冷軋酸性廢水處理污泥減量化技術(shù)探討

許曉嬰

（寶山鋼鐵股份有限公司，上海 201900）

1 概述

某不銹鋼公司冷軋工藝產(chǎn)生大量含重金屬離子的酸性廢水，需經(jīng)廢水處理站處理后才可以達(dá)標(biāo)排放，在廢水處理過程中產(chǎn)生大量含重金屬離子的污泥。

酸性廢水主要來自不銹鋼熱帶退火酸洗機(jī)組(SS-HAPL)、不銹鋼冷帶退火酸洗機(jī)組(SS-CAPL)、碳鋼酸洗機(jī)組(CS-CPL)、混酸再生站(ARP1)、鹽酸再生站(ARP2)、新酸站等。此外，碳鋼熱鍍鋅機(jī)組(CSCGL)的淬水冷卻段和鋅鍋地坑的含鋅廢水及碳鋼連退機(jī)組(CS-CAL)的淬水槽地坑含SS 廢水進(jìn)入本酸性廢水處理系統(tǒng)；來自不銹鋼熱帶退火酸洗機(jī)組(SS-HAPL)和不銹鋼冷帶退火酸洗機(jī)組(SS-CAPL)的中性鹽及含鉻廢水也進(jìn)入本酸性廢水處理系統(tǒng)。

酸洗廢水采用石灰中和、混凝沉淀和過濾工藝進(jìn)行處理，處理后的污泥中含有大量重金屬和氟化鈣的混合物，屬危險廢棄物。

本文結(jié)合不銹鋼公司冷軋酸性廢水處理改造對于冷軋酸性廢水處理污泥減量化技術(shù)進(jìn)行探討。

2 水處理工藝改進(jìn)思路

原水處理工藝流程為：酸性廢水和含鉻廢水處理設(shè)施處理后的出水→一級pH 調(diào)節(jié)池(投加石灰并曝氣)→二級pH 調(diào)節(jié)池(投加石灰、PAC并曝氣)→反應(yīng)澄清池(投加PAM)→清水池→過濾系統(tǒng)→達(dá)標(biāo)排放。

針對酸性廢水處理采用石灰作為中和藥劑及實際操作過程中因過量投加石灰造成石灰消耗量大、進(jìn)而造成污泥量大的情況，對廢水處理站酸性/含鉻廢水處理工藝進(jìn)行污泥減量改造，通過對酸性廢水工藝流程的改造，將石灰中和的傳統(tǒng)處理工藝改為先用液堿中和、后用石灰中和的新型處理工藝。

在液堿中和段主要生成以重金屬氫氧化物為主的污泥，在石灰中和段主要生成氟化物為主的污泥，通過在兩個階段pH 值的調(diào)整，盡量抑制或減少CaSO4的生成，并在處理工藝中盡量減少石灰的過量投加，從而減少最終污泥量，降低有害廢棄物的處置費用。

3 系統(tǒng)設(shè)計

3.1 水處理流程

經(jīng)工藝改進(jìn)后的水處理系統(tǒng)流程為：酸性廢水和含鉻廢水處理設(shè)施處理后的出水→新增預(yù)處理池→(投加石灰)一級pH 調(diào)節(jié)池(投加NaOH 并曝氣)→二級pH 調(diào)節(jié)池(投加NaOH 并曝氣)→反應(yīng)澄清池(投加PAM)→新增一級氟反應(yīng)槽(投加HCl、石灰及PAC)→新增二級氟反應(yīng)槽(鹽酸、石灰及PAC)→新增斜管沉淀池(投加PAM)→新增中間水池→過濾系統(tǒng)→達(dá)標(biāo)排放。

3.2 系統(tǒng)反應(yīng)

含鉻廢水二級還原后進(jìn)入酸性廢水調(diào)節(jié)池與酸性廢水合并，廢水經(jīng)調(diào)節(jié)后用泵先輸送至新增預(yù)處理池，在此處投加石灰，對pH 值進(jìn)行初步調(diào)節(jié)后再進(jìn)入現(xiàn)有一級、二級中和槽，中和槽內(nèi)投加的藥劑由石灰改為NaOH，使廢水中的金屬離子生成不易溶解的金屬氫氧化物沉淀，實現(xiàn)重金屬分離。重金屬沉淀物中，主要成分為鎳，三價鉻和鐵，同時有一部分的氟化物生成沉淀。經(jīng)現(xiàn)有反應(yīng)澄清池分離后重金屬污泥進(jìn)入現(xiàn)有污泥濃縮及壓濾系統(tǒng)。

經(jīng)反應(yīng)澄清池分離后的出水由現(xiàn)有出水泵提升至新增一、二級氟反應(yīng)槽。第一級氟反應(yīng)槽內(nèi)投加HCl和石灰調(diào)節(jié)pH值，同時石灰與氟離子反應(yīng)沉淀，并投加PAC 輔助沉淀；第二級氟反應(yīng)槽繼續(xù)投加鹽酸、石灰及PAC，PAC 在石灰與氟離子反應(yīng)同時起到混凝作用。

反應(yīng)后的廢水通過新增配水槽分兩路進(jìn)入兩套新增斜管沉淀池，在斜管前端絮凝反應(yīng)區(qū)投加PAM，加強(qiáng)沉降性。反應(yīng)區(qū)內(nèi)設(shè)機(jī)械攪拌器緩慢攪拌以加速混凝反應(yīng),而后進(jìn)入氟沉淀區(qū)，沉淀物在氟沉淀區(qū)得到沉淀并與水分離，污泥采用泥斗排泥的方式。

斜管沉淀池排出污泥由新增渣漿泵輸送至污泥濃縮池進(jìn)行污泥濃縮及后續(xù)處理。斜管沉淀池出水流入新增中間水池，由新增提升泵提升至現(xiàn)有廢水處理站的砂濾配水池，回歸現(xiàn)有廢水處理站后續(xù)處理工序。

4 系統(tǒng)運行

4.1 廢水收集和調(diào)節(jié)

含鉻廢水進(jìn)入含鉻廢水調(diào)節(jié)池。含鉻廢水調(diào)節(jié)池功能是廢水的收集和廢水水質(zhì)水量的調(diào)節(jié)，可以保證后續(xù)化學(xué)還原系統(tǒng)的常流量穩(wěn)定操作。

廢水調(diào)節(jié)池配備兩臺廢水輸送泵，兩臺泵一用一備，作用是將調(diào)節(jié)池的含鉻廢水提升至下游的化學(xué)還原處理構(gòu)筑物。調(diào)節(jié)池頂部配有一臺超聲波液位計，測量得到的液位信號與輸送泵的開停連鎖控制。

酸性廢水進(jìn)入酸性廢水調(diào)節(jié)池。廢水調(diào)節(jié)池功能是廢水的收集和廢水水質(zhì)水量的調(diào)節(jié)，可以保證后續(xù)pH調(diào)節(jié)系統(tǒng)的常流量穩(wěn)定操作。

廢水調(diào)節(jié)池配備兩臺廢水輸送泵，兩臺泵一用一備，作用是將調(diào)節(jié)池的酸性廢水提升至下游的構(gòu)筑物。調(diào)節(jié)池頂部配有一臺超聲波液位計，測量得到的液位信號與輸送泵的開停連鎖控制。

上述系統(tǒng)均利用廢水處理站已建系統(tǒng)。

4.2 重金屬離子去除

4.2.1 pH 調(diào)節(jié)

酸性廢水（包含含鉻廢水）先進(jìn)入預(yù)處理槽(新增裝置)，投加石灰初步調(diào)節(jié)pH 值，由pH 探頭控制投加石灰的量，從而調(diào)節(jié)廢水的pH 值到4～6。在pH預(yù)處理槽內(nèi)設(shè)有曝氣管，壓縮空氣通過曝氣系統(tǒng)進(jìn)入罐內(nèi)，以助于將二價鐵離子氧化為三價鐵離子，并起到調(diào)節(jié)均勻攪拌的作用。pH預(yù)處理槽頂部安裝了攪拌器。

經(jīng)過預(yù)處理槽的酸性廢水進(jìn)入一級中和槽，在一級中和槽內(nèi)安裝有浸入式pH 探頭。通過氫氧化鈉加藥閥門(新增裝置)來控制氫氧化鈉的投加量，從而調(diào)節(jié)廢水的pH 值到8.3～8.8，以滿足Ni2+和其它重金屬的氫氧化物沉淀范圍，pH調(diào)節(jié)池頂部安裝了攪拌器。

一級中和槽出水采用連通管方式進(jìn)入二級中和槽，二級中和槽內(nèi)安裝有浸入式pH 探頭。氫氧化鈉加藥閥門(新增裝置)來控制氫氧化鈉的投加量，從而調(diào)節(jié)廢水的pH 值到8.3～8.8，以滿足Ni2+和其它重金屬的氫氧化物沉淀范圍。pH 調(diào)節(jié)池頂部安裝了攪拌器。在反應(yīng)池內(nèi)設(shè)有曝氣管，壓縮空氣通過曝氣系統(tǒng)進(jìn)入罐內(nèi)，以助于將二價鐵離子氧化為三價鐵離子，并起到調(diào)節(jié)均勻攪拌的作用。

經(jīng)過兩級中和處理后廢水的pH 值在8.3～8.8左右，實際為堿性廢水。

4.2.2 氟離子去除

澄清池出水由泵提升至新增的氟反應(yīng)槽系統(tǒng)，用于生成氟化鈣沉淀物。在氟反應(yīng)槽進(jìn)口安裝有在線氟離子儀，用來測量進(jìn)水氟離子濃度。

氟反應(yīng)池為二聯(lián)槽，含有兩個工作區(qū)，分別為反應(yīng)槽I和反應(yīng)槽II。

氟反應(yīng)槽I 的反應(yīng)時間為25 min，最大流量反應(yīng)時間為20 min。采用石灰作為沉淀反應(yīng)劑，用石灰加藥閥門來調(diào)節(jié)石灰的投加量。改造增加的PAC 計量泵來實現(xiàn)PAC 投加。在氟反應(yīng)槽I內(nèi)安裝有浸入式pH探頭，用以通過控制HCl加藥閥門來調(diào)節(jié)HCl的投加量，從而調(diào)節(jié)廢水的pH值到達(dá)到反應(yīng)的最佳pH值范圍。氟反應(yīng)槽I頂部安裝了攪拌器。

氟反應(yīng)槽II 的反應(yīng)時間為25 min，最大流量的反應(yīng)時間為20 min。在此反應(yīng)槽中補充投加石灰乳，用石灰加藥閥門來調(diào)節(jié)石灰的投加量。在氟反應(yīng)槽II 內(nèi)安裝有浸入式pH 探頭，用以通過控制鹽酸加藥閥門來調(diào)節(jié)鹽酸的投加量，從而調(diào)節(jié)廢水的pH值到達(dá)到反應(yīng)的最佳pH值范圍。改造增加的聚鋁化合物計量泵來實現(xiàn)PAC 投加。氟反應(yīng)槽II 頂部安裝了攪拌器。

經(jīng)過氟反應(yīng)池處理后的廢水含F(xiàn)-可以降至10 mg/L 以下，廢水的pH 值在8.3～8.8 左右，實際為堿性廢水。處理后的廢水由配水槽配水至兩路并聯(lián)沉淀系統(tǒng)。

新增的斜管沉淀系統(tǒng)，用于沉淀氟化鈣沉淀物。斜管沉淀系統(tǒng)共有2套并聯(lián)。斜管沉淀系統(tǒng)含有2個工作區(qū)，分別為絮凝區(qū)和斜管沉淀區(qū)。

單個絮凝區(qū)安裝2臺慢速攪拌器。改造增加的高分子聚合物螺桿計量泵來實現(xiàn)PAM投加。

單個斜管沉淀區(qū)的沉淀槽內(nèi)安裝有PVC 斜管，斜管可以增加沉淀效率和加強(qiáng)泥水分離效果?？紤]采用低表面負(fù)荷設(shè)計沉淀槽，設(shè)計表面負(fù)荷是1.25～1.4 m3/(m2·h)。

4.2.3 最終過濾

斜管沉淀池的上清液通過重力自流入中間水池[新增構(gòu)筑物]，并由提升泵提升至原有的過濾器配水槽中。兩臺水泵一用一備。提升泵設(shè)有旁路，旁路進(jìn)入最終的排水監(jiān)測槽。

為了保證廢水出水SS達(dá)標(biāo)，采用原有的上流式砂濾器作為精過濾器，來去除懸浮顆粒物。

4.2.4 出水監(jiān)測

砂濾器出水由重力方式進(jìn)入出水監(jiān)測池。出水監(jiān)測池內(nèi)安裝有浸入式pH 探頭和SS 探頭向PLC遞送監(jiān)測到的pH值和SS值。

當(dāng)廢水達(dá)標(biāo)排放時，關(guān)閉回流閥門，開啟排放閥門，將廢水排入廢水收集管網(wǎng)。當(dāng)廢水不能達(dá)標(biāo)排放時，開啟回流閥門，關(guān)閉排放閥門，將廢水回流至酸性廢水分配池。

5 小結(jié)

本次改造取得了非常顯著的效果，采用新工藝后，污泥減量效果顯著，減量可達(dá)15%以上。藥劑費用也得以大幅降低，總廢水處理費用（包括污泥處置費和藥劑費用）較原工藝有大幅下降，在同等水質(zhì)水量條件下，下降幅度達(dá)25%以上，能產(chǎn)生顯著的經(jīng)濟(jì)效益。