臭氧活性炭技術(shù)對(duì)某鋼廠廢水中污染物的控制研究

李 鋒

(運(yùn)城市環(huán)境保護(hù)監(jiān)測(cè)站，山西 運(yùn)城 044000)

環(huán)境保護(hù)

臭氧活性炭技術(shù)對(duì)某鋼廠廢水中污染物的控制研究

李 鋒

(運(yùn)城市環(huán)境保護(hù)監(jiān)測(cè)站，山西 運(yùn)城 044000)

鋼鐵工業(yè)是我國(guó)工業(yè)用水和外排廢水大戶，對(duì)鋼鐵工業(yè)廢水中污染物的控制研究，對(duì)保護(hù)水資源有重要的現(xiàn)實(shí)意義。以山西晉南某鋼廠“廢水處理及回收利用改造項(xiàng)目”為依托，討論臭氧活性炭技術(shù)對(duì)鋼廠廢水重污染物的控制作用。結(jié)果表明，臭氧活性炭工藝對(duì)鋼廠廢水中的有機(jī)污染物及金屬污染物鐵、錳等都有很好的去除效果，對(duì)CODMn、UV254、油、Fe2+及Mn2+的去除率分別為68%、50%、84%、83%和63%左右。臭氧活性炭工藝值得在鋼鐵工業(yè)廢水處理中推廣應(yīng)用。

臭氧活性炭；鋼廠廢水；污染物；控制

水是人類賴以生存的物質(zhì)基礎(chǔ)，是世界上一切生命得以存在的前提條件。我國(guó)水資源總量相對(duì)較多，約2.81萬(wàn)億m3，居世界第六位，然而，我國(guó)水資源人均占有量較少，約為2161 m3，僅是世界人均占有量的25%，因此，我國(guó)被列為世界上13個(gè)貧水國(guó)家之一[1]。近年來(lái)，隨著我國(guó)鋼鐵工業(yè)的迅猛發(fā)展，其在大力推動(dòng)地區(qū)經(jīng)濟(jì)建設(shè)的同時(shí)，不僅消耗了大量的水資源，還造成了大量的廢水排放，惡化了水環(huán)境，導(dǎo)致水資源短缺問(wèn)題日趨嚴(yán)重[2]。據(jù)統(tǒng)計(jì)資料顯示，我國(guó)鋼鐵工業(yè)外排廢水水量占工業(yè)外排廢水量高達(dá)10%左右，但達(dá)標(biāo)率僅為85%左右，低于國(guó)外鋼鐵工業(yè)100%達(dá)標(biāo)排放的標(biāo)準(zhǔn)[3]；同時(shí)，我國(guó)鋼鐵工業(yè)噸鋼新水用量及噸鋼外排廢水量分別為29 t及20 t左右，國(guó)外先進(jìn)指標(biāo)僅為3 t和2 t左右[4]，噸鋼新水用量及噸鋼外排廢水量嚴(yán)重高于國(guó)外先進(jìn)指標(biāo)。這些數(shù)據(jù)充分表明我國(guó)鋼鐵企業(yè)廢水處理已迫在眉睫，否則其將逐漸成為制約鋼鐵工業(yè)可持續(xù)

發(fā)展的重要因素。

鋼鐵行業(yè)較大的廢水量主要包括煉鋼、軋鋼過(guò)程中的冷卻排污水，還包括廠房地面沖洗水及部分生活用水等，回收與利用的潛力巨大。本課題以山西晉南某鋼廠“廢水處理及回收利用改造項(xiàng)目”為依托，采用臭氧活性炭技術(shù)對(duì)廢水量為200 m3/h規(guī)模鋼廠廢水中的有機(jī)污染物及金屬污染物鐵、錳等進(jìn)行去除和控制，使其廢水滿足達(dá)標(biāo)排放的標(biāo)準(zhǔn)，為鋼鐵廠廢水的再生循環(huán)利用做基礎(chǔ)，從而最大限度地減少水資源的消耗，實(shí)現(xiàn)鋼鐵工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展[5]。

1 試驗(yàn)概述

1.1 鋼廠廢水水質(zhì)現(xiàn)狀

鋼廠廢水特點(diǎn)為水量大、懸浮物及污染物種類較多及水質(zhì)變化明顯等。本次研究所取水樣為鋼廠循環(huán)冷卻排污水，水質(zhì)狀況由鋼廠檢測(cè)中心提供，具體指標(biāo)及數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 鋼廠廢水主要水質(zhì)指標(biāo)

1.2 試驗(yàn)方法與檢測(cè)指標(biāo)

主要采用臭氧活性炭工藝對(duì)鋼廠廢水進(jìn)行處理，臭氧活性炭技術(shù)是在利用活性炭床高吸附作用的基礎(chǔ)上，通過(guò)臭氧穩(wěn)定、高效的氧化作用，來(lái)彌補(bǔ)活性炭吸附飽和需頻繁更換的缺陷，實(shí)現(xiàn)活性炭的自動(dòng)再生，以降低廢水處理的運(yùn)行成本。

主要通過(guò)測(cè)定CODMn、紫外消光度(UV254)、油及金屬污染物中鐵、錳的含量，考察臭氧活性炭工藝控制這些污染物質(zhì)的有效性。

1.3 主要設(shè)備

本試驗(yàn)設(shè)備系統(tǒng)主要包括活性碳吸附器及臭氧投加系統(tǒng)。

1) 活性碳吸附器?；钚蕴嘉狡骶哂胁僮骱?jiǎn)單、吸附過(guò)濾效果好及運(yùn)行費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn)?；钚蕴繉?duì)污染物溶質(zhì)等的吸附機(jī)理是活性炭吸附器的主要工作原理，其次，活性炭與污染物溶質(zhì)之間的靜電力、范德華引力或化學(xué)鍵力也是活性炭吸附器處理污水的主要作用力。

2) 臭氧投加系統(tǒng)。臭氧的氧化能力極強(qiáng)，可與有機(jī)物及無(wú)機(jī)物Fe2+及Mn2+等發(fā)生氧化還原反應(yīng)。臭氧投加系統(tǒng)主要包括臭氧發(fā)生器及臭氧投加泵，臭氧發(fā)生器通過(guò)放電作用，利用氧氣產(chǎn)生臭氧；臭氧投加泵將臭氧發(fā)生器產(chǎn)生的臭氧投入反應(yīng)器，進(jìn)行氧化還原反應(yīng)。臭氧發(fā)生器的產(chǎn)氣量為Q=1 000 g/h，臭氧投加泵流量Q=60 m3/h，揚(yáng)程H=30 m。

2 結(jié)果分析與討論

2.1 臭氧投加量的確定

為了觀察臭氧活性炭工藝對(duì)鋼鐵廠廢水中污染物的處理效果，參照相關(guān)文獻(xiàn)資料[5]，以CODMn為參數(shù)，分別考察臭氧投加量為0.5、1.0、1.5、2.0、2.5、3.0 mg/L時(shí)，出水水質(zhì)穩(wěn)定后，水中CODMn的濃度變化值。試驗(yàn)結(jié)果如圖1所示。

圖1 不同臭氧投加量下CODMn的去除率

作為一種強(qiáng)氧化劑，臭氧可以將廢水中的有機(jī)物徹底氧化成二氧化碳和水，或者將其氧化為更易被活性炭吸附去除的中間產(chǎn)物，對(duì)廢水處理尤其是對(duì)有機(jī)物含量大的廢水處理具有較好的處理效果。如圖1所示，加入臭氧可以明顯提高鋼鐵廠廢水中CODMn的去除率。具體看來(lái)，在臭氧投加量為1.5 mg/L之前，隨著臭氧投加量的增加，CODMn的去除率有顯著上升的趨勢(shì)，隨后，隨著臭氧投加量的增多，CODMn的去除率卻略有下降的趨勢(shì)。分析認(rèn)為，臭氧投加量為零時(shí)，廢水中有機(jī)物的去除主要靠活性炭的吸附作用，隨著臭氧的投加及投加量的增多，廢水中部分有機(jī)物被臭氧氧化成CO2和H2O，臭氧與活性炭的協(xié)同作用開(kāi)始起主導(dǎo)作用，在臭氧投加量為1.5 mg/L時(shí)，二者協(xié)同作用使廢水中CODMn的去除率最高，可達(dá)83%左右；而后，隨著臭氧投加量的繼續(xù)增多，臭氧的強(qiáng)氧化效果將廢水中有機(jī)物氧化成更小的產(chǎn)物，反而不利于活性炭的吸附去除，從經(jīng)濟(jì)角度考慮，也不夠經(jīng)濟(jì)實(shí)用。故，針對(duì)鋼鐵廠現(xiàn)有水質(zhì)，確定臭氧投加量為1.5 mg/L。

2.2 對(duì)污染物的去除效果

在臭氧投加量為1.5 mg/L的條件下，分析臭氧活性炭工藝對(duì)鋼廠廢水CODMn、紫外消光度(UV254)、油及金屬污染物鐵、錳的去除效果，具體見(jiàn)第117頁(yè)表2所示。

由表2可知，鋼鐵廠廢水經(jīng)過(guò)臭氧活性炭工藝處理后，CODMn、油和金屬污染物鐵、錳濃度有明顯的降低，紫外消光度(UV254)也有較大的降低，說(shuō)明臭氧活性炭技術(shù)可以有效地控制鋼鐵廠廢水中的污染物。具體數(shù)據(jù)為：鋼廠廢水進(jìn)水CODMn平均質(zhì)量濃度為15 mg/L左右，處理后的CODMn平均質(zhì)量濃度為5 mg/L左右，平均處理率為68%左右；UV254是指波長(zhǎng)在254 nm下水樣的紫外吸光度，其值的大小可以間接表示水樣有機(jī)物濃度的高低。鋼廠進(jìn)水紫外消光度(UV254)平均值為0.28左右，出水UV254平均值為0.14左右，平均處理率為50%左右；鋼鐵工業(yè)廢水中通常含油，因此，鋼廠廢水處理有專門的除油裝備，并配有完善的除油措施。臭氧活性炭工藝下，鋼廠廢水中油質(zhì)量濃度由4.15 mg/L降為0.65 mg/L，平均去除率可達(dá)84%左右；一般而言，鋼廠排污水中金屬鐵、錳的含量相對(duì)較高，除污裝置中一般設(shè)有裝填錳砂層的普通快濾池，可將大部分的金屬鐵、錳去除。由第117頁(yè)表2可以看出，經(jīng)過(guò)處理的廢水在進(jìn)入臭氧活性炭吸附器前，廢水中鐵、錳的平均質(zhì)量濃度為0.28 mg/L和0.05 mg/L左右，但經(jīng)過(guò)臭氧活性炭工藝的去除，二者濃度有明顯的降低，出水水質(zhì)中鐵的質(zhì)量濃度約0.048 mg/L，錳的質(zhì)量濃度約0.019 mg/L，對(duì)二者去除率分別可達(dá)83%和63%左右，更有效地解決了鐵、錳的污染問(wèn)題。

表2 臭氧活性炭工藝下鋼鐵廠廢水進(jìn)出水水質(zhì)狀況

3 結(jié)論

我國(guó)鋼鐵工業(yè)不僅用水量大，產(chǎn)生廢水量也較多，其廢水中含有大量懸浮物、有機(jī)物、重金屬、油等有害污染物質(zhì)，是我國(guó)廢水治理的焦點(diǎn)和難點(diǎn)。對(duì)鋼鐵工業(yè)廢水中污染物的控制研究，不僅對(duì)解決水體污染、凈化水環(huán)境、保護(hù)水資源有重要的現(xiàn)實(shí)意義，還是促進(jìn)鋼鐵工業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要保障。本試驗(yàn)通過(guò)臭氧活性炭技術(shù)處理某鋼廠廢水，得出如下結(jié)論：1) 鋼鐵工業(yè)是我國(guó)工業(yè)用水和外排廢水大戶，回收與利用潛力巨大，積極探索一條適于鋼鐵企業(yè)不同水質(zhì)要求且經(jīng)濟(jì)可靠的廢水再生循環(huán)利用系統(tǒng)，是實(shí)現(xiàn)工業(yè)廢水資源化利用的重要途徑和解決辦法。2) 試驗(yàn)確定的臭氧活性炭工藝處理鋼廠廢水的臭氧最佳投加量為1.5 mg/L，投加量小，達(dá)不到廢水處理效果，投加量大，不僅不夠經(jīng)濟(jì)實(shí)用，還會(huì)影響廢水出水水質(zhì)。3) 臭氧活性炭技術(shù)可以有效地控制鋼鐵廠廢水中的污染物。鋼鐵廠廢水經(jīng)過(guò)臭氧活性炭工藝處理后，CODMn、油和金屬污染物鐵、錳濃度有明顯的降低，紫外消光度(UV254)也有較大的降低。具體為，對(duì)CODMn、UV254、油、Fe2+及Mn2+的去除率分別為68%、50%、84%、83%和63%左右，出水水質(zhì)達(dá)到排放要求。

[1] 邵青.水處理及循環(huán)再利用技術(shù)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2003.

[2] 肖錦.城市污水處理及回用技術(shù)[M].第1版.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2002.

[3] 張書(shū)珍，孫曉然.國(guó)內(nèi)鋼鐵工業(yè)廢水處理現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)[J].中國(guó)鋼鐵業(yè),2010(9):16-19.

[4] 李劍波，張煥禎，趙星潔，等.鋼鐵廢水回用作循環(huán)冷卻水補(bǔ)水試驗(yàn)研究[J].工業(yè)水處理,2006,26(10):20-23.

[5] 楊德敏，袁建梅，夏宏.臭氧/活性炭聯(lián)合工藝深度處理焦化廢水[J].環(huán)境工程學(xué)報(bào),2014,8(9):53-55.

Study on the control of pollutants in wastewater of a steel plant by ozone activated carbon technology

LI Feng

(Yuncheng Environmental Protection Monitoring Station, Yuncheng Shanxi 044000, China)

China's industrial water and waste water is mainly from iron and steel industries. The control of pollutants in wastewater of iron and steel industry has important practical significance for the protection of water resources. Taking"wastewater treatment and recycling projects " of a Jinnan steel plant in Shanxi as the basis, this paper discusses the control effect of ozone activated carbon technology on heavy steel wastewater pollutants. The results show that ozone activated carbon process has good removal effect on organic pollutants, metal pollutants and manganese in wastewater by iron steel, and the removal rate of CODMn, UV254, Fe2+and oil, Mn2+are around 68%, 50%, 84%, 83% and 63%. The ozone activated carbon process is worth to be popularized and applied in wastewater treatment of iron and steel industry.

ozone activated carbon; wastewater of steel plant; pollutant; control

2017-02-14

李 鋒，男，1969年出生，1990年畢業(yè)于山西礦業(yè)學(xué)院，高級(jí)工程師，主要從事環(huán)境監(jiān)測(cè)、環(huán)境保護(hù)等方面的研究工作。

10.16525/j.cnki.cn14-1109/tq.2017.01.38

X703

A

1004-7050(2017)01-0115-03