高密度沉淀池處理鋼鐵工業(yè)廢水的應(yīng)用

陸 荃

（廣西柳州鋼鐵集團有限公司動力廠，廣西柳州 545006）

前言

近年來，國家加大環(huán)境保護力度，實施節(jié)能減排，重點推進鋼鐵等工業(yè)達(dá)標(biāo)排放和超低排放改造，并重新規(guī)定了鋼鐵工業(yè)廢水的各項指標(biāo)，如化學(xué)需氧量（COD）的含量由原來的100 mg/L 下降到50 mg/L，這給鋼鐵工業(yè)廢水的處理帶來了巨大的挑戰(zhàn)。在鋼鐵行業(yè)，用水量最大的是循環(huán)冷卻系統(tǒng)，其排放的廢水是鋼廠污水的主要來源。此外，鋼廠污水還包括焦化廢水、廠內(nèi)生活污水、高鹽廢水、冷軋廢水等。工業(yè)污水的治理主要以循環(huán)利用為主，因此采用有效的技術(shù)對污水進行深度處理是行業(yè)關(guān)注的焦點。鋼鐵工業(yè)廢水排放的污染物主要有油類、懸浮固體（SS）、COD、總磷（TP）、氨氮等，廢水污染物種類多，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，處理難度大。為了使污水處理企業(yè)實現(xiàn)達(dá)標(biāo)排放，引入新技術(shù)和改進工藝是目前研究的重點。

沉淀池是污水處理企業(yè)應(yīng)用最廣泛的一項設(shè)施，常用的沉淀池可以分為豎流沉淀池、平流沉淀池、輻流沉淀池、加速澄清池、斜管板沉淀池等[1]，但是這些傳統(tǒng)沉淀池的處理工藝對廢水中的懸浮物、COD 等污染物處理效率不高，無法達(dá)到較高的水質(zhì)要求，不利于循環(huán)利用。高密度沉淀池技術(shù)能夠改進傳統(tǒng)沉淀池的不足，其是一種具有污泥循環(huán)和斜管沉淀的廢水處理工藝，一體化程度高，沉降性能良好，大大提高污染物的去除效果[1,2]。

據(jù)報道，高密度沉淀池對COD 的去除率達(dá)到85%以上，對懸浮物的去除率可達(dá)85%[3]。該沉淀池適用范圍廣，其在鋼鐵廢水、生活污水、雨水、印染廢水等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用[4,5]。因此，本文主要針對高密度沉淀池的構(gòu)成、工藝原理、分類、優(yōu)缺點及其高密度沉淀池應(yīng)用于鋼鐵工業(yè)廢水處理的研究進展進行介紹。

1 高密度沉淀池的構(gòu)造和工作原理

高密度沉淀池是一種緊湊、靈活的澄清工藝，它的構(gòu)成可以分為混合區(qū)、絮凝反應(yīng)區(qū)、沉淀濃縮區(qū)三個部分，其結(jié)構(gòu)和工藝過程如圖1所示。

圖1 高密度沉淀池的結(jié)構(gòu)及工藝過程示意圖

在混合區(qū)，原水和投入的混凝劑（聚合氯化鋁、聚合硫酸鐵等）混合均勻，形成較小的絮體。加入混凝劑的目的是使懸浮顆粒的穩(wěn)定性降低。混合區(qū)出水進入絮凝反應(yīng)區(qū)，該區(qū)域由快速攪拌區(qū)和無攪拌區(qū)構(gòu)成。快速攪拌區(qū)利用可調(diào)速葉輪來對混合水的攪拌速度進行控制，無攪拌區(qū)可以增大礬花，使得礬花密度高、均勻。絮凝反應(yīng)區(qū)結(jié)合助凝劑——聚丙烯酰胺（PAM）和回流污泥的共同作用，得到較大的絮體顆粒，增加顆粒的碰撞機會，減少系統(tǒng)投藥量，使懸浮固體濃度維持均衡，實現(xiàn)膠體、懸浮物、金屬游離物、乳化油等污染物的有效吸附。經(jīng)過反應(yīng)后的的污水送入到沉淀濃縮區(qū)的移動速度緩慢，可以防止絮體礬花受到破壞。

為了使沉淀反應(yīng)更加徹底，保證出水水質(zhì)，沉淀池上部采用高效斜板設(shè)置。沉淀濃縮區(qū)的面積較大，可以使大部分絮體礬花在重力的作用下發(fā)生沉淀，形成污泥并濃縮。濃縮的污泥一部分通過污泥循環(huán)泵回流到反應(yīng)區(qū)入口，另一部分污泥由刮泥機刮到泥斗，再通過排泥泵抽送到污泥脫水系統(tǒng)進行處理。此外，高密度沉淀池內(nèi)設(shè)置一臺超聲波泥位計，可以有效控制污泥量。經(jīng)過處理后得到的污水被送到斜管分離區(qū)，將殘余礬花進行處理，再通過集水區(qū)將澄清水送入混凝反應(yīng)區(qū)，最后出水進入到濾池。

2 高密度絮體礬花的形成機理

高密度沉淀池絮凝體密度高，沉降性能良好，其絮體礬花形成機理如圖2所示。原水中具有懸浮顆粒和膠體，膠體間帶負(fù)電相互排斥，不利于顆粒合并，從而導(dǎo)致沉淀困難。在高密度沉淀池混凝區(qū)加入混凝劑，可以提供大量的正離子，正離子能把膠體顆粒表面所帶的負(fù)電中和掉，使其顆粒間排斥力減小，從而容易靠近并凝聚成微絮體。通過在絮凝區(qū)投加絮凝劑致使微絮體及其他顆粒結(jié)合，從而產(chǎn)生較大的絮體礬花。此外，污泥的回流進一步強化了絮凝過程，使得礬花的密度高、半徑大，增加了它的沉降速度，從而使沉淀反應(yīng)進行得更加徹底。

圖2 高密度絮體礬花的形成機理圖

3 高密度沉淀池的分類

3.1 RL型高密度沉淀池

目前，95%項目均使用RL型高密度沉淀池對污水進行處理[6]。該池的斜管下部是泥水混合物的入口位置，污泥和污水按照斜管沉淀池機理在斜管下的沉淀區(qū)進行分離，得到的沉淀被稱作阻礙沉淀，其他殘余的絮體被斜管截留。RL 型高密度沉淀池包括兩個沉淀過程，分別為深層阻礙沉淀和淺層斜管沉淀。該沉淀池常常被用于生活用水、生活污水的處理，其在工業(yè)污水重金屬離子和油污的處理等領(lǐng)域也具有一定的應(yīng)用，但處理不夠徹底，仍需不斷開發(fā)新技術(shù)進行改進。

3.2 RP型高密度澄清池

這一類型高密度澄清池與RL 型高密度沉淀池不同，其內(nèi)部不設(shè)有斜管，該池在污水排放標(biāo)準(zhǔn)要求一般的情況下可以使用，因此RP 型高密度澄清池較少被應(yīng)用。

3.3 RPL型高密度澄清池

此類高密度沉淀池的應(yīng)用也比較少，在處理沒有反作用和需要集中貯存污泥的情況下才采用RPL 型高密度澄清池，其還僅限于工業(yè)污水處理中特殊的沉淀工藝和非飲用水除碳工藝的使用。

4 高密度沉淀池的優(yōu)缺點

4.1 高密度沉淀池的優(yōu)勢

（1）高密度沉淀池集混凝、沉淀、濃縮功能于一體，一體化程度高，布局緊湊，占地面積小，降低了建設(shè)投資成本，運行費用低。

（2）高密度沉淀池在混凝過程中將有機高分子絮凝劑和PAM助凝劑聯(lián)合應(yīng)用，可以使反應(yīng)產(chǎn)生顆粒大、密度高、顆粒均勻的礬花，提高沉淀池的沉降性能，從而加快礬花的沉降速度，使得污水處理的效果得到有效提升。

（3）該池采用斜管沉淀池機理，設(shè)置高效斜板和污泥回流，使絮體礬花沉淀更加徹底，分離區(qū)上升流速較快，出水水質(zhì)好，比常規(guī)沉淀池具有更好的絮凝和沉淀效果。

（4）污泥容易濃縮，沉淀池排泥速度較快，并且排泥濃度高，可以直接進行脫水處理，污泥處理操作簡單。

（5）高密度沉淀池抗沖擊負(fù)荷能力強，在較大范圍內(nèi)不受流量或水質(zhì)負(fù)荷變化的影響，工藝啟動迅速，處理效率高。

4.2 高密度沉淀池的缺點

(1)機械設(shè)備種類多，設(shè)備管理過程比較復(fù)雜，設(shè)備維護檢修工作量大。

（2）高密度沉淀池運行管理精度、流速調(diào)控要求高，需要經(jīng)驗豐富的工作人員對設(shè)備控制進行監(jiān)督和管理。

（3）電力能源要求高，能源的消耗量大，需要提供大量的電能維持設(shè)備的正常運行。

5 高密度沉淀池應(yīng)用于鋼鐵工業(yè)廢水處理的研究進展

高密度沉淀池新型技術(shù)在歐洲國家十分流行，其具有相對于傳統(tǒng)處理工藝的獨特的設(shè)置和優(yōu)勢，使它在國內(nèi)也得到了很多的關(guān)注和推廣。許多企業(yè)都采用這一先進工藝來處理鋼鐵制造過程產(chǎn)生的污水。據(jù)了解，高密度沉淀池技術(shù)在首鋼污水處理工程和邯鋼第二污水處理廠的廢水處理中已經(jīng)得到了成功應(yīng)用，并證實該技術(shù)的引入可以有效提高鋼鐵行業(yè)處理生產(chǎn)廢水的質(zhì)量和效率[1,7]。此外，曹政[8]等人對采用高密度沉淀池對包鋼廢水的實驗研究表明，該技術(shù)對廢水中的COD、硬度和濁度的去除效果明顯，達(dá)到出水的指標(biāo)。企業(yè)對高密度沉淀池工藝的實際應(yīng)用可以更好地推進污水處理技術(shù)的發(fā)展，為鋼鐵廢水處理技術(shù)的改進打下了堅實的基礎(chǔ)。

由于鋼鐵工業(yè)廢水的污染物種類多、含量高以及成分復(fù)雜，單獨應(yīng)用高密度沉淀池技術(shù)對鋼鐵廢水處理不夠徹底，往往需要將其和各類濾池進行結(jié)合，共同對廢水的污染物進行深度處理，從而使污水達(dá)到預(yù)期的處理效果。目前，在北方地區(qū)的很多大型鋼鐵聯(lián)合企業(yè)將高密度沉淀池-V 型濾池-雙膜法工藝作為處理廢水的主流技術(shù)，其能改善補充水水質(zhì)并回用，保持循環(huán)水系統(tǒng)的穩(wěn)定運行[9]。張志揚[10]等人使用高密度沉淀池-活性砂過濾工藝應(yīng)用于鋼鐵廢水的處理，能夠雙重保證出水水質(zhì)，促進所在地水環(huán)境質(zhì)量的改善。武鋼北湖污水回用工程將高密度沉淀池與微絮凝+V 型濾池聯(lián)合應(yīng)用，進行了10 個月運行試驗分析表明，該體系對廢水的處理效果優(yōu)于設(shè)計的預(yù)期目標(biāo)，能夠有效去除鐵、懸浮固體、不溶性油等污染物[11]。綜上所述，高密度沉淀池的引入對污水處理技術(shù)的創(chuàng)新和改進提供了有力的支持，這些技術(shù)在環(huán)保領(lǐng)域中的發(fā)展前景將越來越廣闊。

6 結(jié)論

隨著經(jīng)濟的快速發(fā)展，環(huán)保話題越來越受到關(guān)注，工業(yè)廢水的治理和排放標(biāo)準(zhǔn)也更加嚴(yán)格。高密度沉淀池作為一種新型高效的污水處理技術(shù)，成功應(yīng)用于鋼鐵工業(yè)廢水的處理，為環(huán)保工作的有效開展貢獻較大。此類沉淀池的污染治理有成效，但還存在較多的問題，仍需對高密度沉淀池不斷研究和改進，將其與其他工藝聯(lián)用，開發(fā)更成熟、先進的工藝技術(shù)深度處理鋼鐵工業(yè)廢水。