冷軋濃堿廢水系統(tǒng)設(shè)計(jì)及運(yùn)行優(yōu)化

王崇武,陳琦

供排水

冷軋濃堿廢水系統(tǒng)設(shè)計(jì)及運(yùn)行優(yōu)化

王崇武,陳琦

（寶鋼工程技術(shù)集團(tuán)有限公司，上海201900）

詳細(xì)介紹了某鋼鐵企業(yè)冷軋濃堿廢水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和運(yùn)行優(yōu)化過程。包括工藝流程的選擇、工藝參數(shù)的計(jì)算、主要設(shè)備的選型等。系統(tǒng)以氣浮設(shè)備作為預(yù)處理部分核心設(shè)備，以生物接觸氧化法作為生化部分核心處理工藝。系統(tǒng)自動(dòng)化水平高，運(yùn)行維護(hù)方便。

冷軋濃堿廢水；設(shè)計(jì)；氣浮設(shè)備；生物接觸氧化法

1 概述

冷軋廢水是冶金行業(yè)水質(zhì)最復(fù)雜、種類最多、最難處理的廢水之一，根據(jù)廢水性質(zhì)，設(shè)計(jì)手冊[1]將冷軋廢水分為含酸堿廢水、含油及乳化液廢水、含鉻廢水。2000年以前，國內(nèi)冷軋廢水處理站多采用此分類進(jìn)行工藝設(shè)計(jì)。隨著國家環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)越來越嚴(yán)格，對(duì)冷軋廢水的處理要求也越來越高，分類也更為細(xì)致，處理方法更加多樣。最主要變化是將酸性廢水和堿性廢水分開處理，酸性廢水采用傳統(tǒng)化學(xué)法，堿性廢水經(jīng)預(yù)處理后采用生化法處理。2012年，隨著新標(biāo)準(zhǔn)[2]的實(shí)施，其表三要求出水COD＜30 mg/L。絕大多數(shù)冷軋廢水處理站的出水達(dá)不到此要求，需進(jìn)行提標(biāo)改造。筆者親身經(jīng)歷了某鋼鐵企業(yè)的提標(biāo)項(xiàng)目，為達(dá)到部分回用部分外排的目標(biāo)，將堿性廢水又細(xì)分為濃堿廢水和稀堿廢水，分別采用不同的處理工藝，稀堿廢水處理后回用，濃堿廢水處理后與其它種類廢水合并經(jīng)深度處理后外排。本文僅就濃堿廢水的設(shè)計(jì)及調(diào)試過程進(jìn)行介紹和分析，供工程設(shè)計(jì)或生產(chǎn)實(shí)踐參考。

2 設(shè)計(jì)指標(biāo)及工藝流程

本系統(tǒng)來水主要包括熱鍍鋅、連退機(jī)組清洗段排出的濃含油強(qiáng)堿廢水、冷軋機(jī)排出的經(jīng)氣浮預(yù)處理的乳化液廢水、連退機(jī)組排出的經(jīng)厭氧預(yù)處理的平整液廢水、污泥脫水地坑廢水等水質(zhì)最為惡劣的幾種廢水。系統(tǒng)設(shè)計(jì)處理能力85 m3/h，設(shè)計(jì)進(jìn)出水指標(biāo)如表1所示(注:表1中數(shù)據(jù)除pH值外均為mg/ L)。

表1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)進(jìn)出水指標(biāo)

系統(tǒng)設(shè)計(jì)工藝流程可分為預(yù)處理部分和生化部分，預(yù)處理部分主要去除系統(tǒng)中大部分油類和懸浮物SS，廢水中的油類和懸浮物也是化學(xué)需氧量CODcr的重要組成部分。因此，在去除油類和懸浮物的同時(shí)，也會(huì)部分去除CODcr。經(jīng)預(yù)處理后的廢水進(jìn)入生化系統(tǒng)進(jìn)一步去除CODcr。系統(tǒng)工藝流程如圖1～2所示。

圖2 系統(tǒng)生化部分工藝流程框圖

3 主要構(gòu)筑物和設(shè)備工藝參數(shù)計(jì)算及選型

（1）調(diào)節(jié)池

調(diào)節(jié)池作為系統(tǒng)的首道設(shè)施，用于水質(zhì)、水量的均和。設(shè)計(jì)手冊[1]建議調(diào)節(jié)池水力停留時(shí)間可取2～6 h。本系統(tǒng)根據(jù)工藝需求，將調(diào)節(jié)池分為2格，1格用作正常調(diào)節(jié)池，1格用作事故調(diào)節(jié)池。受現(xiàn)場用地制約，單格有效容積160 m3，池高6 m，水力停留時(shí)間約2 h。水池采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，做防腐處理。池內(nèi)設(shè)穿孔曝氣管曝氣，曝氣強(qiáng)度以0.015 m3/m3污水.min計(jì)，選擇羅茨風(fēng)機(jī)流量5 m3/min，壓力0.075 MPa。調(diào)節(jié)池內(nèi)設(shè)液位計(jì)和pH計(jì)，輸送泵和液位計(jì)聯(lián)鎖自動(dòng)運(yùn)行，pH計(jì)監(jiān)測池內(nèi)pH值。

（2）pH調(diào)整罐

正常運(yùn)行時(shí)，調(diào)節(jié)池內(nèi)廢水pH值為11～13，需將pH調(diào)整至略偏堿性，滿足后續(xù)氣浮設(shè)備運(yùn)行要求。通?？刹捎猛都親Cl或H2SO4的方式進(jìn)行中和。本系統(tǒng)所在廢水站出水對(duì)Cl-有要求，投加鹽酸可能導(dǎo)致Cl-超標(biāo)，選擇采用98%濃度H2SO4。一級(jí)pH調(diào)整罐和二級(jí)pH調(diào)整罐采用一體式，一、二級(jí)罐體有效容積均按20 min水力停留時(shí)間設(shè)計(jì)。罐體設(shè)攪拌機(jī)和pH計(jì)，攪拌機(jī)轉(zhuǎn)速145r/min。硫酸投加管上設(shè)氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥，與pH計(jì)聯(lián)鎖自動(dòng)控制調(diào)節(jié)閥開度。調(diào)整罐出水pH值控制在8.5左右。

（3）混凝罐

向其中投加PAC，使水中油類和懸浮物凝聚，增強(qiáng)廢水中浮粒的氣浮性能。10%濃度PAC投加量約200 mg/L。設(shè)攪拌機(jī)使廢水中固體顆粒充分混合絮凝成大顆粒絮體?；炷薹謨杉?jí)，第一級(jí)內(nèi)攪拌機(jī)轉(zhuǎn)速約20 r/min，第二級(jí)內(nèi)攪拌機(jī)轉(zhuǎn)速約10 r/min。

（4）氣浮設(shè)備

氣浮設(shè)備是去除油類的有效設(shè)施，同時(shí)可去除部分懸浮物。通過細(xì)小氣泡的上浮作用，將油類和懸浮物浮至設(shè)備上部利用刮板刮出。氣浮渣含水率一般在98%～99.5%之間，進(jìn)一步利用脫水設(shè)備脫水后外運(yùn)處理。本系統(tǒng)選用一體式兩級(jí)氣浮設(shè)備。投加過PAC的廢水在氣浮進(jìn)水口投加PAM后進(jìn)入第一級(jí)。0.1%濃度PAM投加量約7 mg/L。第一級(jí)選用機(jī)械氣浮，利用曝氣機(jī)葉輪的高速旋轉(zhuǎn)形成微小氣泡去除大部分油類和雜質(zhì)，屬于設(shè)備的高負(fù)荷區(qū)，水力停留時(shí)間約20 min。第二級(jí)選用溶氣氣浮，利用多相流泵形成的水汽混合物去除剩余油類和雜質(zhì)，屬于設(shè)備的低負(fù)荷區(qū)，水力停留時(shí)間約25 min。本設(shè)備的一大優(yōu)點(diǎn)是將傳統(tǒng)的機(jī)械和溶氣氣浮合為一體，且溶氣氣浮選用多相流泵代替?zhèn)鹘y(tǒng)的“溶氣罐+回流泵+空壓機(jī)”的形式，極大減少了占地面積。實(shí)踐發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)溶氣氣浮設(shè)備底部仍有積泥影響設(shè)備正常運(yùn)行，在本項(xiàng)目中，對(duì)兩級(jí)氣浮設(shè)備進(jìn)行了一大改進(jìn)是底部增加了排泥斗和排泥泵，形成了“上刮渣，下排泥”的運(yùn)行模式，保障設(shè)備的安全使用。運(yùn)行中該設(shè)備可達(dá)到設(shè)計(jì)指標(biāo)。

（5）氣浮出水池

氣浮出水進(jìn)入池內(nèi)，起到中間水池的作用，并方便用泵向后續(xù)輸送。停留時(shí)間無特殊要求，一般以不造成泵頻繁起停為前提。水池采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，做防腐處理。池內(nèi)設(shè)pH計(jì)，廢水滿足pH要求時(shí)進(jìn)入生化系統(tǒng)，不滿足要求時(shí)回流至源頭調(diào)節(jié)池內(nèi)。pH控制值設(shè)定為6～9。

（6）冷卻塔

機(jī)組來水溫度較高，一般為60～80℃，氣浮出水后仍不能滿足進(jìn)行生化的條件，需降溫處理。選用玻璃鋼冷卻塔，將出口溫度控制在35℃以下，進(jìn)出口管道上設(shè)熱電阻觀測水溫。

（7）生化調(diào)節(jié)池

經(jīng)預(yù)處理后的廢水一般可直接進(jìn)入生物接觸氧化池，本系統(tǒng)將現(xiàn)有水池利用，作為生化調(diào)節(jié)池，調(diào)節(jié)池出水進(jìn)入接觸氧化池。調(diào)節(jié)池內(nèi)設(shè)有曝氣裝置，氣源采用壓縮空氣。生化污泥回流至此處，微生物初始培訓(xùn)和馴化在此池內(nèi)進(jìn)行，相當(dāng)于生化系統(tǒng)的活性污泥池，增加生化系統(tǒng)的水力停留時(shí)間，部分去除CODcr。水池有效容積約400m3，水力停留時(shí)間約4.7 h。

（8）生物接觸氧化池

設(shè)計(jì)規(guī)程[3]規(guī)定，生物接觸氧化池宜采用兩段式。本系統(tǒng)設(shè)計(jì)一段中不設(shè)沉淀池，僅在二段設(shè)置。一段生物接觸氧化池利用現(xiàn)有水池，池內(nèi)設(shè)框架式填料，填料底部設(shè)穿孔軟管曝氣裝置。填料框架材質(zhì)玻璃鋼，填料材質(zhì)PP，塑料填料環(huán)片直徑150 mm，環(huán)片間距80 mm。曝氣軟管材質(zhì)化纖增強(qiáng)PE，開孔率30%～40%，開孔直徑1～3 mm。進(jìn)水下進(jìn)上出，出水進(jìn)入分配槽分配后進(jìn)入二段生物接觸氧化池，二段接觸氧化池內(nèi)配置與一段相同。一段生物接觸氧化池有效容積約400m3，水力停留時(shí)間約4.7 h。二段生物接觸氧化池有效容積約560 m3，水力停留時(shí)間約6.6 h。一、二段生物接觸氧化池均分成A、B兩個(gè)系列，并聯(lián)使用。兩段水池總水力停留時(shí)間約11.3 h。一般，對(duì)于冷軋廢水的生化池水力停留時(shí)間10～20 h是比較合適的，可因地制宜選擇參數(shù)。本系統(tǒng)生物接觸氧化池曝氣強(qiáng)度以0.015 m3/m3污水. min計(jì)，選擇羅茨風(fēng)機(jī)流量15 m3/min，壓力0.075 MPa。風(fēng)機(jī)設(shè)變頻裝置，隨池內(nèi)溶解氧量調(diào)整曝氣量。接觸氧化池內(nèi)設(shè)溶氧儀，可在線監(jiān)測池中溶氧量。

（9）混凝池

向其中投加PAC和PAM，使水中細(xì)小懸浮物凝聚，增強(qiáng)廢水中顆粒的沉淀性能。投加順序是先投加PAC，再投加PAM，兩者間隔一定距離，以保證與水體的反應(yīng)時(shí)間。10%濃度PAC投加量約20 mg/L，0.1%濃度PAM投加量約5 mg/L。設(shè)攪拌機(jī)使廢水中固體顆粒充分混合絮凝成大顆粒絮體，攪拌機(jī)轉(zhuǎn)速20～30 r/min。

（10）斜板沉淀池

斜板沉淀池表面水力負(fù)荷高，占地面積小，尤其適合受占地局限的改造項(xiàng)目。設(shè)計(jì)規(guī)范[4]規(guī)定，生活污水廠生物膜法后的普通沉淀池表面水力負(fù)荷可取值1.0～2.0m3/(m2.h)，斜板沉淀池負(fù)荷可按其2倍設(shè)計(jì)?？紤]到濃堿廢水沉淀性較生化污水差，為安全起見，本系統(tǒng)斜板沉淀池表面水力負(fù)荷取值約1.3 m3/ (m2.h)。結(jié)構(gòu)形式采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，斜板材質(zhì)為PVC，長度1000 mm，斜板之間的安裝間距約80 mm，水平安裝傾角60°。出水堰和集水槽材質(zhì)為不銹鋼SUS304，集水槽采用矩形加鋸齒三角堰形式，高度可調(diào)。池體分為A、B兩格，每格設(shè)2個(gè)泥斗，單格泥斗對(duì)應(yīng)單臺(tái)氣動(dòng)隔膜泵排泥，一路回流至生化調(diào)節(jié)池，一路排泥污泥濃縮池進(jìn)行后續(xù)處理。

4 系統(tǒng)控制

本系統(tǒng)的電氣和儀表檢測均采用DCS及計(jì)算機(jī)程序控制。所有儀表的檢測參數(shù)包括流量、液位、溫度、pH、溶解氧等，及設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)均在CRT畫面上顯示，并具備檢測參數(shù)越限、設(shè)備故障報(bào)警和報(bào)表打印等功能。主要設(shè)備的操作方式可在機(jī)旁操作箱內(nèi)手動(dòng)操作，控制設(shè)備的開啟和停止；也可以在操作室，通過監(jiān)控CRT畫面手動(dòng)操作控制設(shè)備的開啟和停止；還可以按照各參數(shù)的運(yùn)行要求，通過DCS自動(dòng)控制設(shè)備的運(yùn)行和停止。

5 運(yùn)行優(yōu)化

該系統(tǒng)于2014年10月建成后進(jìn)行現(xiàn)場調(diào)試及試運(yùn)行，調(diào)試運(yùn)行過程中發(fā)現(xiàn)了一些問題，現(xiàn)場能改進(jìn)的及時(shí)進(jìn)行了改進(jìn)，不能改進(jìn)的提出優(yōu)化建議供參考。

（1）原設(shè)計(jì)pH調(diào)整罐中投加濃H2SO4進(jìn)行中和，濃H2SO儲(chǔ)存在投加罐中，采用重力流投加，溢流、放空管也就近接入了pH調(diào)整罐。調(diào)試初期因操作不當(dāng)發(fā)生過H2SO溢流現(xiàn)象，與水接觸后冒白煙，大量散熱，因發(fā)現(xiàn)及時(shí)未造成大的破壞，但存在安全隱患。后將溢流、放空管接入容積更大的調(diào)節(jié)池內(nèi)，降低了安全風(fēng)險(xiǎn)。

（2）原設(shè)計(jì)將PAC投加至混凝罐中，PAC呈酸性，實(shí)測pH值約為3，加入PAC后廢水pH值進(jìn)一步降低。為更直接的控制pH值，將PAC投加點(diǎn)改為二級(jí)pH調(diào)整罐，可減少濃硫酸的投加，且可保證pH以7～8的理想狀態(tài)進(jìn)入氣浮設(shè)備。

（3）原設(shè)計(jì)將PAM投加至氣浮進(jìn)口管上，投加量的多少無法看到，只能通過計(jì)量泵的開度判斷。為更直接的觀察和調(diào)節(jié)加藥量，將PAM投加點(diǎn)改為混凝罐第二級(jí)。

（4）原設(shè)計(jì)的氣浮出水兩路管道用手動(dòng)閥進(jìn)行切換。當(dāng)pH超標(biāo)時(shí)不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)切換至調(diào)節(jié)池，使部分pH不合格廢水進(jìn)入生化，生化系統(tǒng)運(yùn)行存在風(fēng)險(xiǎn)。兩路管道上分別增加氣動(dòng)閥，與pH聯(lián)鎖自動(dòng)運(yùn)行，正常時(shí)進(jìn)生化，異常時(shí)進(jìn)調(diào)節(jié)池。

（5）原設(shè)計(jì)的生化污泥回流管接入了第二級(jí)接觸氧化池分配槽，不能使污泥有效回流至系統(tǒng)前端。將回流管改為接入生化調(diào)節(jié)池，使污泥回流，提升系統(tǒng)污泥濃度。

（6）原設(shè)計(jì)斜板沉淀池每個(gè)泥斗對(duì)應(yīng)1臺(tái)排泥泵，運(yùn)行中發(fā)現(xiàn)當(dāng)排泥泵故障時(shí)，對(duì)應(yīng)泥斗無法排空。設(shè)計(jì)可改進(jìn)之處方案一是增加備用泵，方案二是兩泥斗間預(yù)埋連通管，方案三是在場地允許的條件下重力流排泥至地坑，后用地坑泵輸送。

（7）原設(shè)計(jì)斜板沉淀池排泥泵利用時(shí)序控制泵的運(yùn)行，調(diào)試發(fā)現(xiàn)參數(shù)需要修改時(shí)，時(shí)序調(diào)整過程復(fù)雜。在DCS上通過編程增加泵順控運(yùn)行選擇畫面，泵運(yùn)行順序、運(yùn)行時(shí)間、間隔時(shí)間可調(diào)，直觀方便。

（8）原設(shè)計(jì)加藥計(jì)量泵無變頻裝置，僅能通過手動(dòng)沖程調(diào)節(jié)泵開度。當(dāng)水量變化時(shí)，加藥量大小無法自動(dòng)調(diào)整，需人工調(diào)整，工作量大?？筛倪M(jìn)之處是配套設(shè)變頻裝置，與水量聯(lián)鎖自動(dòng)運(yùn)行。

6 結(jié)語

（1）經(jīng)過幾個(gè)月的調(diào)試運(yùn)行，系統(tǒng)各項(xiàng)指標(biāo)均達(dá)到或優(yōu)于設(shè)計(jì)水平。出水CODcr可穩(wěn)定在100 mg/L以內(nèi)。證明利用生化法處理冷軋濃堿廢水是切實(shí)可行的，可推廣利用。

（2）應(yīng)盡可能多的使用自動(dòng)控制和檢測設(shè)備，提升系統(tǒng)自動(dòng)化水平，提高系統(tǒng)安全可靠性，降低運(yùn)行操作工作量。

[1]王笏曹主編．鋼鐵工業(yè)給水排水設(shè)計(jì)手冊[M]．北京：冶金工業(yè)出版社，2005，938-9392．

Design and Operation Optim ization of Cold Rolling Concentrated A lkaline Wastewater System

Wang Chongwu,Chen Qi
(Baosteel Engineering&Technology Co.,Ltd.,Shanghai 201900,China)

The design and operation optimization process of cold rolling concentrated alkaline wastewater system of a steel enterprise are introduced in detail,including process selection,calculation of process parameters and selection of the main equipment.The system uses the air floatation device as the core equipment in the pretreatment part and adopts the bio-contact oxidation method as the core treatment process in the bio-chemical part.The system has high automation level and is easy to operate and maintain.

cold rolling concentrated alkaline wastewater;design;air floatation equipment;bio-contact oxidation process

X77

B

1006-6764（2015）09-0058-04

2015-05-29

王崇武（1982-），男，2008年畢業(yè)于天津大學(xué)，獲環(huán)境工程專業(yè)碩士學(xué)位，工程師，現(xiàn)從事鋼鐵冷軋廢水處理設(shè)計(jì)及運(yùn)行工作。