鋼鐵廠軋鋼冷卻水氣浮實驗研究

范廷玉　王　順

摘 要：針對鞍山鋼鐵公司熱軋冷卻水氣浮處理工藝中出現(xiàn)絮體懸浮且出水水質(zhì)不達標的問題，進行了多組氣浮實驗，調(diào)整了藥劑投加量及水力條件，出水水質(zhì)能夠穩(wěn)定的達到鋼鐵工業(yè)軋鋼水出水標準。實驗結(jié)果表明：選定聚合氯化鋁（PAC）、聚合氯化鐵（PAF）作為絮凝劑，聚丙烯酰胺（PAM）作為助凝劑，表面活性劑選用十二烷基苯磺酸鈉和油酸鈉。500 mL廢水中，確定濃度10%比例4∶1的PAC∶ PAF1.25 mL，0.1%PAM1 mL, 濃度1.25%、比例4∶1的油酸鈉∶十二烷基苯磺酸鈉0.5 mL作為最佳投加量；確定攪拌強度1 000~1 200 r/min，攪拌時間5~8 s為氣浮最佳水力條件。

關(guān)鍵詞：氣浮；最佳條件；工業(yè)水標準

中圖分類號：X703.1文獻標識碼：A文章編號：1672-1098(2008)01-0001-05

收稿日期：2007-09-04

基金項目：安徽理工大學(xué)青年科學(xué)研究基金資助項目（GD267）；安徽理工大學(xué)碩、博士基金資助項目

作者簡介：范廷玉（1982-），女，江蘇灌云人，碩士，主要從事水處理技術(shù)方面的研究。

Experimental Study on Air Flotation of Cooling Water for

Rolling Steel in Steel Works

FAN Ting-yu，WANG Shun

(School of Earth Science and Environmental Engineering, Anhui University of Science and Technology，Huainan Anhui 232001,China)

Abstract: In order to resolve the problems that floc occurrence in cooling water for rolling steel in air flotation process in Anshan Steel Company and effluent water quality doesnt meet demands of standards,many series of experiment were done.Bychanging dosage of flocculating agents and hydraulic conditions,effluent water quality stabilizes and meets standards for water emission from rolling steel in steel industry.Results of the experiments indicate that the optimal dosage of flocculating agents and concentration are per 500 mL waste water 1.25 mL 10% PAC∶PAF=4∶1;1 mL 0.1% PAM; 0.5 mL 1.25% sodiumoleate∶AR=4∶1.The optimal hydraulic conditions are mixing rate 1 000～1 200 r/min, and mixing time 5~8 seconds.

Key words: air flotation；optimal operation conditions；effluent-quality standards

軋鋼廠熱軋廢水是直接冷卻軋輥、軋輥軸承等設(shè)備及軋件時產(chǎn)生的廢水，其特點是含有大量的氧化鐵皮，同時用水量大，使用后溫升較高。目前，國內(nèi)外針對熱軋廢水的特點，主要采用混凝氣浮、沉淀、混凝沉淀、機械除油、過濾、冷卻等物理方法［1］，具體處理方案的選擇由廢水的水質(zhì)、場地面積、處理投資等綜合決定。處理后的廢水一般均能循環(huán)利用。

鞍山鋼鐵公司是國家大型鋼鐵企業(yè)，擁有多個軋鋼廠，熱軋廠軋鋼冷卻水由于廠用地面積的限制，無法采用混凝沉淀的方法，2005年廠方經(jīng)招標采用絮凝氣浮工藝處理軋鋼水，處理后循環(huán)使用，氣浮設(shè)備采用進口凹渦氣浮技術(shù)，靠高速旋轉(zhuǎn)的渦旋葉片剪切水體達到產(chǎn)生大量氣泡和混合藥劑的目的，并且整套氣浮設(shè)施占地面積小，投藥量可比沉淀法投藥量減少20%。但在實際運行中，原有的絮凝劑及助凝劑投加量不能滿足軋鋼水水量和水質(zhì)的變化，出水水質(zhì)不穩(wěn)定，出水中有絮體下沉或懸浮，達不到SS＜50 mg/L的排水標準［2］，為了克服該廠目前的混凝劑和助凝劑不能滿足該廠用水水質(zhì)要求的缺點，決定調(diào)整現(xiàn)有氣浮設(shè)備混凝劑的投加量以及進行新型助凝劑的篩選實驗工作。

1 材料與方法

1.1 水質(zhì)特點

軋鋼冷卻水中主要含有氧化鐵細小顆粒，特征污染物為懸浮物，SS為200~500 mg/L， pH值為7左右，COD為10~30 mg/L，其中COD和pH值已經(jīng)達到回用水的標準，在處理中僅需采取措施使出水懸浮物濃度達到回用標準SS＜50 mg/L即可。

1.2 實驗方法

在若干潔凈的1 000 mL燒杯中各加入原水500 mL，分別投加適量的混凝劑或助凝劑，采用六聯(lián)攪拌機按照一定的攪拌強度進行混合攪拌，靜置一定時間，同時觀察絮體的形成和氣浮效果，并測定水樣的懸浮物濃度（SS）。

1.3 實驗設(shè)備

試驗設(shè)備包括：六聯(lián)攪拌機，攪拌葉片尺寸為20 mm×60 mm，烘箱，真空泵，布氏漏斗，

電子天平，濁度測定儀等。

2 結(jié)果與討論

2.1 絮凝劑的選擇

聚合氯化鋁、聚合氯化鐵是水處理中常用的凝聚型絮凝劑，鐵、鋁氫氧化物既有吸附水中離子而產(chǎn)生雙電層的憎水膠體的特性，又有吸附厚的水分子層產(chǎn)生類似膠凝的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的親水膠體的特性，且聚鋁、聚鐵容易制得，因此選用這兩種藥劑作為絮凝劑。

在相同的攪拌強度、攪拌時間條件下，將一定量的聚鋁、聚鐵單獨與組合使用，進行混凝試驗，靜置觀察，絮凝效果如表1所示。表1 PAC、PAF單獨使用與組合使用絮凝效果

混凝劑礬花情況氣泡情況沉淀速度PAC大量礬花形成，并迅速變大產(chǎn)生大量大氣泡，附著在絮體上，易破裂下沉較慢，有少量上浮，最終下沉PAF礬花細小，絮凝速度慢沒有氣泡幾乎無礬花沉降，懸浮其中PAC+PAF大量礬花形成，并迅速增大產(chǎn)生大量小氣泡，附著在絮體上，易破裂下沉緩慢，部分上浮，部分下沉由表1可知，從氣浮效果來看：向軋鋼水中單獨投加聚鋁、聚鐵的絮凝效果均沒有同時投加二者的效果好。從生成礬花情況來看，投加PAF的水樣較投加PAC和PAC、PAF混合投加的水樣，不僅礬花生成速度慢而且形態(tài)細??；從氣泡情況來看，投加PAC的水樣和投加PAC、PAF的水樣均能產(chǎn)生大量氣泡，前者的氣泡大，后者氣泡小，附著在絮體上，但易破裂。PAC具有效率高、絮凝體大的優(yōu)點，但適用的pH、水溫范圍窄，而PAF的適用pH值為4~11、水溫范圍寬，且用量小，二者同時使用可以提高絮凝效果，因此對該廢水同時投加PAC和PAF兩種混凝劑。

在相同的攪拌強度、攪拌時間下，向水樣中投加不同比例濃度為10%PAC、PAF混合藥劑，進行混凝試驗，靜置觀察絮凝效果如表2所示。表2 不同比例PAC、PAF絮凝效果

混凝劑比例

PAC∶PAF礬花情況氣泡情況沉淀速度2∶1形成迅速，礬花大產(chǎn)生少量氣泡，附著在絮體上，易破裂很快下沉3∶1形成速度快，礬花大產(chǎn)生較多氣泡，附著在絮體上，易破裂下沉速度較慢，最終下沉4∶1形成速度快，礬花較大產(chǎn)生大量較大氣泡，附著在絮體上，易破裂下沉速度慢，部分下沉、部分懸浮

由表2可以得出，4∶1的混凝劑投加量優(yōu)于其它比例的投加量，形成得絮體比較穩(wěn)定，不易下沉，因此選定PAC∶PAF為4∶1,濃度10%。

2.2 助凝劑的選擇

無機凝聚劑與有機絮凝劑配合使用，無機凝聚劑與有機絮凝劑的性能各有利弊，有機絮凝劑的絮凝速度快，生成絮團大，作用時不但有架橋作用，而且兼有電性中和作用；無機凝聚劑凝聚速度慢，凝聚強度大，絮團小，含水率低，其作用是通過減少表面電排斥而使微粒凝聚，但微粒凝聚物逐漸加大，達到一定程度以后加速了沉速［3］11。從經(jīng)濟的觀點出發(fā)，在凝結(jié)過程先用價格低廉的無機凝聚劑降低微粒電荷使之逐漸形成能夠自由沉降的懸浮物，再加入高分子絮凝劑，使得絮體易抱團，加速小絮體形成大塊絮團的速度。

實驗中選用工業(yè)中常用的聚丙烯酰胺（PAM）作為助凝劑，配制成0.1%濃度的溶液。

2.3 表面活性劑的選擇和最佳用量

（1） 氣浮法作為一種物化法，不僅要提高氣泡質(zhì)量（細微度、密集度、穩(wěn)定性等），而且要改善絮粒的性質(zhì)，如果能得到一種憎水性、吸附性強的絮粒，將有助于提高氣浮凈水的效果，因此在氣浮過程中引入憎水基團可提高氣浮凈水效果。

（2） 混凝時產(chǎn)生的氣泡大小和強度取決于釋放空氣時的各種條件和水的表面張力，而形成氣泡后氣泡的穩(wěn)定性則取決于附加壓強玃璼和水的表面張力系數(shù)玜和氣泡半徑玶。

P璼=2ar

氣泡半徑越小，泡內(nèi)所受附加壓強越大，要獲得穩(wěn)定的微細氣泡，必須有足夠強度的氣泡膜。而軋鋼廢水中含有較高的溶解性無機鹽，表面張力系數(shù)提高，相同半徑的氣泡附加壓強相對增大，氣泡膜牢度削弱，容易變大或破裂。所以需投加適量的表面活性劑，降低水的表面張力系數(shù)，加強氣泡膜的牢度。

（3） 我國有眾多的地下水源，特別在東北、華北地區(qū)，廣泛使用地下水，地下水的含鹽量高，表面張力大，對氣浮十分不利，經(jīng)常出現(xiàn)氣泡變大破裂， 難與絮粒粘附的現(xiàn)象， 嚴重的會導(dǎo)致氣浮失敗， 可通過投加表面活性劑降低它的表面張力， 解決該問題［3］69。

為了考察多種藥劑對水質(zhì)的復(fù)合作用， 選用十二烷基苯磺酸鈉（AR）、脂肪醇聚氧乙烯醚（AEO）、肥皂、油酸鈉（濃度均配置成1.25%）作為表面活性劑，與絮凝劑和助凝劑進行配合實驗，在相同的攪拌強度和攪拌時間下，依次加入絮凝劑、表面活性劑、助凝劑，實驗結(jié)果如表3～表6所示。表3 PAC+PAF、PAM、AR氣浮效果

實驗組PAC+PAFPAMAR實 驗 現(xiàn) 象SS/（mg?L-1）120.32絮體細小、下沉6320.62絮體較大，下沉7120.92絮體大，下沉，極少量上浮10321.22絮體大，多數(shù)下沉，少數(shù)上浮9721.52絮體大大部分上浮，少數(shù)下沉、懸浮18520.31.52絮體較少、較小，下沉690.61.52絮體較大，下沉780.91.52絮體大，下沉961.21.52絮體大，下沉641.51.52絮體大，大部分上浮，極少下沉68321.50.5絮體小，下沉9521.51絮體小，下沉8621.52絮體較大，下沉6721.53絮體較大，下沉，溶液不透明5821.54絮體大，下沉，溶液乳白色，不透明53由表3可以得出，選用PAM作為助凝劑，選用AR作表面活性劑，氣浮效果不佳，不能達到迅速上浮的目的，下層溶液不透明，出水不達標。因此改用AEO，實驗結(jié)果如表4所示。表4 PAC+PAF、AR、PAM、AEO氣浮效果

實驗組數(shù)PAC+PAFARPAMAEO實 驗 現(xiàn) 象SS/（mg?L-1）10.7521.50.5絮體大，下沉7520.7521.51絮體大上浮133121.51絮體小，迅速結(jié)成塊下沉5141.2521.51絮體小，成塊下沉7251.521.51絮體大，下沉，有少量碎屑懸浮9161.521.51絮體較小，絕大部分迅速上浮，少量碎屑懸浮85

由表4所示，當投加絮凝劑0.75 mL,AR2 mL,PAM1.5 mL,AEO1 mL時， 絮體能迅速上浮， 且出水懸浮物濃度達標， 因此選用該投加量為最佳投藥量。表5 PAC+PAF、PAM、肥皂水氣浮效果

實驗組PAC+PAFPAM肥皂水實 驗 現(xiàn) 象SS/（mg?L-1）11.251.252絮體小，粘附大量微氣泡，迅速上浮，溶液乳白色1521.251.251.5絮體大，少部分上浮，大部分下沉溶液乳白色5731.2511.5絮體小，迅速上浮，溶液乳白色2041.2511絮體較大，上浮較慢，大部分上浮，少量下沉，溶液澄清535（重復(fù)）1.250.750.5絮體蓬松較大，粘附大量氣泡，全部上浮，溶液澄清4

由表5可以得出，當投加絮凝劑1.25 mL,PAM0.75 mL,肥皂水0.5 mL時，絮體可全部上浮，溶液澄清，懸浮物濃度達到軋鋼水回用要求，因此選用該投加量作為最佳投藥量。表6 PAC+PAF、PAM、油酸鈉、AR氣浮效果

實驗組玾(油酸鈉)∶

玾(AR)濃度

/%PAC+PAFPAMAR+

油酸鈉實 驗 現(xiàn) 象SS/（mg?L-1）11∶121.251.51.5絮體密實大塊，大部分上浮591.251.51絮體密實小，上浮4222∶131.251.51絮體密實小，結(jié)塊下沉8433∶111.251.50.25絮體密實大，大部分下沉901.251.50.5絮體密實大，上浮，溶液澄清171.251.51絮體密實小，上浮，溶液乳白色，NTU=13131.2510.5絮體小，漸漸變大，上浮速度慢，一半下沉10544∶11.251.2510.5絮體大，全部上浮，且速度較快，下層溶液澄清51.2510.6絮體較大，密實，下沉481.2510.4絮體逐漸變大，少部分上浮，大部分下沉731.251.250.5絮體較小，上浮速度較快，下層溶液有細小絮體懸浮561.250.750.5絮體蓬松，較小，少數(shù)上浮，大部分下沉71由表6可以看出，不同的油酸鈉∶AR比值及濃度條件下，均有符合氣浮條件的藥劑投加量，從成本和氣浮效果綜合考慮，選用濃度1.25%，油酸鈉∶AR比值4∶1,投加0.5 mL,絮凝劑1.25 mL,PAM1 mL，氣浮效果好，且溶液澄清，以此投加量作為氣浮最佳投藥量。

綜合表3～表6可以看出， 絮凝劑0.75 mL,AR2 mL,PAM1.5 mL,AEO1 mL；絮凝劑1.25 mL,PAM0.75 mL,肥皂水0.5 mL；絮凝劑1.25 mL,PAM1 mL，油酸鈉∶AR比值4∶1,濃度1.25%，投加0.5 mL時， 均可滿足軋鋼水工業(yè)用水要求， 從成本價格、藥液配制考慮，選用油酸鈉∶AR比值4∶1，濃度1.25%，投加0.5 mL,絮凝劑1.25 mL, PAM1 mL，作為氣浮最佳投藥量。

2.4 最佳水力條件的確定

實驗采用六聯(lián)數(shù)顯攪拌機，在上述已確定的混凝劑、助凝劑、表面活性劑的最佳投藥量條件下，確定最佳水力條件，不同轉(zhuǎn)速和攪拌時間對氣浮的影響(見表7)。表7 攪拌強度、攪拌時間對于氣浮效果的影響實驗組數(shù)轉(zhuǎn) 速/(r?min-1)攪拌時間/s實驗現(xiàn)象絮體情況氣泡情況上浮速度SS/（mg?L-1）1800＜5絮體大無氣泡下沉575~8絮體較大少量，大下沉628~15絮體較大少量，大部分上浮6921 000＜5絮體較大少量，較大部分上浮905~8絮體較大大量，較小很快全部上浮38~15絮體較小大量，較小很快上浮，下層溶液有細小絮粒懸浮3431 200＜5絮體小較大量，微小很快上浮，下層溶液有細小絮粒懸浮415~8絮體小大量，微小很快全部上浮58~15絮體小大量，微小很快上浮，下層溶液有細小絮粒懸浮5941 400＜5絮體小大量，微小很快上浮，下層溶液有細小絮粒懸浮515~8絮體小大量，微小很快上浮，下層溶液有細小絮粒懸浮568~15絮體小大量，微小很快上浮，下層溶液有細小絮粒懸浮53由表7可以看出， 當攪拌強度控制在1 000~

1 200 r/min，攪拌時間控制在5~8 s,即可達到軋鋼水的出水要求。

3 結(jié)論

（1） 針對鞍山鋼鐵公司熱軋廢水的氣浮工藝，選定PAC、PAF作為絮凝劑，PAM作為助凝劑，表面活性劑選用十二烷基苯磺酸鈉和油酸鈉。

（2） 通過混凝實驗， 500 mL水樣中， 確定濃度10%比例4∶1的PAC∶PAF1.25 mL，0.1%PAM1 mL, 濃度1.25%比例4∶1的油酸鈉∶AR 0.5 mL作為最佳投加量。

（3） 確定攪拌強度1 000~1 200 r/min，攪拌時間5~8 s為氣浮最佳水力條件。

（4） 在最佳水力條件和最佳投藥量條件下，熱軋水通過氣浮處理可以穩(wěn)定的達到出水標準。

參考文獻：

［1］ 黃繼國.通化鋼鐵公司動力廠給水絮凝劑選擇實驗［J］.環(huán)境工程.2006，24（1）：81-83.

［2］ 國家環(huán)境保護局.鋼鐵工業(yè)廢水治理［M］.北京：中國環(huán)境科學(xué)出版社，1992.

［3］ 梁為民.凝聚與絮凝［M］.北京：冶金工業(yè)出版社，1987：69.

［4］ 陳翼孫，胡斌.氣浮凈水技術(shù)［M］.北京：中國環(huán)境科學(xué)出版社，1991.

［5］ 常青.水處理混凝學(xué)［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2003.

［6］ 王殊.氣浮、曝氣法在鞍鋼軋鋼廢水處理中的應(yīng)用［J］.鞍鋼技術(shù)，2003(3):44-46.

［7］ 曹福，劉紅.電凝聚法處理軋鋼乳化液廢水的研究［J］.工業(yè)水處理，2006，26(2):24-26.

［8］ 嚴煦世，范瑾初.給水工程［M］.北京：中國建筑工業(yè)出版社，1999.

［9］ 褚良銀.絮凝法處理工業(yè)廢水的試驗研究［J］.工業(yè)水處理，1993，13(3):26-28.

(責(zé)任編輯：宋曉梅)