煉鋼保護渣生產(chǎn)廢水處理研究

王岳陽，張群安，孫志鵬，杜朝軍

(1.南陽自然環(huán)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(chǎn)過程中產(chǎn)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(yù)熔渣過程中柱塞泵、水磨機、球磨機等設(shè)備，以及預(yù)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(shè)備和地面的清洗過程。沖洗水中的污染物主要是各設(shè)備中殘余的預(yù)熔渣物料、藥劑、成品等多種物質(zhì)。煉鋼保護渣生產(chǎn)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(yōu)化產(chǎn)品性能的同時，也造成沖洗廢水成分復(fù)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(shù)目眾多的懸浮物質(zhì)。水噴淋塔廢水是預(yù)熔渣工序中，處理造粒塔廢氣所產(chǎn)生的廢水。麻石水膜除塵水是預(yù)熔料工序中，對預(yù)熔爐廢氣采用麻石水膜法除塵后產(chǎn)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(xù))

表2 實驗用藥品

1.2 實驗步驟

(1)對煉鋼保護渣生產(chǎn)廢水進行靜置過濾處理；

(2)用量筒量取100 mL經(jīng)過預(yù)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(fù)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(jié)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(yīng)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(xiàn)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(jīng)3組實驗對照發(fā)現(xiàn)，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(fā)現(xiàn)，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(fā)現(xiàn)，自第18組實驗出現(xiàn)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(xiàn)溶液再穩(wěn)現(xiàn)象的趨勢。本次實驗探究發(fā)現(xiàn)，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(fù)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(yè)常用復(fù)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(jīng)攪拌后靜置處理。對處理后溶液進行觀察，水體出現(xiàn)較為明顯的分層現(xiàn)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(fù)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(fā)現(xiàn)第19組的效果遠好于第20組。為避免是偶然現(xiàn)象，以另一種投加藥量為不變條件，再次進行實驗。若實驗結(jié)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(jié)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?qū)嶒?/p>

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(fù)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(jié)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(jié)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(jīng)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(jīng)實驗研究發(fā)現(xiàn)，絮凝處理對廢水有一定的脫色效果。廢水經(jīng)處理后顏色變淺，水體有明顯的分層現(xiàn)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(zhì)進行脫色處理。

表6 廢水脫色試驗

實驗23廢水色度未發(fā)生變化，實驗24和實驗25廢水色度均發(fā)生降低。經(jīng)實驗結(jié)果對比發(fā)現(xiàn)，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(fā)現(xiàn)，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(jīng)絮凝和脫色處理后，色度已符合污水處理廠進廠標準。

經(jīng)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(jié)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(jīng)過多次實驗，確定了聚合氯化鋁和聚丙烯酰胺的復(fù)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(chǎn)廢水中先投加12 mL PAC(質(zhì)量分數(shù)為5%)和8 mL PAM(質(zhì)量分數(shù)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。