鞍鋼鋼繩廠生產(chǎn)污水處理的工藝設計及運行效果

王喜全， 朱龍飛， 劉新亮

(1.遼寧科技大學化工學院環(huán)境工程系;2.遼寧華霆科技環(huán)保有限公司， 鞍山 114051)

鞍鋼鋼繩廠生產(chǎn)廢水主要來自鋼繩生產(chǎn)過程中酸洗、磷化、鍍鋅等生產(chǎn)工序產(chǎn)生的含酸、堿及重金屬的廢液，主要含有的污染物為:鹽酸、Zn2+、全鐵、油類、SS等，這些污染物使COD提高，達到230 mg/L左右;Zn2+最高達到285 mg/L，兩項指標都超出國家污水綜合排放標準，如不處理將會對環(huán)境造成污染。

1 鞍鋼鋼繩廠生產(chǎn)污水整體工藝流程圖

生產(chǎn)廢水經(jīng)處理后排放，因此污水處理工程嚴格按照DB 21/1627—2008《遼寧省污水綜合排放標準》直接排放的水污染物最高允許排放限值和GB 8978—1996《污水綜合排放標準》二級排放標準進行設計。生產(chǎn)廢水處理系統(tǒng)設置了格柵和調(diào)節(jié)池等處理設施，主體工藝段采用了兩級堿pH調(diào)節(jié)池、1個中間沉淀池、1個酸pH調(diào)節(jié)池和高效氣浮池，工藝末端設置了砂濾罐過濾器。該系統(tǒng)處理水量為30 m3/h。鞍鋼鋼繩廠生產(chǎn)廢水處理工藝流程見圖1。

圖1 鞍鋼鋼繩廠生產(chǎn)廢水處理工藝流程

2 污水預處理系統(tǒng)

2.1 預處理系統(tǒng)的組成及詳細參數(shù)

污水預處理系統(tǒng)先利用人工格柵攔截污水中較大漂浮物和懸浮物，再用鼓風機均化調(diào)節(jié)池污水水質(zhì)，并利用自吸泵為混合反應池提供混合均勻的污水。長時間運行調(diào)節(jié)池底部會有泥砂堆積，用提升泵將污泥提升至污泥池。該系統(tǒng)具體設備及參數(shù)見表1。

表1 污水預處理設備組成及參數(shù)

2.2 污水調(diào)節(jié)池的設計及作用

污水經(jīng)過格柵流入調(diào)節(jié)池，調(diào)節(jié)池的長×寬×高分別為10m×6m×3m，設計容積180 m3設計有效容積為150 m3，試驗時實際液位1.1 m，池底泥高為0.05 m左右，因此有效水深約為1.0 m。來水量為30 m3/h，水力停留時間為3.5 h。污水調(diào)節(jié)池內(nèi)安裝鼓風機，用于均勻水質(zhì)。隨著時間的推移，池體內(nèi)底部污泥濃度會越來越高，導致水質(zhì)不均勻，所以池底坡度設計為0.02°，并設有長×寬×高為0.7m×0.7m×0.5m的集泥槽，每5個月用排沙泵排凈集泥槽槽內(nèi)污泥。調(diào)節(jié)池有效保證了污水水質(zhì)的均勻。

3 沉淀池系統(tǒng)

3.1 沉淀池系統(tǒng)的組成及設計

沉淀池系統(tǒng)由一、二級pH調(diào)節(jié)池和沉淀池組成。一、二級調(diào)節(jié)池的長×寬×高為1.3m×1.3m×3m。本設計沉淀池采用斜管沉淀池，斜管與水平面呈60°角，斜管長1 m，斜管凈距80 mm。斜管區(qū)上部清水區(qū)水深0.8 m，底部緩沖區(qū)高度為1.2 m。沉淀池長 × 寬 × 高為 3.5m ×2.6m ×3m。表面水力負荷為3.3 m3/m2·h，停留時間為30 min。

3.2 沉淀池的運行及作用

本研究以1 m3/h的樣機進行小試試驗，得出pH值與Zn2+離子去除率的關系見圖2。

圖2 不同pH值對Zn2+去除率的影響

由圖2可見，當pH值為11時，Zn2+去除率達到98.4%，Zn2+濃度為 4.6 mg/L 已低于 GB 8978—1996中規(guī)定的5 mg/L。污水經(jīng)自吸泵進入一級調(diào)節(jié)池，在一級調(diào)節(jié)池內(nèi)經(jīng)攪拌與NaOH溶液充分混合，調(diào)節(jié)pH值9～10左右。此后污水再進入二級調(diào)節(jié)池，與NaOH溶液在二級調(diào)節(jié)池充分混合，調(diào)節(jié)pH值到11。調(diào)節(jié)后的污水進入沉淀池進行沉淀。經(jīng)檢測沉淀后的Zn2+濃度≤7 mg/L，證明此時絕大多數(shù)Zn2+以Zn(OH)2沉淀形式除去。同時沉淀池系統(tǒng)也除去了絕大部分懸浮物(主要為Fe(OH)3)。

4 混凝系統(tǒng)

4.1 混凝系統(tǒng)的組成和藥劑的選擇

混凝系統(tǒng)由三級調(diào)節(jié)池、混凝池、絮凝池、攪拌機，計量泵，變頻調(diào)速器，控制軟件等組成。三級調(diào)節(jié)池、混凝池和絮凝池長×寬×高為1.3 m×2.6 m×3 m。利用無機絮凝劑(PAC)高正電荷密度和有機高分了絮凝劑(PAM)的橋連作用，使兩者產(chǎn)生協(xié)同作用，能夠有效提高絮凝處理能力［1］。

4.2 通過正交試驗確定工藝條件

通過正交試驗設計，不僅可以弄清楚試驗過程中自變量對于因變量的影響的大小和趨勢，還可以尋找其最佳試驗條件［2］。試驗設計如下:

取1 000 ml廢水進行試驗，投加不同量的PAC、PAM，并調(diào)整pH值，經(jīng)快速攪拌(200 r/min)3 min后，停止攪拌并靜止30 min，取其上清液測定COD。根據(jù)試驗的因素和水平，選用L9(34)正交試驗，試驗設計見表2。

表2 不同PAC、PAM投加量和pH值對COD去除率影響的正交試驗設計

通過試驗和極差分析法，各因素的結(jié)果分析見表3。

表3 不同因素對COD去除率影響的試驗結(jié)果分析

由表3可知，PAC用量、PAM用量和pH值3指標對COD的影響大小為PAC＞PAM＞pH。最佳配比為PAC用量20 mg/L、PAM用量2 mg/L、pH值為7.5。

5 高效氣浮系統(tǒng)

氣浮法已廣泛應用于各類廢水的處理，并且已成功應用于鋼廠廢水的處理中［3］。

5.1 氣浮壓力的確定

取1 m3生產(chǎn)廢水進行樣機小試驗，以確定最佳氣浮壓力。首先將pH調(diào)至7.5，再緩慢投加配置好的濃度為20 mg/L的PAC溶液和2 mg/L的PAM溶液各2 L(即每m3生產(chǎn)廢水投加40 mg PAC、4 mg PAM)。采用25%的回流比，氣浮時間控制在20 min，調(diào)節(jié)氣浮壓力考察其對廢水中COD去除率的影響。廢水中COD的去除率隨氣浮壓力的變化見圖3。

圖3 不同氣浮壓力對COD去除率的影響

由圖3可知，隨著氣浮壓力的增加，COD的去除率逐漸提高。氣浮壓力為1.2 MPa時，COD去除率達到81%，但當氣浮壓力超過1.2 MPa后，隨著氣浮壓力的增加，COD的去除率呈下降趨勢。當氣浮壓力增加到1.4 MPa時，COD的去除率下降到80%，故最佳氣浮壓力為1.2 MPa。

5.2 氣浮池的作用

液壓泵吸入空氣和水，在螺桿泵高速旋轉(zhuǎn)作用下產(chǎn)生混合液氣，輸入微氣泡發(fā)生器，在微氣泡發(fā)生器內(nèi)形成微氣泡。微氣泡經(jīng)液氣輸出管流出，與經(jīng)過預處理的污水在T型混合池內(nèi)混合流入氣浮混合槽。污水在上升過程中與納米氣泡釋放頭射出的納米氣泡充分混合，由于氣水混合物和液體之間密度不平衡，產(chǎn)生了向上的浮力，將SS帶到水面。上浮過程中，納米氣泡會附著在SS上，到達水面后SS便依靠這些氣泡支撐和維持在水面。鏈板式刮渣機沿著整個液面間斷的運動，將浮在水面上的SS從氣浮池的進口端推到出口端的刮渣槽內(nèi)，渣泥由渣泥排放管送入集泥池中。凈化后的污水從出水管經(jīng)出水口自流出去。

在污水進水管沒有污水注入氣浮池時，氣浮池水位正常。此時液壓泵通過液壓泵進水管吸入氣浮池回流水，不斷輸出納米氣泡，氣浮設備正常運轉(zhuǎn)。

5.3 氣浮池的設計及其主要結(jié)構(gòu)

氣浮池池體尺寸(長 ×寬 ×高)為:6.0 m×1.5 m ×2.5 m;有效水深:2.0 m;有效容積:18 m3;水力停留時間:20 min;超高:0.5 m。氣浮池主體結(jié)構(gòu)見圖4。

圖4 氣浮池主體結(jié)構(gòu)

6 砂濾罐過濾系統(tǒng)

為了使污水中的COD和SS得到進一步去除，使出水水質(zhì)得到進一步改善，在氣浮系統(tǒng)后設置了過濾系統(tǒng)。本套過濾系統(tǒng)采用石英砂濾罐過濾系統(tǒng)，砂濾罐尺寸:Ф =2.0 m，H=3.1 m。石英砂過濾器是利用幾種過濾介質(zhì)，常溫操作、耐酸堿、氧化，pH適用范圍為2～13，具有反沖洗功能。在一定的壓力下，原液通過該介質(zhì)的截留，去除雜質(zhì)，從而達到過濾的目的。其內(nèi)裝的填料為:石英砂、無煙煤等，過濾精度在0.005～0.01 m之間，可有效去除膠體微粒及高分子有機物。主要用于去除水中的懸浮物，從而降低COD。

7 設計運行效果

通過調(diào)試運行，本設計完全能達到 DB 21/1627—2008和GB 8978—1996規(guī)定排放限值，其進水水質(zhì)和出水水質(zhì)見表4。

表4 鞍鋼鋼繩廠進水和出水水質(zhì) mg/L

8 結(jié)論

(1)設置兩個調(diào)節(jié)池可以準確的控制廢水的pH值，當污水的pH達到11時沉淀池的Zn2+的去除率達98%。

(2)通過正交試驗可有效減少試驗次數(shù)，確定影響氣浮系統(tǒng)的主次因素為:PAC＞PAM＞pH。最佳投藥量PAC為20 mg/L、PAM為2 mg/L。在pH值為7.5，氣浮壓力為1.2 Mpa時運行效果最佳。

(3)通過運行調(diào)試，鋼繩廠的各項排放指標均低于 DB 21/1627—2008，尤其COD降到48 mg/L、SS降到20 mg/L、石油類降到2 mg/L。

［1］王目通，鄧春光，徐鳳.PAC－PAM復合絮凝劑對某鎮(zhèn)生活污水處理效率的實驗研究［J］.三峽環(huán)境與生態(tài)，2010(3):15－19.

［2］苑玉鳳.多指標正交試驗分析［J］.湖北汽車工業(yè)學院學報，2006，19(4):53－56.

［3］張勇，趙萬里，李成江.鞍鋼鲅魚圈鋼廠生產(chǎn)污水處理工藝與效果［J］.鞍鋼技術，2013(3):57－62.