冶煉廢水處理系統的設計與應用

聶勇民

(山西太鋼工程技術有限公司，山西 太原 030009)

0 引言

某鋼鐵企業冶煉廢水主要分為冶煉區廢水和軋鋼區廢水，這些廢水是來自多個生產區域的排污水。由于生產工藝的不同，水質主要指標波動較大，其中冶煉、軋鋼廢水采用絮凝沉淀、加壓氣浮、過濾及壓濾處理后,水質達到農田灌溉水質標準回用于生產，本文介紹該廢水處理工程有關的設計和應用情況。

1 水質、水量及工藝設計

1.1 水質與水量

冶煉廢水水源較為復雜，包括轉爐煙氣凈化、軋鋼輥道、軋線設備和高爐煤氣洗滌等工藝排水。使用后的水不僅溫度升高，而且含有懸浮物、氧化鐵皮和油，另外還混有一定量的生活水。廢水排放量為60 000 m3/d～61 880 m3/d,設計處理水量為80 000 m3/d，處理后出水水質執行GB13456-2012《鋼鐵工業水污染物排放標準》表3中鋼鐵聯合企業的一級標準、GB5084-2005《農田灌溉水質標準》中的旱作標準與廠區回用水指標。設計進水水質和排放標準見表1。

表1 設計進水水質和排放標準

1.2 廢水處理工藝

根據冶煉廢水的水質特性和工程經驗，本工程采用沉淀-氣浮-壓力過濾為主體的處理工藝。廢水處理采用的工藝流程如圖1所示，廢水進入沉砂池、旋轉式固液分離器用泵提升至沉淀反應池，沉淀后進入輻流沉淀池繼續沉淀處理，上清液進入氣浮反應池進行固液分離，回收廢水中的懸浮油和乳化油，上清液用泵打到高速過濾器進行過濾，余壓水流至循環水池回用。輻流沉淀池底部沉泥濃縮壓濾后回用外運至燒結，上清液、濾液匯至沉淀反應池。高速過濾器過濾反洗排水回流至輻流沉淀池處理。

圖1 廢水處理工藝流程

2 廢水處理技術說明

2.1 沉淀

沉淀池是利用水流中懸浮雜質顆粒向下沉淀速度大于水流向上流動速度或向下沉淀時間小于水流流出沉淀池的時間時能與水流分離的原理實現水的凈化。理想沉淀池的處理效率只與表面負荷有關，即與沉淀池的表面積有關，而與沉淀池的深度無關，池深只與污泥貯存的時間和數量及防止污泥受到沖刷等因素有關。而在實際連續運行的沉淀池中，由于水流從出水堰頂溢流會帶來水流的上升流速，因此沉淀速度小于上升流速的顆粒會隨水流走，沉淀速度等于上升流速的顆粒會懸浮在池中，只有沉淀速度大于上升流速的顆粒才會在池中沉淀下去。而沉淀顆粒在沉淀池中沉淀到池底的時間與水流在沉淀池的水力停留時間有關，即與池體的深度有關。理論上講，池體越淺，顆粒越容易到達池底，為了使沉淀池中沉淀速度略大于上升流速的顆粒沉淀下去和防止已沉淀下去的污泥受到進水水流的擾動而重新浮起，故而在沉淀區和污泥貯存區之間留有緩沖區，使這些沉淀池中沉淀速度略大于上升流速的顆粒或重新浮起的顆粒之間相互接觸后再次沉淀下去。用戶使用后的直接冷卻水經沉砂池、固液分離器通過泵提升至沉淀反應池，大顆粒懸浮物在沉淀池中與水分離得以去除，廢水經分配槽流至輻流沉淀池，投加混凝劑后，大部分懸浮物在凝結和沉淀的共同作用下，與水分離得以去除。池底沉渣經濃縮后通過污泥泵打到壓濾機壓濾成含水40%的泥餅，污泥采用加藥混凝二次沉淀處理工藝。上清液經泵提升至沉淀反應池繼續處理。

2.2 氣浮

氣浮處理法就是向廢水中通以空氣，并以微小氣泡形式附著在懸浮物顆粒上，使廢水中的乳化油、微小懸浮顆粒等污染物質粘附在氣泡上，造成密度小于水的狀態，利用浮力原理使其浮在水面，從水中析出成為載體，使難沉的固體顆粒或細小的微粒被許多小氣泡吸附，成為絮凝體，借氣泡上浮力，絮凝體或顆粒被帶到水面上來，形成泡沫、氣水、顆粒(油)三相混合體，水中活性劑的含量、水的硬度、懸浮物的濃度都與氣泡的粘附強度有著密切的聯系。顆粒粘附氣泡后，形成表觀密度小于水的絮體而上浮到水面，形成浮渣層被刮除，從而實現固液或者液液分離的過程，通過除泡沫或浮渣達到分離雜質凈化廢水的目地。氣浮法是一種替代沉淀的方法。

2.3 過濾

氣浮反應池上清液經泵加壓后，通過壓力過濾有效地去除水中懸浮物，其原理是利用過濾介質兩側壓強不同，此壓差即為過濾的推動力，廢水在推動力的作用下通過微細孔道，使微粒物質及膠狀物質被介質阻截而不能通過，介質截留的顆粒物物質本身同樣起過濾介質的作用，在一定壓力下，使原液通過該介質去除雜質，從而達到過濾的目的。過濾器內裝的填料一般為石英砂，當含有懸浮雜質的水進入過濾器后，濾料表面會產生一層濾膜，可以對懸浮雜質形成吸附作用，以達到去除水中懸浮雜質的目的，從而使廢水可以進一步凈化，達到回用水的要求。隨著過程進行濾層增厚，水流的阻力也將增加，使水流量下降，對此可采用反沖洗法，以清水洗滌過濾介質，從中去除被截留的固體物質。從系統實際運行情況來看，懸浮物、總硬度控制較好，但是，在系統的末端存在油泥沉積、冷卻塔填料積泥嚴重等問題[1]。針對該系統出現的問題，應從系統水質改善方面進行優化設計。

2.4 加藥

在廢水處理沉淀反應池加藥環節中，水處理藥劑主要作用是控制水垢、污泥的形成，減少與水接觸的材料的腐蝕，除去水中的懸浮固體和有毒物質，除臭脫色，軟化和穩定水質等。所加藥劑分為絮凝劑、阻垢劑、緩蝕劑、殺菌劑、消泡劑和清洗劑等，具體如明礬、氯、硫酸鐵、三氯化鐵和聚合氯化鋁等。低成本的綠色水處理藥劑是水處理運行實現低成本的重要環節。

3 相關分析

3.1 工藝流程優化及效果分析

為發揮工藝流程優勢，挖掘系統經濟運行潛力，增加了12臺高速過濾器，對系統水處理藥劑投加量進行周期性試驗調整，通過水質變化趨勢以及出泥情況以及旋轉式固液分離機泥渣變化情況進行綜合分析，掌握藥劑調整的合理性。

3.2 水處理藥劑調整方案

為了不影響旋轉式固液分離機、沉淀反應池處理效果，具體采取了以下方案：

(1) 對PAC[2]的投加量進行周期性定量調整，分三個周期實施，每期7天，每期第一天將PAC投加量一次性減少10袋；連續觀測、記錄系統水質變化以及運行情況。

(2) 減少固體碳酸鈉的投加量，根據系統總堿度變化情況，及時調整固體碳酸鈉的投加量，將堿度控制在100 mg/L～150 mg/L，若總堿度指標超過200 mg/L，停止投加固體碳酸鈉。

(3) PAM、緩蝕阻垢劑暫不做調整，藥劑投加方式及投加位置不變。

3.3 水質變化分析

水處理優化運行半年后，通過對水處理藥劑的合理調整，系統中SS、石油類等重要水質指標全面提升。SS和OIL指標控制穩定在34 mg/L和3.2 mg/L左右，重要水質指標優化明顯。

4 工程運行效果

廢水系統優化后，水質穩定，解決了堿度指標超標帶來的補充新水置換的問題，在節約水處理劑的同時，也增大了高速過濾器反洗水處理后的回用量，處理污水量690萬噸，75%回用，減少外購新水520萬噸，每噸水節約資金1.5元(除去水處理成本)，節約資金780萬元。減少懸浮物1 145噸、油233噸。冶煉廢水的建成投產，實現了經濟、環境、社會效益的統一。