水平。改革開放以來，我國鋼鐵產量突飛猛進。根據MEPS（英國鋼鐵工業市場分析公司）的分析報告，2014年，中國以7.79億t的粗鋼產量位居世界第一，占全球粗鋼產量的48.5%。之后，我國鋼鐵產業迎來了較長時間的低迷期，究其原因是全球經濟的衰退以及大范圍的粗放型經濟嚴重影響了與環境相關產業鏈的發展。如何與自然環境協調統一是鋼鐵行業內一個亟待解決的問題。

鋼鐵工業是中國的支柱產業，而鋼鐵生產需要用到大量的水資源進行冷卻和沖刷。在我國人均水資源占有量極低的國情下，對水資源的保護和循環利用具有十分重大的意義。本文就如何處理鋼鐵生產過程中產生的廢水及處理后水的回用進行系統介紹。

1 鋼鐵廢水的來源及成分

鋼鐵工業的生產廢水主要為高濃度的懸浮物廢水，濃堿及乳化廢水，含多種金屬離子如鈣、錳、鋅、鉛等金屬離子廢水及含芳香類化合物、氰化物、焦油等難以生化降解處理的焦化廢水。

2 鋼鐵工業廢水的一般處理方法

CODcr是采用重鉻酸鉀（K2Cr2O7）作為氧化劑測定出的化學耗氧量，即重鉻酸鹽指數。BOD5（Biochemical Oxygen Demand）是一種用微生物代謝作用所消耗的溶解氧量來間接表示水體被有機物污染程度的一個重要指標。一般用BOD5與CODcr的比值來判斷污水的可生化性指標。BOD5/CODcr的值越大代表污水可生化性越好，越容易被生化降解。一般認為，BOD5/CODcr大于0.2時，生化降解效果較好。在鋼鐵廢水中，BOD5/CODcr一般為0.15左右，生化降解難度大。因此，先考慮用物理方法和化學方法降低COD值，再進行深度處理等后續步驟。常見的鋼鐵工業廢水處理法有：混凝法、氧化還原法、氣浮和沉淀、過濾和吸附等。

2.1 混凝

絮凝理論基礎是“聚并”理論，絮凝劑主要是帶有正（負）電性的基團和水中帶有負（正）電性的難于分離的一些粒子或者顆粒相互靠近，降低其電勢，使其處于不穩定狀態，并利用其聚合性質使得這些顆粒集中，通過物理或者化學方法分離出來。絮凝法由于價格低廉，處理工業廢水效果穩定而得到廣泛應用。學者戴竹青等人研究了混凝效果與PAC（聚合氯化鋁）投加量和水質pH值的關系；利用均勻設計法對試驗結果進行處理得到非線性數學模型[1]。結果表明，在原水COD濃度一定的條件下，混凝效果與pH和PAC投加量有關，最佳pH值在6～8波動，而過量的PAC投加量反而會影響處理效果。因此，在對鋼鐵廢水進行混凝劑投加時，應先做好投加試驗來確定最佳的投加量。

2.2 氧化還原

鋼鐵廢水中含有多種芳香族化合物。含有芳香族化合物的污水毒性較大，生化性差，普通的化學方法很難將其降解，并且此類污水對環境影響極其嚴重，對人體健康有著嚴重威脅。Fenton試劑具有極強的氧化能力，特別適用于某些難生物降解的或對生物有毒性的工業廢水的處理。學者田依林研究了Fenton試劑催化降解水中苯胺的效果，考察了pH值、H2O2和Fe2+的用量、紫外光照射等因素對苯胺降解的影響，為更好地利用Fenton試劑法處理芳香族化合物提供有價值的理論依據[2]。

2.3 物理吸附

物理吸附法具有簡單高效、可重復利用的特點。吸附法原理是利用多孔物質的吸附特點，使污染物與水體脫離。學者孫慧芳、和彬彬等人研究了焦炭在焦化廢水中的吸附性能[3]。結果表明，焦炭對焦化廢水中的COD、揮發酚、氨氮和氰化物均有一定的去除效果；化學改性可使焦炭對焦化廢水中氨氮和氰化物的吸附性能明顯提高，其中HNO3改性對焦炭吸附廢水中氨氮和氰化物能力的增加效果顯著。焦炭具有吸附表面積大、價格低廉、可重復利用的特點，在廢水進入生化處理單元前，使用焦炭法進行物理吸附處理有良好效果。

2.4 電凝聚氣浮法

鋼鐵廢水中包含大量的乳化液廢水。這種廢水含油量大，難以處理。電凝聚氣浮法兼具電凝和絮凝氣浮法的優點，對乳化液廢水有著很好的處理效果。它是將電源的正負極插入廢水中，陽極凝聚混凝劑和氧化劑，將水中的大分子物質氧化成小分子物質再發生絮凝作用；陰極產生氣體，在水中生成氣泡，使水中的懸浮物附著在氣泡上上浮至水面通過刮渣機去除。胡文云、鄭娟麗等人以某軋鋼廠排放的含油廢水為研究對象，采用電凝聚氣浮法進行處理，探討了pH值以及電解電壓對處理效果的影響[4]。結果表明，處理時無需再調節pH，以原水pH值為宜；無論電壓高低，電凝聚氣浮法對乳化油廢水COD去除率都在90%以上。電凝聚氣浮法是一種經濟又高效的處理方法。

3 鋼鐵廢水深度處理

近年來，鋼鐵工業發展迅猛，對經濟帶來了巨大的推動作用。但鋼鐵工業用水量約占到全國用水量14%之多。據統計，鋼鐵工業每年耗水量大概為32億m3。因此，提高鋼鐵廢水處理效率，對廢水處理達標再利用是維持經濟又好又快發展和人與自然和諧統一的必然要求。

由于鋼鐵廢水中的成分復雜，傳統的生物處理后出水水質雖然達到標準，但水中的鐵、錳含量仍然較高，用水管路中以鐵錳作為能源物質的細菌繁殖迅速，導致管道堵塞并且清理難度大。另外，由于鋼鐵廢水出水溫度較高，蒸發掉了過多的水分，因此水質含鹽量較高，一般的處理工藝對鹽分基本沒有去除作用。下面對鋼鐵工業中主要應用的幾種工藝進行介紹。

3.1 生物活性炭工藝

此種方法是將活性炭作為廢水中微生物繁殖和聚集的載體，充分利用了活性炭表面積大與生物膜處理污水快速高效等優點。當廢水中氧氣含量充足時，活性炭空隙內的微生物對有機物進行分解吸收，用于進一步繁殖，逐漸形成生物膜，處理水質效果更加穩定。徐竟成利用生物活性炭慮柱對某鋼鐵廠排出的廢水進行試驗[5]。原水氨氮、COD及pH值均達到標準，但鐵、錳及濁度指標嚴重超標。試驗結果表明，生物活性炭工藝對鋼鐵工業廢水中濁度、有機物及氮、磷等營養物質都有較好的去除效果，在停留時間為45 min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%。生物活性炭工藝操作簡單、占地面積小，在鋼鐵工業廢水處理上有很好的發展前景。

3.2 膜技術

膜分離技術具有高效、操作方便、占地面積小等優點，尤其對于高鹽廢水有著卓越的處理效果。近年來，膜分離技術發展迅速，技術改進讓膜成本有所降低，該技術在水處理的應用中越來越廣泛。目前，在工業廢水處理中，應用最廣泛的是微濾、超濾及反滲透技術。三者均借助濃度差作為推動力，通過篩分和擴散原理阻截物質來達到凈水目的。不同之處在于，微濾膜孔徑較大，阻截懸浮物、顆粒及微生物；超濾膜孔徑可以阻截大分子物質及膠體；反滲透膜孔徑最小，可以阻截無機鹽離子。太原鋼鐵公司已建成我國最大的基于反滲透技術的工業廢水回用系統，除鹽率在97%以上，工業廢水回用率在87%以上，成為我國工業廢水回用與工業節水工程的典型示范。

4 結語

實踐證明，合適的物化方法及高效的生化處理系統，可以將鋼鐵工業廢水處理成可循環利用的水資源。企業在治理工業廢水時，要從長遠角度考慮，改造舊工藝，及時應用效率高、處理能力強的新工藝，盡量減少資源的損耗。

1 戴竹青，張金輝.PAC絮凝劑去除煉廠廢水COD的研究[J].遼寧石油化工大學學報，2008，（3）：26-29.

2 田依林.Fenton試劑氧化法在工業廢水處理中的應用基礎研究[D].開封：河南大學，2003.

3 孫慧芳，和彬彬，郭棟生.焦炭及其改性吸附預處理焦化廢水的試驗研究[J].水處理技術，2009，（10）：55-58.

4 胡文云，鄭娟麗.電凝聚氣浮法處理軋鋼廠含油廢水的研究[J].工業安全與環保，2006，（2）：26-27.

5 徐竟成，黃翔峰，王禎貞，等.生物活性炭深度處理和回用鋼鐵工業廢水[J].環境污染與防治，2007，（11）：862-866.

Study on Wastewater Treatment Technology in Iron and Steel Industry

Xie Chenwei
(MCC Capital Engineering amp; Research Incorporation Limited, Beijing 100176)

With the acceleration of China's economic development and the continuous progress of socialist modernization,the scale of production of iron and steel manufacturing in China has expanded rapidly.With the shortage of water resources in the world and the increasing global environmental problems, the calls for low-carbon energy saving and green production are even louder.Iron and steel industry is a big water and energy consuming company with excess capacity and waste of resources.It has become a cancer that restricts the sustainable development of China's iron and steel industry.More and more attention has been paid to the recycling of iron and steel wastewater.

steel wastewater；wastewater reuse；water recycle

X757 文獻標識碼：A 文章編號：1008-9500(2017)08-0020-03

2017-06-21

解晨煒（1979-），男，山西臨汾人，高級工程師，從事冶金企業循環水處理設計工作。