冷軋酸性廢水處理設(shè)施的設(shè)計與運行

金亞飚，劉 勇，袁 軍，王樂為，李志霞，王倩煜

（1.寶鋼工程技術(shù)集團有限公司，上海 201900；2.寶鋼不銹鋼有限公司，上海 200431；3.上海遂川環(huán)保有限公司，上海200941）

冷軋酸性廢水處理設(shè)施的設(shè)計與運行

金亞飚1，劉 勇2，袁 軍3，王樂為1，李志霞1，王倩煜1

（1.寶鋼工程技術(shù)集團有限公司，上海 201900；2.寶鋼不銹鋼有限公司，上海 200431；3.上海遂川環(huán)保有限公司，上海200941）

冷軋廢水是冶金行業(yè)內(nèi)最難處理的廢水之一。冷軋廢水包括中性鹽及含鉻廢水、酸性廢水、濃油廢水、稀油含堿廢水、平整液廢水等。本文就寶鋼不銹鋼有限公司配套建設(shè)的冷軋酸性廢水處理設(shè)施的設(shè)計和運行進行了介紹和分析，可作為相似工程中的借鑒和參考。

冷軋；酸性廢水；處理設(shè)施；運行管理

1 概述

寶鋼不銹鋼有限公司擁有國內(nèi)先進的冷軋生產(chǎn)線，年產(chǎn)冷軋不銹鋼和碳鋼二百余萬噸，是國內(nèi)重要的冷軋不銹鋼和碳鋼生產(chǎn)基地之一。冷軋廢水是冶金行業(yè)內(nèi)最難處理的廢水之一。冷軋廢水包括中性鹽及含鉻廢水、酸性廢水、濃油廢水、稀油含堿廢水、平整液廢水等。

本文就寶鋼不銹鋼有限公司配套建設(shè)的冷軋廢水處理的酸性廢水處理設(shè)施的設(shè)計與運行進行了介紹和分析，供實際工程或生產(chǎn)實踐參考。

2 冷軋酸性廢水的來源

酸性廢水主要來自于不銹鋼熱帶退火酸洗機組、不銹鋼冷帶酸洗機組、碳鋼酸洗機組以及酸再生站等排放的廢水，主要成分包括 HNO3、HF、HCl、H2SO4以及金屬元素，具有很強的腐蝕性。TFe約為 1500～7000mg／L，SS約為 100～200mg／L，pH＜2。

3 冷軋酸性廢水處理工藝流程

酸性廢水處理設(shè)計能力為150m3／h。

來自主生產(chǎn)線的酸性廢水以及含鉻廢水處理設(shè)施處理后的出水首先進入調(diào)節(jié)池儲存，調(diào)節(jié)池起到水量調(diào)節(jié)的功能，保證后續(xù)處理線能在相對穩(wěn)定的流量下運行。

調(diào)節(jié)池內(nèi)廢水經(jīng)提升泵進入一級 pH調(diào)節(jié)池，一級 pH調(diào)節(jié)池內(nèi)投加石灰，攪拌中和廢水；為了保證廢水完全中和，廢水重力自流至二級pH調(diào)節(jié)池，在二級 pH調(diào)節(jié)池內(nèi)投加石灰，進行中和，同時為了保證污泥絮凝效果，在二級 pH調(diào)節(jié)池內(nèi)投加PAC；因廢水中還有一定量的亞鐵離子（Fe2＋），在一級、二級 pH調(diào)節(jié)池內(nèi)均進行曝氣，將亞鐵離子 （Fe2＋）氧化成鐵離子 （Fe3＋），以污泥的形式除去廢水中的鐵離子；中和后的廢水重力自流至反應(yīng)澄清池。

反應(yīng)澄清池內(nèi)投加PAM，廢水經(jīng)兩個中和罐后形成了大量的污泥，污泥在反應(yīng)澄清池內(nèi)沉淀，上清液溢流至清水池；為了減少石灰耗量，提高絮凝反應(yīng)效果，反應(yīng)澄清池部分污泥回流至一級 pH調(diào)節(jié)池；清水池廢水經(jīng)提升泵送至冷軋廢水過濾系統(tǒng)做進一步處理，廢水過濾后達標(biāo)排放。

整個工藝流程主要是化學(xué)反應(yīng)過程，發(fā)生的主要化學(xué)反應(yīng)有：H＋＋OH－→H2O；Fe2＋＋2OH－→Fe（OH）2；Ni2＋＋2OH－→Ni（OH）2；Ca（OH）2＋2HF→CaF2＋2H2O；Ti2＋＋2OH－→Ti（OH）2；Cr3＋＋3OH－→Cr（OH）3；2Fe（OH）2＋O2＋H2O →2Fe（OH）3；Ca（OH）2＋H2SO4→CaSO4＋2H2O；Mo2＋＋2OH－→Mo（OH）2。

酸性廢水處理工藝流程為：酸性廢水→調(diào)節(jié)池→一級 pH調(diào)節(jié)池→二級pH調(diào)節(jié)池→反應(yīng)澄清池→清水池→冷軋廢水過濾系統(tǒng)。

4 冷軋酸性廢水處理設(shè)施的主要構(gòu)筑物和設(shè)備

4.1 含酸廢水調(diào)節(jié)池和分配池

含酸廢水調(diào)節(jié)池用于接收鋼廠的含酸廢水，鋼廠排出的流量不定的間歇流廢水在該池得到均化，從而為系統(tǒng)的后續(xù)構(gòu)筑物提供穩(wěn)定流量的廢水。

兩個調(diào)節(jié)池尺寸分別為 22m×5m×6.5m，總有效容積約1320m3。分配池尺寸為2m×2m×2m。

位于兩個調(diào)節(jié)池之上的分配池用于混合鋼廠來的各種類廢水并通過分配池上的出口閥門將其分配入一個或兩個調(diào)節(jié)池中。調(diào)節(jié)池設(shè)計成兩種運行模式，一是同時將廢水排入兩個調(diào)節(jié)池，此時在120m3／h的流量下廢水停留時間為 11h。二是僅將廢水排入一個調(diào)節(jié)池，則在120m3／h的流量下廢水停留時間為 5.5h，而另一個調(diào)節(jié)池則用于緊急事故排放并保證在調(diào)節(jié)池檢修期間系統(tǒng)也能正常運行。

調(diào)節(jié)池出水通過耐腐蝕離心泵送入一級pH調(diào)節(jié)池。

調(diào)節(jié)池、分配池均采用鋼筋混凝土池內(nèi)襯玻璃鋼。

4.2 一級、二級 pH調(diào)節(jié)池

一級和二級pH調(diào)節(jié)池用于調(diào)節(jié)含酸含鉻廢水的pH。30m3／h含鉻廢水和120m3／h含酸廢水混合后，總流量達到150m3／h。每座 pH調(diào)節(jié)池的尺寸為Φ5m×4m，有效容積為75m3。設(shè)污泥回流量為160m3／h，則各 pH調(diào)節(jié)池的停留時間約為15min。

池中的 pH計用于檢測并調(diào)節(jié) pH調(diào)節(jié)池內(nèi)含酸廢水的pH。廢水pH通過投加石灰漿后，被調(diào)節(jié)到8～11的范圍內(nèi)。每個pH調(diào)節(jié)池設(shè)置 pH計以控制石灰投加量。此外，壓縮空氣將通過一個池子底部的布氣系統(tǒng)通入 pH調(diào)節(jié)池內(nèi)，將亞鐵離子氧化為三價鐵離子。并且，在二級 pH調(diào)節(jié)池中，加藥劑量泵將會投加 PAC以幫助顆粒物混凝。各池內(nèi)還設(shè)有單速攪拌機，用于保證廢水充分混合同時避免污泥在 pH調(diào)節(jié)池內(nèi)沉積。

從污泥回流槽回流的加石灰的污泥從污泥回流槽自流入一級 pH調(diào)節(jié)池。加過石灰的污泥有助于提高廢水pH和金屬沉淀。

回流污泥加石灰工藝有兩個目的。首先減小石灰的加藥量，從而減少污泥產(chǎn)生量和石灰總用量。并且，更重要的是，由此可形成更密實的污泥顆粒，從而相對于一般金屬氫氧化物污泥來說，能夠得到更好的沉淀和濃縮效果和過濾性能。設(shè)一臺單速攪拌機混合含酸廢水、石灰漿和回流污泥。

一級pH調(diào)節(jié)池出水自流入二級 pH調(diào)節(jié)池，然后二級pH調(diào)節(jié)池出水自流入兩個反應(yīng)澄清池進行污泥沉淀。調(diào)節(jié)池下游的流量計用于控制到一級pH調(diào)節(jié)池的廢水流量。

一級、二級pH調(diào)節(jié)池工作原理見圖1。

一級、二級 pH調(diào)節(jié)池均為碳鋼內(nèi)襯 FRP材質(zhì)。攪拌機的軸和葉片材質(zhì)為碳鋼襯膠。調(diào)節(jié)池頂部加蓋。

4.3 反應(yīng)澄清池

反應(yīng)澄清池是在一個池子內(nèi)集合了混合、混凝、絮凝、固／液分離、自動污泥沉淀和固體回流等功能。反應(yīng)澄清池為上流式固體接觸單元。二級pH調(diào)節(jié)池出水平均分配入兩個澄清池。單個反應(yīng)澄清池容積約為 470 m3，在最大流量75m3／h，停留時間約為6h。每個澄清池有效表面積約為78m2，因此，在設(shè)計最大流量 75m3／h下，每個澄清池表面溢流率約為 1.0m3／h·m2。

陰離子絮凝劑在反應(yīng)澄清池內(nèi)，通過澄清池中心錐筒內(nèi)的單速攪拌機與廢水充分混合。陰離子絮凝劑有助于含酸廢水中懸浮固體的混凝和絮凝。當(dāng)廢水上流式運動時，固體顆粒沉淀形成污泥床，該污泥床可作為一個濾床過濾更小的顆粒，從而進一步促進沉淀反應(yīng)的完成。

每個反應(yīng)澄清池出水通過池頂邊緣的 V形堰溢流進入集水槽，然后流入清水池。沉淀的污泥通過澄清池底部的污泥耙不斷攪拌。反應(yīng)澄清池底污泥通過螺桿泵不斷送入污泥濃縮池脫水和污泥回流池。

反應(yīng)澄清池工作原理見圖2。

反應(yīng)澄清池為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)壁防腐，反應(yīng)刮泥設(shè)備采用碳鋼襯膠涂環(huán)氧。4.4 污泥回流池

反應(yīng)澄清池底部沉淀的部分污泥用污泥泵送入污泥回流池，在此投加石灰從而得到敷有石灰的污泥。通過該工藝形成密實的固體顆粒，然后污泥自流入一級pH調(diào)節(jié)池。污泥回流池尺寸為Φ3m×2.5m。

污泥回流工藝受一個位于排泥管線上的帶可調(diào)節(jié)控制器的氣動管夾閥控制，使污泥回流率達到15∶1?；亓魑勰嗵砑邮摇Ｎ勰嗷亓鞒貎?nèi)污泥排入一級 pH調(diào)節(jié)池處理?；亓骷邮椅勰鄬⑹惯M入反應(yīng)澄清池的廢水中固體含量達到 10% （質(zhì)量百分比）。反應(yīng)澄清池排泥含固率超過10% （質(zhì)量百分比）。

污泥回流池為碳鋼內(nèi)襯 FRP材質(zhì)。攪拌機的軸和葉片材質(zhì)為碳鋼襯膠。污泥回流池頂部不加蓋，僅設(shè)攪拌機橋架。

4.5 清水池

清水池用于儲存反應(yīng)澄清池出水。此外，清水池用于檢測含酸含鉻廢水在排出含酸廢水處理系統(tǒng)之前是否達到了廢水排放標(biāo)準。因此，清水池安裝有鉻檢測裝置，用于檢測該池內(nèi)廢水的鉻含量。清水池為不規(guī)則形狀，有效容積約為 70m3，在流量150m3／h時停留時間約為 30min。清水池出水送冷軋廢水過濾系統(tǒng)。清水池為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)壁防腐。

5 冷軋酸性廢水處理設(shè)施的運行管理

5.1 含酸廢水調(diào)節(jié)池和分配池的運行管理

調(diào)節(jié)池出水提升泵可在現(xiàn)場手動開／?；蛲ㄟ^控制室自動控制。當(dāng)該泵自動運行時，主要受控于泵下游的電磁流量計。該流量計用于檢測廢水流量并跟蹤含酸廢水系統(tǒng)處理廢水總量。操作員在控制室輸入所需流量，流量計將調(diào)節(jié)泵的變頻器以維持該流量恒定。但當(dāng)調(diào)節(jié)池液位太高或者太低時，泵優(yōu)先受兩個調(diào)節(jié)池的液位計控制。

調(diào)節(jié)池上液位計設(shè)超高、高、低和超低液位。若其中一個調(diào)節(jié)池液位達到高位，液位計發(fā)出高位報警。但此時系統(tǒng)不動作，因為在兩個調(diào)節(jié)池的共用池壁上端設(shè)有三角堰用于使廢水自動溢流至第二個調(diào)節(jié)池。因此如果第二個調(diào)節(jié)池正用作緊急事故池并沒有裝滿，則該溢流堰將避免第一個調(diào)節(jié)池的液位升到超高位。如果兩個調(diào)節(jié)池的液位都達到超高，控制室將會顯示超高液位報警。此時操作員必須關(guān)閉鋼廠總進水管上的手動閥，以避免含酸廢水處理系統(tǒng)漫溢。

若調(diào)節(jié)池液位降至低位以下，液位計發(fā)出調(diào)節(jié)池低位報警，但系統(tǒng)不動作。

若調(diào)節(jié)池液位降至超低位以下，控制室提示調(diào)節(jié)池超低位報警，則調(diào)節(jié)池出水提升泵停止運行。5.2 一級、二級 pH調(diào)節(jié)池和污泥回流池的運行管理

一級 pH調(diào)節(jié)池出水、二級pH調(diào)節(jié)池出水和污泥回流池出水皆是通過重力自流，因此這三個池子沒有流量控制。

單速攪拌機可在現(xiàn)場手動開／?；蛲ㄟ^控制室自動控制。

一級 pH調(diào)節(jié)池出水、二級 pH調(diào)節(jié)池內(nèi)的pH計將分別控制一個石灰投加管線上的氣動控制隔膜管夾閥，從而使pH被調(diào)節(jié)到 8～11。石灰加藥管線上還設(shè)有一個手動隔膜閥，在必要的時候可手動切斷石灰加藥線。

加入二級 pH調(diào)節(jié)池的混凝劑投加量根據(jù)含酸廢水處理系統(tǒng)調(diào)節(jié)。

5.3 反應(yīng)澄清池的運行管理

反應(yīng)澄清池內(nèi)快速攪拌機和泥耙可在現(xiàn)場手動開／?；蛲ㄟ^控制室自動控制。扭矩儀可在泥耙扭矩到達最大允許值時停止泥耙電機。此外，當(dāng)扭矩達到高位時將會報警。

陰離子絮凝劑加入反應(yīng)澄清池幫助污泥沉淀。為保證合適的絮凝劑加藥量，絮凝劑加藥泵可通過主控制室控制。

反應(yīng)澄清池污泥泵2用1備，可在現(xiàn)場手動開／?；蛲ㄟ^控制室自動控制。只要澄清池內(nèi)有污泥，污泥泵都應(yīng)保證連續(xù)運行。此外，操作人員應(yīng)定期切換運行的泵和備用泵，以保證所用泵都能運行良好。

反應(yīng)澄清池內(nèi)的污泥界面儀設(shè)高位、正常和低位。在正常運行過程中，泥位應(yīng)維持在正常位置（在試車時確定）。泥位可通過排泥管線上的氣動管夾閥控制。該管夾閥將使特定流量的污泥進入污泥濃縮池，其余污泥進入污泥回流池?；亓魑勰嗪蛷U棄污泥比約為15～30∶1。當(dāng)澄清池內(nèi)正常污泥泥位下降，則管夾閥稍微關(guān)閉，從而使更多污泥回流。當(dāng)澄清池內(nèi)正常污泥泥位上升，則管夾閥稍微開大，使更多污泥進入污泥濃縮池。從而可維持反應(yīng)澄清池內(nèi)恒定的污泥位。如果反應(yīng)澄清池泥位達到高位 （在試車時確定），則污泥界面儀將報警提示澄清池內(nèi)污泥正在不受控制地增加。如果反應(yīng)澄清池泥位達到低位 （在試車時確定），則污泥界面儀將報警提示澄清池內(nèi)污泥正在不受控制地流失。當(dāng)泥位高位或者低位報警時，操作人員必須重新設(shè)置回流污泥比，使泥位回到正常位置。排泥氣動管夾閥位于污泥泵下游。污泥界面儀的設(shè)定值應(yīng)在試車時調(diào)節(jié)。此外，控制排泥管夾閥的另一個方案是，當(dāng)澄清池內(nèi)扭矩超過高位 （在試車時確定）時，管夾閥打開使更多的污泥排入濃縮池。

5.4 清水池的運行管理

液位計用于控制清水池內(nèi)廢水液位。清水池出水泵1用1備，可在現(xiàn)場手動開／?；蛲ㄟ^控制室自動控制。液位計設(shè)超高、高、低和超低液位。由液位控制水泵的啟停。

一個鉻檢測裝置用于控制清水池出水管上兩個氣動蝶閥。Cr6＋監(jiān)測器通過一個分光光度計在線監(jiān)測廢水中Cr6＋的含量。如果 Cr6＋濃度低于排放限值，通往冷軋廢水過濾系統(tǒng)的蝶閥將會開啟。如果Cr6＋濃度高于排放限值，通往冷軋廢水過濾系統(tǒng)的蝶閥將會關(guān)閉，通往含酸廢水分配池的蝶閥將會開啟。此時，廢水需要經(jīng)過整個含酸廢水處理系統(tǒng)重新處理。

6 冷軋酸性廢水處理設(shè)施出水水質(zhì)

酸性廢水處理設(shè)施出水水質(zhì)：TFe約為 10～20mg／L，SS約為100～200mg／L，pH約為 8～11（在冷軋廢水過濾系統(tǒng)中會進一步調(diào)節(jié)pH）。

7 小結(jié)

冷軋酸性廢水處理設(shè)施自 2007年建成投產(chǎn)以來，一直運行穩(wěn)定，滿足生產(chǎn)要求。

Design and Operation of the Acid Wastewater Treatment Facility of Cold Rolling Mill

JIN Ya-biao1，LIU Yong2，YUAN Jun3，WANG Le-wei1，LI Zhi-xia1，WANG Qian-yi1
（1.BAOSTEEL Engineering＆Technology Group Company Limited.Shanghai 201900 China）

The cold rolling mill waste water is difficult to treat in the steeling works.It consists of the neutral salt and chromium－containing wastewater，acid waste water，heavy oil wastewater，light oil wastewater，flat liquid wastewater.This paper introduces the design and operation of the acid wastewater treatment facility of the cold rolling mill of BAOSTEEL Stainless Steel Company.It can be used for reference in the similar engineering.

cold rolling；acid wastewater；treatment facility；operational management

X75

A

1673－9655（2013）03－0051－04

2012－12－18

金亞飚 （1975－），男，高級工程師，學(xué)士，主要從事工業(yè)水處理研究。