PVA凝膠球在高爐煤氣洗滌水處理工藝中的應用

郭海寧，丑鵬飛，楊 柳

（沙鋼集團有限公司，江蘇張家港 215600）

引言

高爐煤氣洗滌水是煉鐵工序清洗和冷卻高爐煤氣過程中產生的一種廢水，廢水成分復雜，含有大量的懸浮物、酚氰、硫化物、無機鹽以及鋅金屬離子等。為解決高爐煤氣洗滌循環水的水質穩定問題，國內學者［1-2］對循環水結垢、腐蝕問題開展了大量的研究工作，并提出了相關建議措施。但隨著煤氣洗滌水循環次數增加，電導率富集，系統腐蝕、結垢的風險增加；同時，煤氣洗滌水水質COD、氨氮、總氮濃度較高。因此，高爐煤氣洗滌循環水安全、環保隱患凸出，如何開路處理是一個值得研究的課題。

日本某公司在傳統聚乙烯醇（PVA）載體基礎上成功研發的PVA 凝膠小球，是一種親水性好、具有良好細菌棲息性的新型微生物固定化載體，具有容積負荷高、CODCr 及TN 去除率高等明顯的技術優勢，在生活污水、印染廢水、果汁廢水等廢水處理方面取得了相關成果［3-4］，但在冶金行業高爐煤氣洗滌水處理上的應用少有報道。

對此，本文對沙鋼高爐煤氣洗滌水預處理PVA凝膠球的應用進行分析和總結，以期為鋼鐵行業高爐煤氣洗滌水處理的研究與工程應用提供參考。

1 工程概況

1.1 煤氣洗滌循環水系統概況

沙鋼5 800 m3高爐為國內最大型高爐，設計年產鐵 450 萬 t，于 2009 年投產；3 座 2 680 m3高爐設計年產鐵650萬t，于2005年全部投產。為降低煤氣含塵量，早期配套建設2套高爐煤氣洗滌循環水系統，循環水量合計約5 000 m3/h。

煤氣洗滌循環水系統通過投加液堿、緩蝕阻垢劑以及混凝絮凝劑，以降低鋅含量、減緩系統腐蝕和控制系統懸浮物。隨著循環水系統無限循環，電導率、氯離子、氟化物、COD、氨氮、總氮等水質指標濃度過高，不符合安全環保生產需求。因此，在場地緊張的情況，需采用高負荷處理技術對高爐煤氣洗滌循環水進行處理，確保其出水符下游工序接收標準。

1.2 設計進出水水質

設計水質參數見表1。

表1 高爐煤氣洗滌水預處理裝置設計進出水水質

1.3 工藝流程圖

工藝流程見圖1。

圖1 高爐煤氣洗滌水預處理裝置工藝流程圖

2 工藝簡介

2.1 工藝原理簡述

高爐煤氣洗滌水原水首先進入閉式冷卻塔進行降溫，閉式冷卻塔放置于調節池之上，僅占有少量高度空間，降溫后的廢水自流進入調節池；調節池廢水通過提升泵進入混凝沉淀池，池內加入液堿、脫氟藥劑、PFS/PAM 進行混凝沉淀，將水中的重金屬離子、氟離子、懸浮物等物質分離，降低生化系統壓力；經混凝沉淀后的廢水自流進入PVA 反硝化池和PVA 硝化池，池內投放PVA 凝膠球取代傳統的活性填料，適當投加營養源劑、定期投加耐鹽菌種和調配硝化液回流比，從而進行高效的反硝化和硝化反應，出水進入后續的二級A 池再次進行反硝化脫氮，最終出水采用MBR 膜工藝進行泥水分離，取代常規的二沉池設計，減少占地面積，得到澄清并符合設計的出水。

2.2 構筑物和設備參數

構筑物和設備參數見表2。

表2 高爐煤氣洗滌水預處理裝置構筑物和設備參數

2.3 系統調試及運行結果

調試期間，將PVA 凝膠球、污泥以及耐鹽菌種投放到PVA 反硝化池、PVA 硝化池以及MBR 膜池，經過不斷提高運行負荷，培養、馴化微生物，反硝化池PVA 凝膠球最終呈黑色，說明球內寄存了大量的厭氧菌；硝化池PVA 凝膠球最終呈黃色或者棕色，說明球內寄存了大量好氧菌。具體外貌見圖2。

圖2 PVA凝膠球外觀形貌

預處理COD進出水質情況如下：

由圖3知，原水進水水質COD 在500～850 mg/L。0～6天PVA硝化池出水COD在800 mg/L，出現反彈，主要是曝氣反映階段物質溶解所致；9～36 天，COD濃度由570 mg/L 降至120 mg/L，去除率達到80%，COD 容積負荷達到1.3 kg/（m3·d）；36 天后，COD 出水穩定在120 mg/L 以下。MBR 膜池出水COD 穩定在80 mg/L以內，去除率約85%。

圖3 COD進出水濃度及去除率

預處理氨氮進出水質情況如下：

由圖4 知，原水進水水質氨氮在300～500 mg/L。PVA 硝化池出水氨氮持續下降，主要是引入污泥中存有大量硝化菌；15 天后，氨氮濃度處理到5 mg/L，去除率約99%。MBR膜池出水穩定在5 mg/L以內。

圖4 氨氮進出水濃度及去除率

預處理總氮進出水質情況如下：

由圖5 知，原水進水水質總氮在350～500 mg/L。PVA 反硝化池出水總氮含量在碳源及時投加情況下持續下降，36 天后，總氮濃度由480 mg/L 降至51 mg/L，去除率約89%；最終二級反硝化池出水穩定在10 mg/L以內。

圖5 總氮進出水濃度及去除率

預處理氟化物進出水質情況如下：

由圖6 知，原水進水水質氟化物在20～30 mg/L，在投加脫氟藥劑情況下，去除效果明顯，混凝沉淀池出水穩定在10 mg/L以內，去除率60%以上。

圖6 氟化物進出水濃度及去除率

3 小結

通過實踐，發現PVA 凝膠球+活性污泥法適用于高爐煤氣洗滌水的預處理。PVA 硝化池COD 容積負荷達到0.8～1.0 kg（/m3·d），COD 出水穩定在120 mg/L 以下，氨氮去除率99%，出水低于5 mg/L。PVA 反硝化池總氮去除率約89%，二級反硝化出水總氮低于10 mg/L?；炷恋沓胤锶コ?0%以上，出水低于10 mg/L。