攪拌氣浮法在熱軋濁環(huán)水處理中的應(yīng)用

付乾坤 ，楊大正 ，侯勇 ，田威 ，徐鵬飛 ，高恩運(yùn)

（1.鞍鋼股份有限公司熱軋帶鋼廠，遼寧 鞍山 114021；2.鞍鋼集團(tuán)鋼鐵研究院，遼寧 鞍山 114009；3.鞍鋼集團(tuán)工程技術(shù)有限公司，遼寧 鞍山 114021；4.鞍山鋼鐵集團(tuán)公司安環(huán)部，遼寧 鞍山 114009）

鋼坯熱軋時(shí)需要對其進(jìn)行高壓水除鱗，還需對輥道、軋輥、矯直機(jī)前輥和直輥、分段剪后輥等進(jìn)行水冷。軋鋼消耗的潤滑油和潤滑脂進(jìn)入濁環(huán)系統(tǒng)，其與鋼坯軋制過程中脫落的氧化鐵皮和灰塵等粘附在一起形成含油濁水。這種濁水經(jīng)提升泵提升至平流池入水端后經(jīng)配水渠進(jìn)入平流沉淀池，沉淀后形成熱軋油泥。噸鋼油耗大的熱軋線產(chǎn)生的熱軋油泥因含油率高，需要除油方可回收利用，傳統(tǒng)的熱軋油泥處理方法是焙燒或加藥清理，存在處理成本高和產(chǎn)生二次污染的問題。另一方面，濁環(huán)水系統(tǒng)中的懸浮物和含油量分別為1 000～1 500 mg/L 和 30～80 mg/L，濁水中的細(xì)氧化鐵皮、懸浮物和油易堵塞噴嘴，導(dǎo)致過濾器濾料板結(jié)和惡化水質(zhì)，甚至?xí)斐杀伒仁鹿剩瑖?yán)重影響產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)順行。熱軋濁環(huán)水中的浮油和分散油約占總含油量的60%～80%，乳化油和溶解油約占20%～40%，均較難去除。國內(nèi)外研究人員結(jié)合企業(yè)特點(diǎn)就如何降低濁環(huán)水系統(tǒng)中的懸浮物和含油量進(jìn)行了很多探索和技術(shù)改進(jìn)，希望將平流池出水懸浮物和含油量分別控制在20～30 mg/L和 5～10 mg/L。

本文介紹的熱軋濁環(huán)水?dāng)嚢铓飧》ú粌H凈化濁環(huán)水水質(zhì)，而且還能有效降低熱軋油泥的含油率，使其作為燒結(jié)原料循環(huán)利用，廢油也被煉油廠回收利用。解決了困擾鋼鐵行業(yè)多年的環(huán)資難題，達(dá)到國際領(lǐng)先水平，在國內(nèi)外具有廣泛的推廣應(yīng)用價(jià)值。

1 傳統(tǒng)熱軋濁環(huán)水處理方法的缺點(diǎn)

（1）一次或二次沉淀法

用一個(gè)或兩個(gè)旋流沉淀池來完成除油和去除氧化鐵皮。該方法占地小，運(yùn)行管理方便，但去油和去除氧化鐵皮效果較差。

（2）一次沉淀二次混凝沉淀法

濁環(huán)水經(jīng)一次鐵皮坑沉淀、旋流沉淀池沉淀的同時(shí)，再加藥去油和去除氧化鐵皮。該方法工藝簡單，但懸浮物去除能力有限。

（3） 一旋、二平、三過濾法

濁環(huán)水經(jīng)旋流井去除粗顆粒氧化鐵皮，再經(jīng)平流池二次沉淀去除浮油和部分細(xì)顆粒氧化鐵皮后，平流池出水經(jīng)過濾罐中的濾料過濾，或用高速過濾器、磁濾方式進(jìn)一步凈化水質(zhì)。該方法比前兩種方法水質(zhì)有所提高，但浮油回收效率低、出水效果不好、過濾器濾料易板結(jié)和堵塞，需要經(jīng)常更換濾料，嚴(yán)重影響水質(zhì)，影響生產(chǎn)和軋鋼質(zhì)量。

（4）纖維球過濾法

該方法有效降低水中懸浮物和含油量，但需要更換成本較高的濾料。

（5）加藥稀土磁盤過濾法

該方法通過向熱軋濁環(huán)水中投加藥劑，由稀土磁盤把氧化鐵皮和藥劑捕捉的油分和懸浮物吸到磁盤上脫附，再處理這些含油和藥劑的鐵泥。如汪穎報(bào)道了采用管道混合器加PAM（0.25 mg/L）和 PAC（0.55 mg/L），使懸浮物從 500～1 000 mg/L降為30 mg/L，油含量從40～100 mg/L降低到5 mg/L以下。該方法雖然能使水質(zhì)得到有效改善，但投資和藥劑成本較高，而且含油和藥劑鐵泥需要進(jìn)一步無害化處理，加藥還影響到浮油的回收利用。

（6）加藥氣浮法

該方法是向平流池濁環(huán)水中加藥，再用氣浮方法去除水中的懸浮物和油。如閆繼寧報(bào)道了向1 060 mm×150 mm×275 mm的氣浮池加入PFS混凝劑30 mg/L，調(diào)整壓力溶氣氣浮參數(shù)，凈化水質(zhì)。該方法能有效降低水中懸浮物和含油量，適合對出水水質(zhì)要求高時(shí)采用，但存在投資大、運(yùn)行成本高和平流池底泥和廢油難處理問題。

以上處理工藝均沒有兼顧提高平流池出口水質(zhì)和降低平流池底熱軋油泥含油率的研究。

2 攪拌氣浮法優(yōu)勢及工作機(jī)理

2.1 攪拌氣浮法優(yōu)勢

利用攪拌器或管道攪拌器產(chǎn)生的攪拌力，使得平流池入水中的細(xì)氧化鐵皮表面附著的部分油膜剝離至水中，然后通過高效溶氣裝置產(chǎn)生的微米級小氣泡將水中的油分（浮油和分散油）和懸浮物上浮至平流池表面，從而降低了平流池出水的含油量和懸浮物，同時(shí)也降低了沉入平流池底部鐵泥的含油率。

與傳統(tǒng)氣浮法相比，攪拌氣浮法是通過氣浮方法去除水中的油分和懸浮物，充分考慮了水中細(xì)氧化鐵皮表面油分的去除。

2.2 工作機(jī)理

表面附有油膜的懸浮物和油滴具有憎水性，它們對水分子的引力小于水分子間的引力，當(dāng)它們趨近微細(xì)氣泡時(shí)，在表面張力的作用下與微氣泡粘附在一起，總比表面能降低。微細(xì)氣泡與以上懸浮物和油滴的共聚體的密度小于水的密度，密度差產(chǎn)生的浮力使共聚體上浮至水面，這可從傳統(tǒng)的氣浮理論得到解釋。進(jìn)入平流池的濁水中含有表面附有油膜的細(xì)氧化鐵皮、懸浮物和油滴。濁環(huán)水中的浮油附著在細(xì)氧化鐵皮表面，在進(jìn)水?dāng)_動(dòng)和機(jī)械攪拌力的作用下部分油膜被剝離至水中。當(dāng)平流池中通入大量微細(xì)氣泡并均勻分散在溶氣水中，絕大多數(shù)表面附有油膜的懸浮物和被從細(xì)氧化鐵皮表面剝離至水中的油滴粘附微細(xì)氣泡后，快速上浮在水面形成穩(wěn)定的含微氣泡的浮油層。因此，攪拌氣浮法在降低平流池出水懸浮物和水中含油量的同時(shí)，也降低了平流池沉淀底泥的含油率。

3 攪拌氣浮法的應(yīng)用

鞍鋼股份有限公司熱軋帶鋼廠（以下簡稱“熱軋廠”）1780生產(chǎn)線濁環(huán)水處理系統(tǒng)有4個(gè)平流池，總循環(huán)水量為12 000 m/h。平流池是傳統(tǒng)的三段式（旋流-沉淀-過濾）熱軋濁環(huán)水處理系統(tǒng)的一個(gè)單元，因傳統(tǒng)工藝設(shè)計(jì)和擴(kuò)大產(chǎn)能等原因使得噸鋼油耗較高，加上1700生產(chǎn)線反沖洗水匯入1780生產(chǎn)線濁環(huán)水系統(tǒng)，2015年該廠1780生產(chǎn)線平流池產(chǎn)出油泥干基含油率高達(dá)16.1%，致使全鐵含量很高的鐵泥無法循環(huán)利用，只能通過更換濾料等方法維持生產(chǎn)。在不加藥的情況下把平流池出水懸浮物和水中含油量控制在40 mg/L和10 mg/L以下。

3.1 攪拌氣浮法工藝流程

為了降低平流池排出的熱軋油泥含油率并改善平流池出水水質(zhì)，開展了平流池在線攪拌氣浮除油中試試驗(yàn)。圖1為熱軋廠1780生產(chǎn)線平流池?cái)嚢铓飧》鞒虉D。利用熱軋廠大修時(shí)機(jī)，在平流池入水端增加攪拌器和一次釋放器，在平流池適當(dāng)位置增加二次釋放器，增加回流泵、儲氣罐和溶氣裝置，溶氣裝置產(chǎn)生的溶氣水通過釋放器釋氣。

圖1 熱軋廠1780生產(chǎn)線平流池?cái)嚢铓飧》üに嚵鞒蘁ig.1 Flow for Dissolution Air Flotation Used by Horizontal Tank in 1780 Production Line of Hot Rolled Mill

3.2 應(yīng)用效果

對比2016年和2017年相同日期氣浮法改造前后平流池出口水中懸浮物和含油量情況。圖2為改造前、后平流池出口水中懸浮物和含油量的對比。由圖2（a）看出，改造后后平流池出口水中懸浮物含量總體上低于改造前。經(jīng)計(jì)算，改造前平流池出口水中懸浮物29.26 mg/L，改造后降至21.52 mg/L。由圖2（b）看出，改造前平流池出口水中含油量波動(dòng)較大，甚至超過限值9 mg/L，而改造后低于限值。計(jì)算得知，改造前平流池出水含油量為8.10 mg/L，氣浮后水含油量為7.82 mg/L。

圖2 改造前、后平流池出口水中懸浮物和含油量的對比Fig.2 Comparison of Suspended Solids and Oil Content at Outlet of Horizontal Tank before and after Upgrading

自2017年2月熱軋廠1780生產(chǎn)線平流池應(yīng)用攪拌氣浮法穩(wěn)定運(yùn)行至今，每年回收1.72萬t平流池鐵泥并作為燒結(jié)原料利用，每年回收1 849 t廢油作為煉油企業(yè)原料利用，為企業(yè)節(jié)省大量的處置費(fèi)，年創(chuàng)效1.13億元。減排二氧化碳、降低濁環(huán)系統(tǒng)過濾罐維護(hù)成本、提高鋼材表面質(zhì)量，投資僅為蒸餾法的十分之一、轉(zhuǎn)底爐法的千分之一，處理過程環(huán)保、無二次污染，高度自動(dòng)化、運(yùn)行穩(wěn)定，無需增加定員。

4 建議

在對三段式除油平流池出水水質(zhì)要求不高（如懸浮物小于40 mg/L和水中油含量為9 mg/L）的情況下，可采用攪拌氣浮法。平流池出口水中浮油大部分被浮至平流池表面，但是，少量乳化油和溶解油仍在水中，氣浮法難以去除。如果企業(yè)對濁環(huán)水質(zhì)提出更高要求，則建議同時(shí)采用加藥和攪拌氣浮法。

5 結(jié)語

平流池?cái)嚢铓飧》ㄌ幚頍彳垵岘h(huán)水可以降低平流池出口水中懸浮物和含油量，回收利用平流池底熱軋油泥中的鐵泥和廢油。鞍鋼股份有限公司熱軋帶鋼廠采用該方法后，平流池出口水中懸浮物由29.26 mg/L降至21.52 mg/L，水中含油量由8.10 mg/L降至7.82 mg/L。回收熱軋油泥中的鐵泥和廢油并節(jié)省企業(yè)處置費(fèi)每年創(chuàng)效1.13億元。當(dāng)對平流池出口水質(zhì)要求較高時(shí)，可同時(shí)采用加藥和攪拌氣浮法。