冷軋含油廢水預(yù)處理氣浮試驗(yàn)研究

李楊樹

(上海洗霸科技股份有限公司，上海　200437)

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冷軋含油廢水預(yù)處理氣浮試驗(yàn)研究

李楊樹

(上海洗霸科技股份有限公司，上海200437)

探索武鋼某冷軋含油乳化液廢水氣浮預(yù)處理工藝，通過小試實(shí)驗(yàn)確定氣浮最佳工藝參數(shù)：用H2SO4調(diào)節(jié)氣浮進(jìn)水pH于8.0～9.0；選擇PFS為混凝劑，投加濃度為1500 mg/L；采用陰離子PAM為絮凝劑，投加濃度為30 mg/L。經(jīng)中試試驗(yàn)表明：在最佳工藝參數(shù)條件下，無論進(jìn)水CODCr高低，氣浮裝置的去除率均為90%左右，最高達(dá)到94%，能很好解決冷軋含油乳化液廢水預(yù)處理問題。

冷軋；乳化液廢水；混凝；氣浮

冷軋含油及乳化液廢水具有成分復(fù)雜，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，水質(zhì)變化幅度大，CODCr達(dá)標(biāo)排放困難等特點(diǎn)，而成為冷軋廢水最難處理的一類污水[1-2]。目前，針對此類廢水處理，寶鋼等國內(nèi)諸多鋼廠均采用無機(jī)陶瓷膜超濾裝置+生物接觸氧化技術(shù)[3-6]。但真正做到CODCr穩(wěn)定達(dá)標(biāo)排放的企業(yè)并不多，為此，有的鋼企積極進(jìn)行技術(shù)探索，例如：邯鋼[7]應(yīng)用固定化微生物技術(shù)來降解冷軋含油廢水中的 COD，Gaia-BAF出水 COD 可穩(wěn)定保持在 85～98 mg/L，小于 100 mg/L。但新國標(biāo)[8]規(guī)定2015年1月1日起，總排口CODCr的排放標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)小于70 mg/L，達(dá)標(biāo)企業(yè)更是少之甚少，迫使許多鋼廠進(jìn)行技術(shù)改造，馬鋼2130冷軋經(jīng)技改后CODCr排放達(dá)標(biāo)[3]，寶鋼2030冷軋正在技改之中。

武鋼某冷軋廠含油及乳化液廢水處理主要采用無機(jī)陶瓷膜超濾加生物接觸氧化法工藝。自投產(chǎn)以來，一直存在下列問題：乳化液調(diào)節(jié)池加熱破乳回收上層浮油效果不佳，易存在皂化現(xiàn)象；超濾循環(huán)箱CODCr濃度富集，出水CODCr濃度太高；生化池容積小，停留時間短，CODCr去除率低，出水CODCr偏高；生化池二沉池出水CODCr一直在1000 mg/L以上，導(dǎo)致整個廢水處理系統(tǒng)最終排口CODCr不合格。

綜上，含油乳化液廢水系統(tǒng)超濾進(jìn)水CODCr較高，超出設(shè)計進(jìn)水水質(zhì)，而超濾去除CODCr能力有限，導(dǎo)致超濾出水CODCr較高，不滿足生物接觸氧化池進(jìn)水水質(zhì)，以致最終排口CODCr超標(biāo)。所以，本研究開展了超濾前增加氣浮設(shè)備進(jìn)行預(yù)處理試驗(yàn)，以降低超濾進(jìn)水CODCr值，達(dá)到設(shè)計要求。內(nèi)容包括：尋找合適的酸及最佳破乳pH范圍；篩選合適的混凝劑和絮凝劑，確定最佳投加濃度，并進(jìn)行中試試驗(yàn)。其目的就是獲得最佳工藝參數(shù)，論證氣浮+超濾+生物接觸氧化的處理效果，以滿足CODCr排放要求?，F(xiàn)場試驗(yàn)結(jié)果表示：無論進(jìn)水CODCr高低，氣浮裝置的去除率均為90%左右，能很好解決冷軋含油乳化液廢水預(yù)處理問題，能保證總排口CODCr達(dá)標(biāo)排放。

1　實(shí)　驗(yàn)

1.1試驗(yàn)裝置

圖1　試驗(yàn)裝置流程圖

車間排來的含油乳化液廢水由調(diào)節(jié)池收集，并調(diào)節(jié)到一定溫度和水質(zhì)要求，加熱破乳回收上層浮油。投加適當(dāng)?shù)乃?、混凝劑、絮凝劑后，用氣浮法分離去除乳化態(tài)的油及污染物。用超濾裝置截留小顆粒油珠和大分子溶解性有機(jī)物。剩余極少量膠體狀油珠及小分子水溶性有機(jī)污染物利用經(jīng)過馴化的微生物進(jìn)行生化降解。生化出水經(jīng)斜板池澄清后排至酸堿廢水系統(tǒng)進(jìn)一步處理，最終實(shí)現(xiàn)CODCr達(dá)標(biāo)排放。

1.2廢水的水質(zhì)和水量

1.2.1設(shè)計水質(zhì)

表1　設(shè)計水質(zhì)

1.2.2實(shí)際運(yùn)行水質(zhì)

含油乳化液廢水系統(tǒng)(含濃堿廢水)設(shè)計平均水量24 m3/h，來水主要污染物指標(biāo)CODCr在10000～20000 mg/L之間，pH在9～14之間。超濾進(jìn)水CODCr在20000～40000 mg/L。生物接觸氧化池進(jìn)水CODCr在2800～4000 mg/L。二沉池出水CODCr在1000 mg/L以上。

由此可知，超濾進(jìn)水CODCr含量大于設(shè)計值，導(dǎo)致超濾出水CODCr值超出生物接觸氧化池設(shè)計要求。

1.3試驗(yàn)藥劑

濃鹽酸，市售，工業(yè)級，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為31%；濃硫酸，市售，工業(yè)級，分量分?jǐn)?shù)為98%；濃硝酸，市售，工業(yè)級，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為46%。上述酸使用時配制1:1溶液。

聚合氯化鋁(PAC)，市售，含Al2O3質(zhì)量分?jǐn)?shù)為28%；聚合氯化鋁鐵(PAFC)，市售，含Al2O3質(zhì)量分?jǐn)?shù)為27%，F(xiàn)e2O3質(zhì)量分?jǐn)?shù)為4%；聚合硫酸鐵(PFS)，市售，含全鐵的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為19%；三氯化鐵(FeCl3)，市售，純度為96%；明礬，市售，含硫酸鋁鉀質(zhì)量分?jǐn)?shù)為98%。上述混凝劑使用時配制5%溶液。

聚丙烯酰胺(PAM)，陰離子型，法國產(chǎn)，分子量1200萬，使用時配制0.1%溶液。

1.4試驗(yàn)方法

1.4.1燒杯小試試驗(yàn)

氣浮裝置進(jìn)水酸破乳試驗(yàn)；混凝劑和絮凝劑的種類和用量篩選試驗(yàn)，分別取氣浮進(jìn)水100mL，投加各種藥劑后，在攪拌器150 r/min下攪拌5 min后，沉淀30 min，取上清液測CODCr。

1.4.2現(xiàn)場中試試驗(yàn)

按照圖1所示流程，依次投加小試試驗(yàn)確定的藥劑，最后取出水檢測CODCr指標(biāo)

1.5分析方法

CODCr采用快速消解分光光度法(HJ/T 399-2007)，儀器采用CM-02型臺式測定儀(北京雙暉京承電子產(chǎn)品有限公司)；

pH值采用玻璃電極法(GB/T6920-1986)，儀器采用PHS-3C型pH計(上海精科儀器有限公司)。

2　結(jié)果與討論

2.1小試試驗(yàn)

2.1.1不同pH值對破乳的影響

武鋼某冷軋含油乳化液一般呈堿性，取其100mL為試驗(yàn)水樣。用1:1鹽酸調(diào)節(jié)其pH，分別用PAC、PAFC、PFS、FeCl3和明礬作混凝劑，投加量為100 mg，再分別加入陰離子PAM絮凝劑1 mg，攪拌5 min后，混凝沉降30 min，待水樣沉淀完全后，取上清液考察在不同pH條件下CODCr的去除情況，原水CODCr為15345 mg/L。

表2　不同pH值對破乳的影響

注：pH為試驗(yàn)用水用HCl調(diào)節(jié)后的pH值；pHn(n=1,2,3,4,5)為調(diào)節(jié)pH后的試驗(yàn)用水再加入混凝劑后的pH，R為CODCr去除率(%)。

由表2可以看出，隨著pH值的減小，試驗(yàn)水樣的CODCr去除率均逐漸增加，但超過極限值后，CODCr的去除率不再增加。在陰離子PAM投加量、進(jìn)水CODCr含量、pH變動較大的情況下，投加PAC、PAFC、PFS的試驗(yàn)水樣，CODCr去除率保持規(guī)律性地穩(wěn)定變化。在pH<10的水質(zhì)條件下，投加PFS試驗(yàn)水樣的CODCr去除率最高，幾乎均在89%以上。加入混凝劑PFS的試驗(yàn)水樣，pH從8.24下降至5.57時，CODCr平均去除率從56%增加至92%，但pH持續(xù)下降時CODCr去除率變化不大。由以上可得，最佳pH為8.0～9.0，最佳混凝劑為PFS。

2.1.2酸的選擇對CODCr的影響

由表2可得，武鋼某冷軋含油乳化液在pH<10條件下，有利于混凝劑破乳。而武鋼某冷軋含油乳化液pH一般高于13，故在投加混凝劑前需調(diào)節(jié)pH。現(xiàn)分別用H2SO4、HNO3、HCl調(diào)節(jié)試驗(yàn)水樣pH，考察其對混凝劑去除CODCr的影響。取100mL武鋼某冷軋含油乳化液為試驗(yàn)水樣，投加混凝劑為100 mg，陰離子PAM絮凝劑1 mg，原水CODCr為15345 mg/L。

表3　酸的選擇對CODCr的影響

注：pH為試驗(yàn)用水用酸調(diào)節(jié)后的pH值；pHn(n=1,2,3,4,5)為調(diào)節(jié)pH后的試驗(yàn)用水再加入混凝劑后的pH，R為CODCr去除率，%。

由表3結(jié)果可見，用HNO3調(diào)節(jié)水樣的平均CODCr去除率要高于HCl，略高于H2SO4。在選用混凝劑PFS條件下，用H2SO4的CODCr去除率只比HNO3低1%，考慮到兩者價格因素，決定選用H2SO4。

2.1.3混凝劑的選擇與劑量確定

分別取100mL武鋼二冷軋含油廢水為試驗(yàn)用水，原水CODCr為15345 mg/L。考察調(diào)節(jié)pH和PFS投加量條件下(未投加PAM)，對氣浮試驗(yàn)結(jié)果的影響。

表4　不同pH及混凝劑PFS投加量對氣浮的影響

從表4數(shù)據(jù)可以看出，在相同PFS投加量，不同pH條件下，出水CODCr隨著pH的變化呈現(xiàn)明顯的規(guī)律性：當(dāng)pH>8.5時，出水CODCr隨著pH的升高而升高，特別是pH>10后，升高較為明顯；當(dāng)pH<8.5時，出水隨著pH的降低而升高，特別是pH<6后，升高更為明顯。在相同pH值不同PFS投加量條件下，出水CODCr隨著混凝劑投加量的增加而降低，當(dāng)混凝劑投加量大于2000 mg/L后，出水CODCr降低的趨勢已不明顯。故PFS混凝劑投加量初步定為1500 mg/L。

2.1.4絮凝劑的選擇與劑量確定

表5　絮凝劑PAM投加量對氣浮的影響

在pH8.5，投加PFS混凝劑1500 mg/L條件下，再配合投加一定濃度的有機(jī)絮凝劑陰離子PAM，有助于破乳絮體的聚集和沉淀。但絮凝劑陰離子PAM的投加量對氣浮的影響很大，現(xiàn)就不同絮凝劑陰離子PAM的投加量對氣浮的影響進(jìn)行研究，原水CODCr為15345 mg/L。結(jié)果如表5所示。

從表5中看出，出水中CODCr的含量隨著PAM投加量的增加而明顯降低。在投加濃度為30 mg/L時，可以將原水的CODCr從15345 mg/L降至951 mg/L，去除效率達(dá)到94%。在投加濃度為35 mg/L時，出水CODCr反而有所增加，說明過量的PAM已經(jīng)貢獻(xiàn)給出水中的CODCr。由此可見，30 mg/L是PAM最佳投加量。

2.2中試試驗(yàn)

2.2.1根據(jù)小試試驗(yàn)結(jié)果確定藥劑種類和劑量

通過小試實(shí)驗(yàn)，確定了武鋼某冷軋含油廢水氣浮最佳工藝參數(shù)：使用H2SO4調(diào)節(jié)氣浮進(jìn)水pH為8.0～9.0；PFS最佳投加濃度為1500 mg/L；陰離子PAM最佳投加量為30 mg/L。

2.2.2工藝運(yùn)行參數(shù)

2.2.2.1溶氣氣浮裝置

1臺，4.2×2.2×2.5 m，處理能力20 m3/h，N=12 kW，不銹鋼材質(zhì)；溶氣罐Ф700×3250，內(nèi)裝鮑爾環(huán)填料，主要是由溶氣泵、釋放器、空壓機(jī)組合成溶氣系統(tǒng)，溶氣罐液位由液位平衡器控制。

2.2.2.2超濾裝置

無機(jī)陶瓷膜超濾，每套處理水量2 m3/h，共12套。膜管支撐體為Al2O3，膜材質(zhì)為氧化鋯，膜孔徑50 nm，采用進(jìn)口膜管；循環(huán)箱容積237 m3，鋼結(jié)構(gòu)，內(nèi)部采用耐高溫玻璃鱗片防腐。

2.2.2.3生物接觸氧化

生物接觸氧化池：1座，地上式鋼混結(jié)構(gòu)，有效容積250 m3，尺寸12.5 m×4 m×5.5 m，內(nèi)有填料、曝氣管和曝氣頭。每個曝氣頭曝氣量為2 m3/h，共200個。

二沉池為斜板沉淀池：1座，地上式鋼混結(jié)構(gòu)，尺寸8 m×4 m×4.3 m，內(nèi)有排泥管。

2.2.3氣浮中試試驗(yàn)結(jié)果

氣浮處理裝置安裝好后，開始為期一個月的現(xiàn)場中試試驗(yàn)。

在氣浮開機(jī)正常運(yùn)行后，先按小水量調(diào)試，根據(jù)小試結(jié)果計算加藥量(在氣浮的調(diào)節(jié)池里投加一定量H2SO4將原水pH值調(diào)節(jié)到8～9，PFS的濃度按5%配制，PAM按0.1%濃度配制)。根據(jù)氣浮的浮渣情況、出水效果和監(jiān)測數(shù)據(jù)適當(dāng)調(diào)整加藥量，并計算出單位水量的藥劑用量。調(diào)大處理水量后，通過調(diào)整濃度和藥劑流量兩方面控制加藥量。在氣浮進(jìn)水后，出現(xiàn)明顯浮渣時開啟刮渣機(jī)，進(jìn)水流量穩(wěn)定后，通過調(diào)節(jié)出水量來調(diào)節(jié)浮渣排放量，要求上層浮渣基本被刮掉。

系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行后，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表6。

表6　氣浮試驗(yàn)結(jié)果

從表6看出，氣浮進(jìn)水的pH較高(11～13之間)，此pH值范圍條件下，混凝劑的破乳效果不理想，根據(jù)所用混凝劑的特性及小試結(jié)果，將廢水pH調(diào)至8.0～9.0，取得了良好的破乳處理效果。氣浮試驗(yàn)的進(jìn)水CODCr為11000～36000 mg/L之間，出水的CODCr為900～2400 mg/L，無論進(jìn)水CODCr高低，氣浮裝置的去除效率均為90%左右，最高達(dá)到了94%，且氣浮出水水質(zhì)滿足超濾進(jìn)水水質(zhì)要求。說明采用氣浮工藝進(jìn)行武鋼某冷軋含油乳化液廢水的預(yù)處理是可行的。

2.2.4現(xiàn)場氣浮、超濾和生物接觸氧化組合中試試驗(yàn)結(jié)果

氣浮取得良好的效果后，氣浮出水進(jìn)入超濾、生物接觸氧化組合試驗(yàn)，試驗(yàn)水量20 m3/h，連續(xù)進(jìn)水，生化池容積負(fù)荷在0.96～1.28 kg/m3·d。試驗(yàn)持續(xù)一周時間，超濾的平均通量與沒有氣浮相比高50%以上，運(yùn)行周期可延長一倍以上。試驗(yàn)數(shù)據(jù)見表7所示。

表7　氣浮、超濾、生化組合試驗(yàn)結(jié)果

由表7可知，組合試驗(yàn)結(jié)果較好，氣浮出水CODCr滿足超濾設(shè)計進(jìn)水水質(zhì)，超濾出水CODCr滿足生物接觸氧化進(jìn)水水質(zhì)要求，從而生物接觸氧化出水CODCr滿足排放標(biāo)準(zhǔn)，但若采用氣浮工藝，需對現(xiàn)有工藝進(jìn)行改造。

3　結(jié)　論

(1)在超濾前增加氣浮裝置進(jìn)行含油及乳化液廢水處理是可行的，CODCr的去除率可達(dá)90%；

(2)現(xiàn)場試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，冷軋含油乳化液廢水處理能夠?qū)崿F(xiàn)CODCr單獨(dú)達(dá)到排放(小于70 mg/L)；用H2SO4調(diào)節(jié)氣浮進(jìn)水pH于8.0～9.0；選擇PFS為混凝劑，投加濃度為1500 mg/L；采用陰離子PAM為混凝劑，投加濃度為30 mg/L。

(3)采用氣浮、超濾、生物接觸氧化組合工藝有利于處理冷軋含油乳化液廢水，用其對現(xiàn)有工藝進(jìn)行提標(biāo)改造，有望解決CODCr達(dá)標(biāo)排放問題。

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[8]GB13456-2012鋼鐵工業(yè)水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)[S].

Study on Flotation for Pretreatment of Oil-containing Wastewater from Cold Rolling

LI Yang-shu

(Shanghai Emperor of Cleaning Tech Co.,Ltd.,Shanghai 200437,China)

A flotation pretreatment process of oil-containing emulsion waste water from cold rolling plant of Wuhan Iron & Steel Corp.was explored,through small scale experiments,the optimum process parameters were determined:flotation influent pHwas between 8.0 and 9.0 adjusted with H2SO4,PFS coagulant dosage was 1500 mg/L,anionic PAM as flocculant dosage was 30 mg/L.A series of industrial tests showed that under the condition of the optimal parameters,regardless of the influent CODCrcontent,the removal efficiency of the flotation devices were all about 90%,up to 94%,which was a good pretreatment to disposal of oil-containing emulsion waste water from cold rolling plant of Wuhan Iron & Steel Corp.

cold rolling; emulsion wastewater; coagulation; flotation

李楊樹(1974-)，男，工程師，主要從事循環(huán)冷卻水處理方面工作。

[TF09]

A

1001-9677(2016)011-0102-04