PVA凝膠球在高爐煤氣洗滌水處理工藝中的應(yīng)用

郭海寧，丑鵬飛，楊 柳

（沙鋼集團(tuán)有限公司，江蘇張家港 215600）

引言

高爐煤氣洗滌水是煉鐵工序清洗和冷卻高爐煤氣過程中產(chǎn)生的一種廢水，廢水成分復(fù)雜，含有大量的懸浮物、酚氰、硫化物、無機(jī)鹽以及鋅金屬離子等。為解決高爐煤氣洗滌循環(huán)水的水質(zhì)穩(wěn)定問題，國內(nèi)學(xué)者［1-2］對(duì)循環(huán)水結(jié)垢、腐蝕問題開展了大量的研究工作，并提出了相關(guān)建議措施。但隨著煤氣洗滌水循環(huán)次數(shù)增加，電導(dǎo)率富集，系統(tǒng)腐蝕、結(jié)垢的風(fēng)險(xiǎn)增加；同時(shí)，煤氣洗滌水水質(zhì)COD、氨氮、總氮濃度較高。因此，高爐煤氣洗滌循環(huán)水安全、環(huán)保隱患凸出，如何開路處理是一個(gè)值得研究的課題。

日本某公司在傳統(tǒng)聚乙烯醇（PVA）載體基礎(chǔ)上成功研發(fā)的PVA 凝膠小球，是一種親水性好、具有良好細(xì)菌棲息性的新型微生物固定化載體，具有容積負(fù)荷高、CODCr 及TN 去除率高等明顯的技術(shù)優(yōu)勢，在生活污水、印染廢水、果汁廢水等廢水處理方面取得了相關(guān)成果［3-4］，但在冶金行業(yè)高爐煤氣洗滌水處理上的應(yīng)用少有報(bào)道。

對(duì)此，本文對(duì)沙鋼高爐煤氣洗滌水預(yù)處理PVA凝膠球的應(yīng)用進(jìn)行分析和總結(jié)，以期為鋼鐵行業(yè)高爐煤氣洗滌水處理的研究與工程應(yīng)用提供參考。

1 工程概況

1.1 煤氣洗滌循環(huán)水系統(tǒng)概況

沙鋼5 800 m3高爐為國內(nèi)最大型高爐，設(shè)計(jì)年產(chǎn)鐵 450 萬 t，于 2009 年投產(chǎn)；3 座 2 680 m3高爐設(shè)計(jì)年產(chǎn)鐵650萬t，于2005年全部投產(chǎn)。為降低煤氣含塵量，早期配套建設(shè)2套高爐煤氣洗滌循環(huán)水系統(tǒng)，循環(huán)水量合計(jì)約5 000 m3/h。

煤氣洗滌循環(huán)水系統(tǒng)通過投加液堿、緩蝕阻垢劑以及混凝絮凝劑，以降低鋅含量、減緩系統(tǒng)腐蝕和控制系統(tǒng)懸浮物。隨著循環(huán)水系統(tǒng)無限循環(huán)，電導(dǎo)率、氯離子、氟化物、COD、氨氮、總氮等水質(zhì)指標(biāo)濃度過高，不符合安全環(huán)保生產(chǎn)需求。因此，在場地緊張的情況，需采用高負(fù)荷處理技術(shù)對(duì)高爐煤氣洗滌循環(huán)水進(jìn)行處理，確保其出水符下游工序接收標(biāo)準(zhǔn)。

1.2 設(shè)計(jì)進(jìn)出水水質(zhì)

設(shè)計(jì)水質(zhì)參數(shù)見表1。

表1 高爐煤氣洗滌水預(yù)處理裝置設(shè)計(jì)進(jìn)出水水質(zhì)

1.3 工藝流程圖

工藝流程見圖1。

圖1 高爐煤氣洗滌水預(yù)處理裝置工藝流程圖

2 工藝簡介

2.1 工藝原理簡述

高爐煤氣洗滌水原水首先進(jìn)入閉式冷卻塔進(jìn)行降溫，閉式冷卻塔放置于調(diào)節(jié)池之上，僅占有少量高度空間，降溫后的廢水自流進(jìn)入調(diào)節(jié)池；調(diào)節(jié)池廢水通過提升泵進(jìn)入混凝沉淀池，池內(nèi)加入液堿、脫氟藥劑、PFS/PAM 進(jìn)行混凝沉淀，將水中的重金屬離子、氟離子、懸浮物等物質(zhì)分離，降低生化系統(tǒng)壓力；經(jīng)混凝沉淀后的廢水自流進(jìn)入PVA 反硝化池和PVA 硝化池，池內(nèi)投放PVA 凝膠球取代傳統(tǒng)的活性填料，適當(dāng)投加營養(yǎng)源劑、定期投加耐鹽菌種和調(diào)配硝化液回流比，從而進(jìn)行高效的反硝化和硝化反應(yīng)，出水進(jìn)入后續(xù)的二級(jí)A 池再次進(jìn)行反硝化脫氮，最終出水采用MBR 膜工藝進(jìn)行泥水分離，取代常規(guī)的二沉池設(shè)計(jì)，減少占地面積，得到澄清并符合設(shè)計(jì)的出水。

2.2 構(gòu)筑物和設(shè)備參數(shù)

構(gòu)筑物和設(shè)備參數(shù)見表2。

表2 高爐煤氣洗滌水預(yù)處理裝置構(gòu)筑物和設(shè)備參數(shù)

2.3 系統(tǒng)調(diào)試及運(yùn)行結(jié)果

調(diào)試期間，將PVA 凝膠球、污泥以及耐鹽菌種投放到PVA 反硝化池、PVA 硝化池以及MBR 膜池，經(jīng)過不斷提高運(yùn)行負(fù)荷，培養(yǎng)、馴化微生物，反硝化池PVA 凝膠球最終呈黑色，說明球內(nèi)寄存了大量的厭氧菌；硝化池PVA 凝膠球最終呈黃色或者棕色，說明球內(nèi)寄存了大量好氧菌。具體外貌見圖2。

圖2 PVA凝膠球外觀形貌

預(yù)處理COD進(jìn)出水質(zhì)情況如下：

由圖3知，原水進(jìn)水水質(zhì)COD 在500～850 mg/L。0～6天PVA硝化池出水COD在800 mg/L，出現(xiàn)反彈，主要是曝氣反映階段物質(zhì)溶解所致；9～36 天，COD濃度由570 mg/L 降至120 mg/L，去除率達(dá)到80%，COD 容積負(fù)荷達(dá)到1.3 kg/（m3·d）；36 天后，COD 出水穩(wěn)定在120 mg/L 以下。MBR 膜池出水COD 穩(wěn)定在80 mg/L以內(nèi)，去除率約85%。

圖3 COD進(jìn)出水濃度及去除率

預(yù)處理氨氮進(jìn)出水質(zhì)情況如下：

由圖4 知，原水進(jìn)水水質(zhì)氨氮在300～500 mg/L。PVA 硝化池出水氨氮持續(xù)下降，主要是引入污泥中存有大量硝化菌；15 天后，氨氮濃度處理到5 mg/L，去除率約99%。MBR膜池出水穩(wěn)定在5 mg/L以內(nèi)。

圖4 氨氮進(jìn)出水濃度及去除率

預(yù)處理總氮進(jìn)出水質(zhì)情況如下：

由圖5 知，原水進(jìn)水水質(zhì)總氮在350～500 mg/L。PVA 反硝化池出水總氮含量在碳源及時(shí)投加情況下持續(xù)下降，36 天后，總氮濃度由480 mg/L 降至51 mg/L，去除率約89%；最終二級(jí)反硝化池出水穩(wěn)定在10 mg/L以內(nèi)。

圖5 總氮進(jìn)出水濃度及去除率

預(yù)處理氟化物進(jìn)出水質(zhì)情況如下：

由圖6 知，原水進(jìn)水水質(zhì)氟化物在20～30 mg/L，在投加脫氟藥劑情況下，去除效果明顯，混凝沉淀池出水穩(wěn)定在10 mg/L以內(nèi)，去除率60%以上。

圖6 氟化物進(jìn)出水濃度及去除率

3 小結(jié)

通過實(shí)踐，發(fā)現(xiàn)PVA 凝膠球+活性污泥法適用于高爐煤氣洗滌水的預(yù)處理。PVA 硝化池COD 容積負(fù)荷達(dá)到0.8～1.0 kg（/m3·d），COD 出水穩(wěn)定在120 mg/L 以下，氨氮去除率99%，出水低于5 mg/L。PVA 反硝化池總氮去除率約89%，二級(jí)反硝化出水總氮低于10 mg/L?；炷恋沓胤锶コ?0%以上，出水低于10 mg/L。