煉鋼保護渣生產廢水處理研究

王岳陽，張群安，孫志鵬，杜朝軍

(1.南陽自然環境工程評估中心有限公司，河南 南陽 473000； 2.南陽理工學院 生物與化學工程學院，河南 南陽 473004)

煉鋼保護渣廢水是指在煉鋼保護渣生產過程中產生的污染性廢水，由冷卻水、沖洗水、除塵水組成。冷卻水主要用于冷卻維護預熔渣過程中柱塞泵、水磨機、球磨機等設備，以及預熔料過程中水淬冷卻高溫原料。沖洗水來自于每日兩次對設備和地面的清洗過程。沖洗水中的污染物主要是各設備中殘余的預熔渣物料、藥劑、成品等多種物質。煉鋼保護渣生產中，除了二氧化硅、氧化鈣等基本組成材料，還需要加入炭黑、石墨等骨架材料及熔劑材料，在優化產品性能的同時，也造成沖洗廢水成分復雜的問題。除塵廢水包括水噴淋塔除塵水以及麻石水膜除塵水，其污染物主要是數目眾多的懸浮物質。水噴淋塔廢水是預熔渣工序中，處理造粒塔廢氣所產生的廢水。麻石水膜除塵水是預熔料工序中，對預熔爐廢氣采用麻石水膜法除塵后產生的廢水。該廢水是一種堿度高、色度高、懸浮物量含量高的廢水，需進行處理達標后才能外排。

1 實驗部分

1.1 藥品原料及實驗儀器

表1 主要儀器

表1(續)

表2 實驗用藥品

1.2 實驗步驟

(1)對煉鋼保護渣生產廢水進行靜置過濾處理；

(2)用量筒量取100 mL經過預處理的廢水，置于250 mL燒杯中；

(3)向燒杯中投加一定量的絮凝劑進行處理。在復配處理實驗中，將不同種類的絮凝劑按不同順序、不同添加量進行投加；

(4)在藥物投加過程中，對廢水進行5 min中速攪拌處理；

(5)對廢水進行20 min靜置處理后，觀察廢水絮凝處理效果，最終檢測處理后廢水的COD、NH3-N值。

2 結果與討論

2.1 聚合氯化鋁單獨處理廢水的效果

前9組實驗通過在相同的反應條件下，每次增加2 mL藥量的方法，找出大致的最佳投藥量。在前9組實驗中，前7組廢水的處理效果隨著藥量的增加而變好，自第4組開始出現較為明顯效果，在第7組處理效果最好；從第7組實驗開始，廢水的處理效果不再隨著藥量的增加而變好，甚至有逐漸變差的趨勢。由于前9組實驗各投加藥量間有2 mL的差量，為精準找出聚合氯化鋁的最佳投藥量，增加3組試驗。經3組實驗對照發現，當投藥量為14 mL時，廢水處理效果最好，但廢水仍然較為渾濁。本次實驗探究發現，聚合氯化鋁對廢水有一定的處理效果，但達不到廢水處理要求。

表3 聚合氯化鋁單獨處理實驗

2.2 聚丙烯酰胺單獨處理廢水的效果

由于聚丙烯酰胺為有機高分子絮凝劑，處理效果較無機絮凝劑好，本次實驗每次增加1 mL的藥物投加量。試驗發現，自第18組實驗出現較為明顯效果，當藥劑投加量為9 mL時，處理效果最好，但廢水仍然較為渾濁。當藥物投加量大于9 mL后，廢水處理效果逐漸變差，有出現溶液再穩現象的趨勢。本次實驗探究發現，聚丙烯酰胺對廢水有較好的處理效果，但達不到廢水處理要求。

表4 聚丙烯酰胺單獨處理實驗

2.3 聚合氯化鋁和聚丙烯酰胺復配處理廢水的效果

由于聚合氯化鋁和聚丙烯酰胺單獨使用均達不到廢水處理要求，本次實驗將兩種絮凝劑配合使用處理廢水。為確定聚合氯化鋁和聚丙烯酰胺的配合使用對廢水是否有效果，采用兩種絮凝劑單獨使用時的最佳投藥量。按工業常用復配流程，先向廢水中投加14 mL的聚合氯化鋁溶液，再加入9 mL的聚丙烯酰胺溶液，經攪拌后靜置處理。對處理后溶液進行觀察，水體出現較為明顯的分層現象，溶液顏色變淺，絮凝效果較好。通過試驗，可確定聚合氯化鋁和聚丙烯酰胺的復配使用對廢水有較好的處理效果，可作為煉鋼保護渣廢水的處理方法。

2.3.1 最佳藥劑投加順序

本實驗進行4組實驗，通過保持藥量不變，改變藥劑投加順序的方法進行探究。在實驗中，第19組與第20組互為對照，通過處理效果的對比，發現第19組的效果遠好于第20組。為避免是偶然現象，以另一種投加藥量為不變條件，再次進行實驗。若實驗結果仍是第21組處理效果好于第22組，則可確定最佳藥劑投加順序。由實驗結果對比可得，先投加聚合氯化鋁，再投加聚丙烯酰胺的使用順序為最佳。

表5 確定藥劑投加順序實驗

2.3.2 最佳藥劑投加量

由聚合氯化鋁單獨處理實驗可知，其較為有效的藥量使用范圍是8～14 mL，為確保實驗的準確性，將使用范圍擴大為4～18 mL。同理，本實驗中聚丙烯酰胺的藥量使用范圍為4～12 mL。為防止單次實驗效果不準，每次實驗重復進行2～3次，直至效果相似。在本實驗中，先保持一種藥劑投加量不變，另一種藥劑依照使用范圍依次改變。例如，先保持聚合氯化鋁投加量為4 mL不變，將聚丙烯酰胺投加量由4 mL依次增加到12 mL進行實驗，本序列實驗結束后，將聚合氯化鋁投加量改為5 mL，再進行依次實驗。實驗結果先進行色度、水體分層情況等方面的對比，再通過測定COD值及氨氮含量進行對比。實驗中，在同序列實驗中，選出實驗效果最好的樣品，進而與下一序列實驗進行對比，依次往下，選出本次實驗中處理效果最佳的樣品。經過兩百多次試驗后，得出向廢水中投加12 mL PAC和8 mL PAM進行處理時，效果最好。

2.4 煉鋼保護渣廢水脫色處理效果

經實驗研究發現，絮凝處理對廢水有一定的脫色效果。廢水經處理后顏色變淺，水體有明顯的分層現象，但色度仍較高。為達到控制色度的目的，本實驗對廢水進行脫色處理實驗。實驗先向100 mL煉鋼保護渣廢水中先投加12 mL PAC和8 mL PAM進行絮凝處理，再向廢水中添加活性炭、過氧化氫、次氯酸鈉等物質進行脫色處理。

表6 廢水脫色試驗

實驗23廢水色度未發生變化，實驗24和實驗25廢水色度均發生降低。經實驗結果對比發現，過氧化氫和次氯酸鈉都有較好的氧化脫色效果，但次氯酸鈉處理時間短、脫色效果更好。通過進一步實驗發現，向100 mL的處理前廢水投加12 mL PAC和8 mL PAM進行絮凝，再投加1 mL的次氯酸鈉進行脫色，處理效果最好。廢水經絮凝和脫色處理后，色度已符合污水處理廠進廠標準。

經檢測，處理前廢水的COD值為1607.52 mg/L，氨氮含量為30.19 mg/L。處理后廢水的COD值為342.72 mg/L，COD去除率為77.53%；處理后廢水的氨氮含量為3.66 mg/L，廢水處理的氨氮去除率為87.9%，處理后廢水能夠滿足污水處理廠進水標準。

3 結論

通過向廢水投加絮凝劑的方法，降低了廢水的COD值與氨氮含量，使處理后廢水達到污水處理廠進廠標準。在實驗中，以處理后廢水的COD值和氨氮含量為考察指標。經過多次實驗，確定了聚合氯化鋁和聚丙烯酰胺的復配使用為廢水的最佳處理方法，找到了廢水處理的最佳藥物添加量。通過添加活性炭、過氧化氫、次氯酸鈉等藥品對廢水進行脫色實驗，得到較好的脫色效果。實驗得出的較佳實驗條件為：每100 mL煉鋼保護渣生產廢水中先投加12 mL PAC(質量分數為5%)和8 mL PAM(質量分數為0.1%)進行絮凝處理，再投加1 mL次氯酸鈉溶液(有效濃度為10%)進行脫色，這樣處理后的廢水能夠滿足污水處理廠進水指標，達到排放要求。