王崇武,陳琦

供排水

冷軋濃堿廢水系統(tǒng)設(shè)計及運行優(yōu)化

王崇武,陳琦

（寶鋼工程技術(shù)集團有限公司，上海201900）

詳細介紹了某鋼鐵企業(yè)冷軋濃堿廢水系統(tǒng)的設(shè)計和運行優(yōu)化過程。包括工藝流程的選擇、工藝參數(shù)的計算、主要設(shè)備的選型等。系統(tǒng)以氣浮設(shè)備作為預(yù)處理部分核心設(shè)備，以生物接觸氧化法作為生化部分核心處理工藝。系統(tǒng)自動化水平高，運行維護方便。

冷軋濃堿廢水；設(shè)計；氣浮設(shè)備；生物接觸氧化法

1 概述

冷軋廢水是冶金行業(yè)水質(zhì)最復(fù)雜、種類最多、最難處理的廢水之一，根據(jù)廢水性質(zhì)，設(shè)計手冊[1]將冷軋廢水分為含酸堿廢水、含油及乳化液廢水、含鉻廢水。2000年以前，國內(nèi)冷軋廢水處理站多采用此分類進行工藝設(shè)計。隨著國家環(huán)保標準越來越嚴格，對冷軋廢水的處理要求也越來越高，分類也更為細致，處理方法更加多樣。最主要變化是將酸性廢水和堿性廢水分開處理，酸性廢水采用傳統(tǒng)化學(xué)法，堿性廢水經(jīng)預(yù)處理后采用生化法處理。2012年，隨著新標準[2]的實施，其表三要求出水COD＜30 mg/L。絕大多數(shù)冷軋廢水處理站的出水達不到此要求，需進行提標改造。筆者親身經(jīng)歷了某鋼鐵企業(yè)的提標項目，為達到部分回用部分外排的目標，將堿性廢水又細分為濃堿廢水和稀堿廢水，分別采用不同的處理工藝，稀堿廢水處理后回用，濃堿廢水處理后與其它種類廢水合并經(jīng)深度處理后外排。本文僅就濃堿廢水的設(shè)計及調(diào)試過程進行介紹和分析，供工程設(shè)計或生產(chǎn)實踐參考。

2 設(shè)計指標及工藝流程

本系統(tǒng)來水主要包括熱鍍鋅、連退機組清洗段排出的濃含油強堿廢水、冷軋機排出的經(jīng)氣浮預(yù)處理的乳化液廢水、連退機組排出的經(jīng)厭氧預(yù)處理的平整液廢水、污泥脫水地坑廢水等水質(zhì)最為惡劣的幾種廢水。系統(tǒng)設(shè)計處理能力85 m3/h，設(shè)計進出水指標如表1所示(注:表1中數(shù)據(jù)除pH值外均為mg/ L)。

表1 系統(tǒng)設(shè)計進出水指標

系統(tǒng)設(shè)計工藝流程可分為預(yù)處理部分和生化部分，預(yù)處理部分主要去除系統(tǒng)中大部分油類和懸浮物SS，廢水中的油類和懸浮物也是化學(xué)需氧量CODcr的重要組成部分。因此，在去除油類和懸浮物的同時，也會部分去除CODcr。經(jīng)預(yù)處理后的廢水進入生化系統(tǒng)進一步去除CODcr。系統(tǒng)工藝流程如圖1～2所示。

圖2 系統(tǒng)生化部分工藝流程框圖

3 主要構(gòu)筑物和設(shè)備工藝參數(shù)計算及選型

（1）調(diào)節(jié)池

調(diào)節(jié)池作為系統(tǒng)的首道設(shè)施，用于水質(zhì)、水量的均和。設(shè)計手冊[1]建議調(diào)節(jié)池水力停留時間可取2～6 h。本系統(tǒng)根據(jù)工藝需求，將調(diào)節(jié)池分為2格，1格用作正常調(diào)節(jié)池，1格用作事故調(diào)節(jié)池。受現(xiàn)場用地制約，單格有效容積160 m3，池高6 m，水力停留時間約2 h。水池采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，做防腐處理。池內(nèi)設(shè)穿孔曝氣管曝氣，曝氣強度以0.015 m3/m3污水.min計，選擇羅茨風(fēng)機流量5 m3/min，壓力0.075 MPa。調(diào)節(jié)池內(nèi)設(shè)液位計和pH計，輸送泵和液位計聯(lián)鎖自動運行，pH計監(jiān)測池內(nèi)pH值。

（2）pH調(diào)整罐

正常運行時，調(diào)節(jié)池內(nèi)廢水pH值為11～13，需將pH調(diào)整至略偏堿性，滿足后續(xù)氣浮設(shè)備運行要求。通常可采用投加HCl或H2SO4的方式進行中和。本系統(tǒng)所在廢水站出水對Cl-有要求，投加鹽酸可能導(dǎo)致Cl-超標，選擇采用98%濃度H2SO4。一級pH調(diào)整罐和二級pH調(diào)整罐采用一體式，一、二級罐體有效容積均按20 min水力停留時間設(shè)計。罐體設(shè)攪拌機和pH計，攪拌機轉(zhuǎn)速145r/min。硫酸投加管上設(shè)氣動調(diào)節(jié)閥，與pH計聯(lián)鎖自動控制調(diào)節(jié)閥開度。調(diào)整罐出水pH值控制在8.5左右。

（3）混凝罐

向其中投加PAC，使水中油類和懸浮物凝聚，增強廢水中浮粒的氣浮性能。10%濃度PAC投加量約200 mg/L。設(shè)攪拌機使廢水中固體顆粒充分混合絮凝成大顆粒絮體。混凝罐分兩級，第一級內(nèi)攪拌機轉(zhuǎn)速約20 r/min，第二級內(nèi)攪拌機轉(zhuǎn)速約10 r/min。

（4）氣浮設(shè)備

氣浮設(shè)備是去除油類的有效設(shè)施，同時可去除部分懸浮物。通過細小氣泡的上浮作用，將油類和懸浮物浮至設(shè)備上部利用刮板刮出。氣浮渣含水率一般在98%～99.5%之間，進一步利用脫水設(shè)備脫水后外運處理。本系統(tǒng)選用一體式兩級氣浮設(shè)備。投加過PAC的廢水在氣浮進水口投加PAM后進入第一級。0.1%濃度PAM投加量約7 mg/L。第一級選用機械氣浮，利用曝氣機葉輪的高速旋轉(zhuǎn)形成微小氣泡去除大部分油類和雜質(zhì)，屬于設(shè)備的高負荷區(qū)，水力停留時間約20 min。第二級選用溶氣氣浮，利用多相流泵形成的水汽混合物去除剩余油類和雜質(zhì)，屬于設(shè)備的低負荷區(qū)，水力停留時間約25 min。本設(shè)備的一大優(yōu)點是將傳統(tǒng)的機械和溶氣氣浮合為一體，且溶氣氣浮選用多相流泵代替?zhèn)鹘y(tǒng)的“溶氣罐+回流泵+空壓機”的形式，極大減少了占地面積。實踐發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)溶氣氣浮設(shè)備底部仍有積泥影響設(shè)備正常運行，在本項目中，對兩級氣浮設(shè)備進行了一大改進是底部增加了排泥斗和排泥泵，形成了“上刮渣，下排泥”的運行模式，保障設(shè)備的安全使用。運行中該設(shè)備可達到設(shè)計指標。

（5）氣浮出水池

氣浮出水進入池內(nèi)，起到中間水池的作用，并方便用泵向后續(xù)輸送。停留時間無特殊要求，一般以不造成泵頻繁起停為前提。水池采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，做防腐處理。池內(nèi)設(shè)pH計，廢水滿足pH要求時進入生化系統(tǒng)，不滿足要求時回流至源頭調(diào)節(jié)池內(nèi)。pH控制值設(shè)定為6～9。

（6）冷卻塔

機組來水溫度較高，一般為60～80℃，氣浮出水后仍不能滿足進行生化的條件，需降溫處理。選用玻璃鋼冷卻塔，將出口溫度控制在35℃以下，進出口管道上設(shè)熱電阻觀測水溫。

（7）生化調(diào)節(jié)池

經(jīng)預(yù)處理后的廢水一般可直接進入生物接觸氧化池，本系統(tǒng)將現(xiàn)有水池利用，作為生化調(diào)節(jié)池，調(diào)節(jié)池出水進入接觸氧化池。調(diào)節(jié)池內(nèi)設(shè)有曝氣裝置，氣源采用壓縮空氣。生化污泥回流至此處，微生物初始培訓(xùn)和馴化在此池內(nèi)進行，相當于生化系統(tǒng)的活性污泥池，增加生化系統(tǒng)的水力停留時間，部分去除CODcr。水池有效容積約400m3，水力停留時間約4.7 h。

（8）生物接觸氧化池

設(shè)計規(guī)程[3]規(guī)定，生物接觸氧化池宜采用兩段式。本系統(tǒng)設(shè)計一段中不設(shè)沉淀池，僅在二段設(shè)置。一段生物接觸氧化池利用現(xiàn)有水池，池內(nèi)設(shè)框架式填料，填料底部設(shè)穿孔軟管曝氣裝置。填料框架材質(zhì)玻璃鋼，填料材質(zhì)PP，塑料填料環(huán)片直徑150 mm，環(huán)片間距80 mm。曝氣軟管材質(zhì)化纖增強PE，開孔率30%～40%，開孔直徑1～3 mm。進水下進上出，出水進入分配槽分配后進入二段生物接觸氧化池，二段接觸氧化池內(nèi)配置與一段相同。一段生物接觸氧化池有效容積約400m3，水力停留時間約4.7 h。二段生物接觸氧化池有效容積約560 m3，水力停留時間約6.6 h。一、二段生物接觸氧化池均分成A、B兩個系列，并聯(lián)使用。兩段水池總水力停留時間約11.3 h。一般，對于冷軋廢水的生化池水力停留時間10～20 h是比較合適的，可因地制宜選擇參數(shù)。本系統(tǒng)生物接觸氧化池曝氣強度以0.015 m3/m3污水. min計，選擇羅茨風(fēng)機流量15 m3/min，壓力0.075 MPa。風(fēng)機設(shè)變頻裝置，隨池內(nèi)溶解氧量調(diào)整曝氣量。接觸氧化池內(nèi)設(shè)溶氧儀，可在線監(jiān)測池中溶氧量。

（9）混凝池

向其中投加PAC和PAM，使水中細小懸浮物凝聚，增強廢水中顆粒的沉淀性能。投加順序是先投加PAC，再投加PAM，兩者間隔一定距離，以保證與水體的反應(yīng)時間。10%濃度PAC投加量約20 mg/L，0.1%濃度PAM投加量約5 mg/L。設(shè)攪拌機使廢水中固體顆粒充分混合絮凝成大顆粒絮體，攪拌機轉(zhuǎn)速20～30 r/min。

（10）斜板沉淀池

斜板沉淀池表面水力負荷高，占地面積小，尤其適合受占地局限的改造項目。設(shè)計規(guī)范[4]規(guī)定，生活污水廠生物膜法后的普通沉淀池表面水力負荷可取值1.0～2.0m3/(m2.h)，斜板沉淀池負荷可按其2倍設(shè)計?？紤]到濃堿廢水沉淀性較生化污水差，為安全起見，本系統(tǒng)斜板沉淀池表面水力負荷取值約1.3 m3/ (m2.h)。結(jié)構(gòu)形式采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，斜板材質(zhì)為PVC，長度1000 mm，斜板之間的安裝間距約80 mm，水平安裝傾角60°。出水堰和集水槽材質(zhì)為不銹鋼SUS304，集水槽采用矩形加鋸齒三角堰形式，高度可調(diào)。池體分為A、B兩格，每格設(shè)2個泥斗，單格泥斗對應(yīng)單臺氣動隔膜泵排泥，一路回流至生化調(diào)節(jié)池，一路排泥污泥濃縮池進行后續(xù)處理。

4 系統(tǒng)控制

本系統(tǒng)的電氣和儀表檢測均采用DCS及計算機程序控制。所有儀表的檢測參數(shù)包括流量、液位、溫度、pH、溶解氧等，及設(shè)備運行狀態(tài)均在CRT畫面上顯示，并具備檢測參數(shù)越限、設(shè)備故障報警和報表打印等功能。主要設(shè)備的操作方式可在機旁操作箱內(nèi)手動操作，控制設(shè)備的開啟和停止；也可以在操作室，通過監(jiān)控CRT畫面手動操作控制設(shè)備的開啟和停止；還可以按照各參數(shù)的運行要求，通過DCS自動控制設(shè)備的運行和停止。

5 運行優(yōu)化

該系統(tǒng)于2014年10月建成后進行現(xiàn)場調(diào)試及試運行，調(diào)試運行過程中發(fā)現(xiàn)了一些問題，現(xiàn)場能改進的及時進行了改進，不能改進的提出優(yōu)化建議供參考。

（1）原設(shè)計pH調(diào)整罐中投加濃H2SO4進行中和，濃H2SO儲存在投加罐中，采用重力流投加，溢流、放空管也就近接入了pH調(diào)整罐。調(diào)試初期因操作不當發(fā)生過H2SO溢流現(xiàn)象，與水接觸后冒白煙，大量散熱，因發(fā)現(xiàn)及時未造成大的破壞，但存在安全隱患。后將溢流、放空管接入容積更大的調(diào)節(jié)池內(nèi)，降低了安全風(fēng)險。

（2）原設(shè)計將PAC投加至混凝罐中，PAC呈酸性，實測pH值約為3，加入PAC后廢水pH值進一步降低。為更直接的控制pH值，將PAC投加點改為二級pH調(diào)整罐，可減少濃硫酸的投加，且可保證pH以7～8的理想狀態(tài)進入氣浮設(shè)備。

（3）原設(shè)計將PAM投加至氣浮進口管上，投加量的多少無法看到，只能通過計量泵的開度判斷。為更直接的觀察和調(diào)節(jié)加藥量，將PAM投加點改為混凝罐第二級。

（4）原設(shè)計的氣浮出水兩路管道用手動閥進行切換。當pH超標時不能及時發(fā)現(xiàn)切換至調(diào)節(jié)池，使部分pH不合格廢水進入生化，生化系統(tǒng)運行存在風(fēng)險。兩路管道上分別增加氣動閥，與pH聯(lián)鎖自動運行，正常時進生化，異常時進調(diào)節(jié)池。

（5）原設(shè)計的生化污泥回流管接入了第二級接觸氧化池分配槽，不能使污泥有效回流至系統(tǒng)前端。將回流管改為接入生化調(diào)節(jié)池，使污泥回流，提升系統(tǒng)污泥濃度。

（6）原設(shè)計斜板沉淀池每個泥斗對應(yīng)1臺排泥泵，運行中發(fā)現(xiàn)當排泥泵故障時，對應(yīng)泥斗無法排空。設(shè)計可改進之處方案一是增加備用泵，方案二是兩泥斗間預(yù)埋連通管，方案三是在場地允許的條件下重力流排泥至地坑，后用地坑泵輸送。

（7）原設(shè)計斜板沉淀池排泥泵利用時序控制泵的運行，調(diào)試發(fā)現(xiàn)參數(shù)需要修改時，時序調(diào)整過程復(fù)雜。在DCS上通過編程增加泵順控運行選擇畫面，泵運行順序、運行時間、間隔時間可調(diào)，直觀方便。

（8）原設(shè)計加藥計量泵無變頻裝置，僅能通過手動沖程調(diào)節(jié)泵開度。當水量變化時，加藥量大小無法自動調(diào)整，需人工調(diào)整，工作量大?？筛倪M之處是配套設(shè)變頻裝置，與水量聯(lián)鎖自動運行。

6 結(jié)語

（1）經(jīng)過幾個月的調(diào)試運行，系統(tǒng)各項指標均達到或優(yōu)于設(shè)計水平。出水CODcr可穩(wěn)定在100 mg/L以內(nèi)。證明利用生化法處理冷軋濃堿廢水是切實可行的，可推廣利用。

（2）應(yīng)盡可能多的使用自動控制和檢測設(shè)備，提升系統(tǒng)自動化水平，提高系統(tǒng)安全可靠性，降低運行操作工作量。

[1]王笏曹主編．鋼鐵工業(yè)給水排水設(shè)計手冊[M]．北京：冶金工業(yè)出版社，2005，938-9392．

Design and Operation Optim ization of Cold Rolling Concentrated A lkaline Wastewater System

Wang Chongwu,Chen Qi
(Baosteel Engineering&Technology Co.,Ltd.,Shanghai 201900,China)

The design and operation optimization process of cold rolling concentrated alkaline wastewater system of a steel enterprise are introduced in detail,including process selection,calculation of process parameters and selection of the main equipment.The system uses the air floatation device as the core equipment in the pretreatment part and adopts the bio-contact oxidation method as the core treatment process in the bio-chemical part.The system has high automation level and is easy to operate and maintain.

cold rolling concentrated alkaline wastewater;design;air floatation equipment;bio-contact oxidation process

X77

B

1006-6764（2015）09-0058-04

2015-05-29

王崇武（1982-），男，2008年畢業(yè)于天津大學(xué)，獲環(huán)境工程專業(yè)碩士學(xué)位，工程師，現(xiàn)從事鋼鐵冷軋廢水處理設(shè)計及運行工作。