钢铁企业综合废水处理技术及其工程化应用

[摘要]本文主要结合某钢厂综合废水实际情况，选择确定“预调节池+高密度沉淀+V型滤池”的综合废水处理工艺，使之达到回用需求标准，以实现钢铁工业综合废水的资源化合理利用。生产实践证明：该工业综合废水回用水处理工艺技术是先进的、可靠的，具有工艺简单、成本低、处理效果好等特点；探索的运行管理经验是成功、可行的，具有应用推广价值。

[关键词]钢铁、综合废水、高密度沉淀、V型滤池

中图分类号：X703文献标识码： A

1.钢铁工业综合废水的产生及特点

钢铁厂的综合废水主要来源于浊循环水系统的排污水和冷轧、硅钢、焦化等经单独处理后达标排放的特种工业废水以及少部分生活污水、雨排水等。

钢铁企业综合废水一般具有以下主要污染物：浊度、COD、硬度与碱度、油类、盐类等。

另外，基于综合废水的来源，排污水量和水质随生产周期、季节的变化而变化，波动较大。一般在生产高峰和夏季，由于循环水系统用水量、蒸发量增大，导致系统的排污水量增加。再者，由于各排水点排放污废水时间不尽相同，水质变化大也是其一大特点之一，表1是国内几家有代表性的钢厂综合废水的主要水质参数表。

表 1国内钢厂综合废水水质参数举例表

钢厂 PH 浊度 电导率 总硬度 碱度 氯化物 全铁 油 CODcr

NTU μS/cm-1 mg.L-1 mg.L-1 mg.L-1 mg.L-1 mg.L-1 mg.L-1

A

B

C 7~8

7.8~8.8

1.14 30~40

37~244

45

614~669

/ 1200

194~282

325 130

50~120

171 280

/

464 3~6

4.8~18.8

0.36 5~10

0.1~1.2

/ 30~40

30.4~108

114.2

D 6~9 200 2000 500 200 300 0.4 10 150

2. 钢铁工业综合废水处理工艺选择的关键机理分析

用BOD5/CODcr值评价污水的可生化性是广泛采用的一种最为简易的方法，一般情况下，BOD5/CODcr值越大，说明污水可生物处理性越好， BOD5/CODcr值小于0.2时，就不宜采用生物降解的方法来处理。钢铁工业综合废水的实测原水水质BOD5与CODcr的比值一般为0.15左右，表明该废水的可生物降解性差，因此生物法在处理该废水难度较大，宜采用物理化学方法处理。悬浮固体通过混凝、沉淀、过滤等物化法去除率可以达到98%以上；COD、BOD5、色度、铁、油类等指标可通过物化法去除；总硬度，可以通过投加石灰降低水中的暂时硬度从而降低总硬度；大肠杆菌等可以通过投加消毒剂得到降低。为调节水质的波动，进水构筑物前应设置调节池。混凝、沉淀加过滤工艺的关键是混凝。

3. 钢铁工业综合废水处理工艺设计

3.1 水质、水量特征及要求

某钢厂综合废水排放口水量为Q=19.2万m3/d，汇集炼钢、轧钢、制氧等生产工序和其它附属厂的合流污废水以及附近企业的生产废水和生活污水及雨排水。该综合废水成分复杂，主要污染源为SS、CODcr、硬度、油类及铁等；另外，由于各排水点排放污废水时间不尽相同，水质变化大也是其一大特点之一，具体设计水质指标详见表2,实际运行水质数据详见表3。废水处理规模按Q=8000m3/h（Q=19.2万m3/d），考虑到滤池的反洗废水和污泥脱水后的滤后水回流到进水调节池：工艺的小时处理流量按Q=8320m3/h考虑；处理后符合要求（见表2）的水进入某钢厂生产水管网，回用于生产。

表2 综合废水闭环利用设计水质指标分析

项 目 PH SS CODcr BOD5 油 总碱度 总硬度 全铁 大肠杆菌

mg.L-1 mg.L-1 mg.L-1 mg.L-1 mg.L-1 mg.L-1 mg.L-1 CFU/mL

进水 8~10 200 100 60 10 200 200 5 106

回水 6.5~8.5 5 30 10 2 150 130 1 103

表3综合废水闭环利用实际运行来水水质分析

项目 PH SS CODcr 油 总碱度 电导率 镁硬度 钙硬度 全铁

mg.L-1 mg.l-1 mg.L-1 mg.L-1 μS/cm mg.L-1 mg.L-1 mg.L-1

最大值 8.8 244 107.9 2.244 120 803 68 214 18.8

最小值 7.8 37 30.44 0.133 50 660 46 148 0.61

平均值 8.4 146 49.56 2.04 99 732 60 175 10.44

3.2 工艺流程的选择确定

经综合分析比较,本项目综合废水采用物理化学处理工艺，其流程确定为:各有关污废水经已有排放渠汇集，由新建拦水坝拦截，经由新建废水进水明渠流入综合废水处理厂，首先通过粗/细格栅进入提升泵站的吸水井，由潜水泵一次提升进入调节池，均质均量后的水经巴氏计量槽自流入前混凝与配水构筑物，经混凝后的水通过配水渠进入高密度沉淀池，沉淀后水进入后混凝反应池，经混凝反应后进入V型滤池，滤后水自流入回用水池，最后由泵加压送至某钢厂供水管网作为生产用水；高密度沉淀池的上浮油经撇油装置进入储油池；高密度沉淀池和储油池的沉淀污泥分别由其底部的污泥泵打至污泥混合池,混合后的污泥由进泥泵送入板框压滤机,再进行脱水过滤,含固率大于40%的泥饼经由污泥溜槽至地面污泥堆场,定期外运；板框压滤机滤布定期高压水冲洗；V型滤池定期用鼓风机和水泵进行气水反冲洗；板框压滤机冲洗废水和污泥脱水的滤后水回流到进水提升泵站的吸水井再次处理。工艺流程图见图1。

图1 工艺流程图

3.3 主要处理构筑物及其设计参数的确定

处理构筑物及其设计参数的合理选择是确保钢铁工业综合废水回用处理正常运行的关键。

3.3.1 格栅、提升泵站和调节池

本项目设有两条格栅渠道（宽度2m），每条格栅渠道的过水能力为4000m3/h，在一条检修时，另一条格栅和渠道仍然可通过8000m3/h的流量。在每条渠道上设置两级机械自动格栅，粗格栅栅隙25mm，细格栅栅隙10mm，格栅具有机械自动清洗功能，栅渣输送采用皮带输送机，格栅在自动状态下受时间以及格栅前高水位开关控制.

在调节池前部的取水井内安装潜水泵，用于提升污水至配水结构。潜水泵设置5台，4台工作，1台备用，其中设2台变频调速泵，当水泵启动时，进行流量调节，将输送到高密池的流量波动减到最低程度；水流在配水结构内均匀分成两股，随后经两道进水渠自重流入调节池；调节池的作用在于均质均量，将下游处理的流量和水质变化减到最低程度，调节池内设有水下搅拌装置，以防止沉积物沉淀。

3.3.2 前混凝

混凝的混合阶段是整个混凝过程的重要环节，目的在于使投入水中的混凝剂能迅速而均匀地扩散于水体，使水中的胶体脱稳，提高凝聚效果。本项目采用机械混合方式，进水方式采用底进上出以避免搅拌机在运行时受进水影响，混凝剂的投加量根据进水量的测量值按比例投加。

3.3.3 高密度沉淀池

本项目采用高效、改进型的高密度沉淀池技术（见图2）。它是一种采用斜管沉淀及污泥循环方式的快速、高效的沉淀池，主要由三部分组成：反应区、预沉-浓缩区以及斜管分离区，是集絮凝、预沉、污泥浓缩、浓缩污泥回流、斜板分离于一体的高效沉淀池。它具备了斜管沉淀池、机械搅拌澄清池的优点,具体表现在：表面负荷高（反应区的SS高达几千ppm）、效率高（上升流速一般在10~35m/h之间）、节约用地（为常规沉淀技术的1/4~1/10）、减少药剂投加量（由于污泥回流可以回收部分药剂，而且循环使得污泥和水的接触时间较长，其耗药量低于其他的沉淀装置）、排泥干度高（排泥浓度在20~100g/l，在石灰软化时可以高达150g/l，完全满足直接脱水的要求，无需再建浓缩池）、水量损失较低(由于外排污泥的浓度较高，其带走的水量也相对较少，和常规静态沉淀池相比，沉淀池的水量损失非常低)、降低初期投资成本和运行成本等等。

图2 高密度沉淀池示意图

3.3.4 后混凝

来自高效沉淀池的出水在进入滤池之前，须进一步混凝反应，以增强滤池的过滤效果和延长过滤周期。

3.3.5 滤池组

本项目采用“V”型滤池（见图3）。后混凝池的出水经一个水渠引入过滤单元，然后通过一个位于上游的堰，在滤池之间的配水渠进行均匀的配水。水流从池体上部进入滤池，各个滤池有两个进水孔，其中一个孔可由自动闸板关闭（称为交叉扫洗限流闸板）。滤头均匀地分配在滤板上，以确保滤砂中的水得以合理过滤，从滤池出来的滤后水流入位于滤廊下面的大水渠。在水渠出口完成次氯酸钠消毒的投加。

1.进水渠道，2.V形进水槽，3.滤床,4.带滤头的滤板,5.滤后水集水槽,6.反冲洗排水渠

7.反冲洗排水阀,8.反冲洗进水口,9.反冲洗进气口,10.反冲洗布水孔,11.滤后水出水

图3 “V”型滤池示意图

3.3.6 清水池及加压泵站

经处理后符合要求的清水自流入清水池储存，由加压泵站内的清水泵连续送用户使用。本项目清水池设置于滤池底层，清水池容积4000m3，2格。回用水泵设置于滤池的反冲洗泵房内，水泵采用大小泵配合调节方式，

3.3.7 污泥脱水

本采用板框压滤机脱水。来自高密度沉淀池浓缩段的剩余污泥，泵送到板框压滤机脱水。脱水系统设计为每天工作24小时，每周工作7天，三套压滤机（两用一备）处理设计产生的污泥量。板框压滤机的一个工作周期为2.5小时,每天各工作十个周期。

3.3.8 化学药剂处理

在钢铁工业综合废水处理回用过程中，仅有物理过程是远远不够的，根据物理处理工序的需要，必须选择合适的加药化学处理，药剂种类的选择、投加量、投加地点、投加方式须根据污水水质、回水水质要求和处理工艺确定。本项目采用两级混凝处理工艺，前混凝使用石灰、聚合硫酸铁和聚丙烯酰胺，后混凝使用聚合硫酸铁和硫酸，最终处理出水的消毒剂处理使用次氯酸钠（详见表4）。

表4 某钢厂综合废水回用处理利用工程使用的化学药剂

序号 药品名称 规格

1 聚合硫酸铁溶液PFS 铁含量＞9%，密度为1.35

2 高分子有机絮凝剂PAM 颗粒尺寸：＜2mm

3 熟石灰Ca(OH)2 粉末，纯度≥92%，密度为0.45

4 浓硫酸H2SO4 浓度98%，密度1.83

5 杀菌剂NaClO 淡黄色液体，含氯量＞150g/L

3 运行现状评价分析

本钢厂综合废水回用处理的主要功能是去除污水中的悬浮物、有机物、油和暂时硬度。根据处理出水回用的范围，相关的水质标准有《工业循环冷却水处理设计规范（GB50050―95）》，《工业用水软化除盐设计规范（GBJ109―87）》，《城市污水再生利用 工业用水水质标（GB/T19923-2005）》和《工业用水软化除盐设计规范（GBJ109―87）》等。表5详细列出了某钢厂综合废水回用处理工程处理出水的水质，表6列出了出水水质与用水标准值比较情况。

表5综合废水闭环利用实际运行回水水质分析

水样 PH SS CODcr 油 总碱度 电导率 镁硬度 钙硬度 全铁

mg.L-1 mg.L-1 mg.L-1 mg.L-1 μS/cm mg.L-1 mg.L-1 mg.L-1

1 7.56 3 14.37 0.024 50 670 78 130 0.35

2 7.35 4 21.19 0.205 50 679 68 130 0.248

3 8.52 2 10.38 0.069 40 680 50 186 0.28

4 9.21 3 12.34 0.25 50 676 68 110 0.3

5 8.08 3 13.28 0.367 60 755 64 180 0.406

6 8.43 4 10.71 0.103 30 745 48 124 0.368

7 7.79 3 12.32 0.262 60 665 64 132 0.382

8 7.43 3 10．87 0.894 70 721 74 178 0.33

9 6.83 3.0 19 0.302 30 718 68 162 0.144

平均值 7.9 3 13.8 0.28 48.9 671 65 148 0.312

表6出水水质与用水标准值比较

序号 控制项目 再生水用作循环冷却水标准

≤ 离子换

进水标准

≤ 工艺与产品用水

≤ 某钢厂综合废水处理厂出水水质设计值

≤ 某钢厂综合废水处理厂出水

实际运行值 某钢厂综合废水处理厂出水

实际运行均值

1 pH值 6.5~8.5 6.5-8.5 6.5~8.5 7.2~9.2 7.9

2 SS（mg/L） - 5 2~4， 3

3 浊度（NTU） 5

4 色度 30 30

5 BOD5（mg/L） 10 10

6 CODCr（mg/L） 60 3 60 30 10.4~21.2 13.8

7 铁（mg/L） 0.3 0.3 0.3 1 0.15~0.41 0.312

8 锰（mg/L） 0.1 0.1 0.1

9 氯离子（mg/L） 250 250 160~180 170

10 二氧化硅（mg/L） 50 30

11 总硬度（以CaCO3计mg/L） 450 450 130 115~258 213

12 总碱度（以CaCO3计mg/L） 350 350 150 30~79 48.9

13 硫酸盐（mg/L） 250 250

14 氨氮（以N计mg/L） 10① 10

15 总磷（以P计mg/L） 1 1

16 溶解性总固体（mg/L） 1000 1000

17 石油类（mg/L） 1 1 2 0.02~0.9 0.28

18 阴离子表面活性剂 0.5 0.5

19 余氯（mg/L） 0.05② 0.1~0.3 0.05

20 粪大肠菌群（个/L） 2000 2000

注：①当敞开式循环冷却水系统换热器为铜质时，循环冷却水的氨氮指标应小于1mg/L。

②加氯消毒时管末梢值。

③对流再生时，离子交换柱 进水浊度

由表5和表6可以看出，本项目出水水质指标平均值除总铁外基本能达到循环冷却水系统、离子交换软化/脱盐系统、工艺与产品用水水质国家标准要求，PH、悬浮物、浊度、COD、总碱度和油也都达到设计出水标准要求，但总硬度并没有达到出水设计控制指标的130mg/L，出水铁含量虽然达到设计出水水质控制指标，但仍然超过国家再生水回用标准的0.3mg/L。因此，还需结合某钢厂的实际用水情况，在现有水处理工艺基础上，对与此相关的化学药剂处理方面进行优化，使所有出水水质控制指标满足国家标准和设计出水标准要求。