蘇烜SU Xuan

（甘肅省環(huán)境保護產業(yè)學會，蘭州 730000）

0 引言

由于在鋼鐵工業(yè)生產中會產生大量的廢水，廢水中包含了大量殘余涂料以及高毒性的Cr（VI），當廢水中Cr（VI）濃度超出0.1mg/L 時對人體會造成中毒，對環(huán)境造成嚴重污染。而且，隨著我國對于環(huán)境保護逐漸提高了重視度，要求在冶金廢水處理達到《鋼鐵企業(yè)冶金工業(yè)廢水排放標準》標準，要求廢水中Cr 濃度低于0.1mg/L、Cr（VI）濃度低于0.05mg/L。目前，鋼鐵廠采取還原沉淀法完成廢水處理工作，處理后的廢水Cr（VI）濃度可達到標準要求，但Cr 濃度則難以得到有效控制，加強還原劑使用量多，增加了企業(yè)成本。為此，在本次研究中，對鋼鐵冶金工業(yè)廢水處理技術進行優(yōu)化與改進，控制廢水處理藥劑投放量的同時，降低廢水處理成本。

1 鋼鐵廠冶金工業(yè)廢水處理原工藝概況

鋼鐵廠冶金生產車間排放廢水通過管道運輸?shù)秸{節(jié)池，在通過泵進入到還原池，其中還原池分為1 級還原池與二級還原池，采取硫酸方式對pH 值進行調節(jié)，pH 值控制在2.5-3 左右，確保還原劑在使用的過程中，可有效將廢水中所含有的Cr（VI）還原為Cr3+，進水點和加藥點位于還原池上部，以自流的方式進入奧中和池中，在中和池內加入Ca（OH）2與Cr3+，從而與廢水產生反應生成Cr（OH）3沉淀，并從二級中和池中進入到沉淀池內，加入PAM 后確保廢水在沉淀池內實現(xiàn)泥水分離，底泥進入濃縮池后實現(xiàn)污泥脫水，整個工藝流程具體如圖1 所示[1]。

圖1 廢水還原沉淀

2 工藝分析

通過對鋼鐵廠冶金工業(yè)廢水處理工藝應用現(xiàn)場分析，可以發(fā)現(xiàn)所使用的還原沉淀方式存在以下不足之處。①二級還原池ORP 設定值低，造成廢水處理時所加入的還原劑量增加。還原劑加藥系統(tǒng)在運行時，是由人工通過ORP進行控制，難以實現(xiàn)動態(tài)化管控，造成加藥系統(tǒng)運行出現(xiàn)延遲，造成還原劑無法及時投入使用。②鋼鐵冶金工業(yè)廢水處理中，以Ca（OH）2作為中和劑，主要是由于Ca（OH）2包裹作用與沉淀效果強于Na2OH，但廢水在沉淀后所產生的泥量較多。由于冶金工業(yè)廢水中含有大量的鉻泥，其中金屬元素以Ca 為主，對于鉻泥的資源化利用將會造成不利影響[2]。③廢水處理中在沉淀池內加入一定含量的PAM，可利用其吸附作用，將水中所含有的絮體進行整合，形成更多的絮體，有利于絮體沉淀。但原廢水處理中只是在沉淀池內加入PAM，藥劑與廢水之間產生的反應時間短，藥物與廢水混合不充分，對廢水氫氧化鉻的沉淀效果難以達到標準要求，排放后的廢水中所含有的鉻濃度將存在不穩(wěn)定現(xiàn)象。④沉淀池沉淀效果并不顯著，而我國對于冶金工業(yè)廢水處理排放要求相對較高，而鋼鐵城目前在廢水處理中會存在含鉻絮體，部分存在游離三價鉻，最終導致廢水處理后其中的鉻濃度超出標準要求。

3 廢水處理工藝優(yōu)化與改進措施

3.1 二級還原池ORP 優(yōu)化及自控加藥系統(tǒng)調試

在本次研究中通過工藝分析研究，在還原劑投入時，需采取氧化還原電位值進行確定，廢水處理工藝應用時要求一級還原池與二級還原池ORP 分別設定為250mV 與180mV，而造成廢水處理還原劑消耗量較多的主要原因是二級還原池ORP 設定值低，為此通過多次驗證實驗，對廢水處理后所含有的鉻濃度驗證結果進行統(tǒng)計分析，如表1所示[3]。

表1 不同ORP 值Cr（VI）出水濃度

根據表1 所示在廢水處理工藝中對于含鉻廢水濃度進行控制時，其中Cr（VI）去除率相對較高，在ORP 值逐漸降低的情況下，二級還原池所排出的廢水Cr（VI）濃度相對較少，當ORP 值降低到最大后，廢水中Cr（VI）去除值達到極限。在本次優(yōu)化后，發(fā)現(xiàn)二級還原池的ORP 值在達到25mV 時，二級還原池所排放的廢水Cr（VI）濃度則達到了國家《鋼鐵企業(yè)排放標準》要求。而原工藝中，二級還原池ORP 值為-180mV，所投入的還原劑量增加，為此通過對ORP 值進行質?？刂?，降低還原劑投加量[4]。

3.2 NaOH/Ca（OH）2 調堿劑使用優(yōu)化

在鋼鐵廠冶金工業(yè)廢水處理中，發(fā)現(xiàn)在廢水沉淀后所產生的鉻泥量較多，通過對鉻泥成本分析，鉻泥中所含有的金屬元素主要是以Ca 為主，Ca 元素的來源主要是在一級中和池與二級中和池中投入了調堿劑Ca（OH）2。而使用NaOH 作為調堿劑，則可形成鹽，伴隨處理后的廢水排出[5]。因此，在本次工藝優(yōu)化改進中，為了保障Cr 去除效果達到標準，減少廢水鉻泥沉淀量，則對NaOH 與Ca（OH）2調堿劑投加比例進行分析與研究，掌握二者對Cr 的去除效果以及鉻泥沉淀量。在工藝優(yōu)化改進研究中，將NaOH與Ca（OH）2分別以20%、40%、80%進行投放使用，使用NaOH 調堿劑Cr 濃度值為0.06mg/L、0.07mg/L、0.11mg/L，鉻泥體積則為255mL、205mL、170mL、120mL[6]。而使用Ca（OH）2調堿劑Cr 濃度值為0.15mg/L、0.17mg/L、0.31mg/L，鉻泥體積則為375mL、335mL、280mL、265mL，根據以上數(shù)據分析，使用NaOH 調堿劑比例越高，廢水處理后所產生的鉻泥體積也會減少，Cr 濃度值也會趨于極限值。在Ca（OH）2投放比例達到80%時，廢水鉻泥體積則可達到最小，但Cr 濃度則超出《鋼鐵企業(yè)冶金廢水排放標準》要求（總Cr 濃度<0.1mg/L）。為了有效控制Cr 濃度值以及鉻泥體積，則在改進中選擇40%比例的NaOH 或者Ca（OH）2。

3.3 水力條件優(yōu)化

在鋼鐵廠冶金廢水處理原工藝中，主要是在沉淀池與二級中和池中計入PAM，但由于管道短，藥劑與廢水之間產生的化學反應時間短，難以發(fā)揮出藥劑的作用，影響廢水沉淀處理效果，造成藥劑浪費。二級中和池中存在攪拌裝置，將PAM 投加點進行調整，并優(yōu)化二級中和池水力條件，可確保藥劑與廢水保持充分化學反應，提高廢水沉淀效果[7]。

3.3.1 絮凝攪拌強度的優(yōu)化

鋼鐵廠冶金工業(yè)廢水處理中，原工藝PAM 含量設定值為0.1%，絮凝攪拌強度設置為40r/min、50r/min、60r/min、70r/min，在發(fā)生反應后直接進入到二級中和池中，從而形成靜置沉淀。沉淀時間在達到30 分鐘后，工作人員在液面2cm 位置進行取樣，對廢水中所含有的鉻濃度進行測定分析。結果顯示廢水在處理時絮凝攪拌強度不斷增加，廢水處理后所含有的鉻濃度含量逐漸降低，沉淀廢水中鉻濃度處于0.10mg/L 左右。絮凝攪拌強度達到50r/min 的情況下，沉淀廢水中鉻濃度僅0.08mg/L，而絮凝攪拌強度在超出50r/min 后，鉻濃度去除效果并不顯著，為此在廢水處理中絮凝攪拌強度設置為50r/min，可達到《鋼鐵企業(yè)冶金廢水排放標準》要求[8]。

3.3.2 絮凝攪拌時間的優(yōu)化

原工藝中PAM 含量設定值為0.1%、絮凝攪拌強度在控制50r/min 以上，絮凝攪拌時間分別設置為10min、15min、20min、25min、30min，在廢水化學反應后在二級中和池中出水，隨后保持靜止沉淀，沉淀時間達到30 分鐘后，在液面2cm 處進行取樣，測定廢水處理后鉻濃度含量，最終測定結果如圖2 所示。根據圖2 可以看出絮凝攪拌時間增加，廢水處理后鉻濃度會降低，絮凝時間越長廢水與PAM 產生反應越加充分，絮體體積也會增加，提高絮體的沉降效果。而在本次廢水處理工藝優(yōu)化中，將絮凝時間控制在25 分鐘，廢水處理后鉻濃度達到0.07mg/L，即便增加絮凝時間，廢水中的鉻濃度去除效果也并不明顯。

圖2 不同絮凝攪拌時間下Cr 濃度的變化

3.4 活性砂過濾系統(tǒng)深度處理效果

為了確保廢水處理后的出水水質達到標準要求，在對廢水處理改造或者增加深度處理單元的過程中，需結合鋼鐵廠冶金廢水處理現(xiàn)場以及工藝的應用現(xiàn)狀，在原有工藝的基礎上增加物化處理單元，提高對廢水的處理效果，保障廢水處理后各項指標達到標準要求。為此，在本次優(yōu)化改造中則選擇了活性砂過濾系統(tǒng)，該系統(tǒng)在實際應用時，無需停機即可反沖洗，系統(tǒng)運行控制方便適用于廢水處理系統(tǒng)升級改造。具體改造運用時主要是在沉淀池后端，加入活性砂過濾系統(tǒng)，通過活性砂截留與吸附，可去除廢水中的絮體以及游離三價鉻，可提高廢水鉻濃度處理效果?；钚陨斑^濾系統(tǒng)運行中，要做好濾速參數(shù)控制工作[9]。在活性砂過濾濾速達到8m/h 時，使用天然石英砂，粒徑范圍控制在1.5mm 左右即可，顆粒不均勻系數(shù)小于1.5，通過汽水反沖洗，反洗水量為進水量的5%左右，氣量控制在60L/min。

4 廢水處理工藝優(yōu)化改進效果及經濟分析

4.1 優(yōu)化改進后的工藝應用效果

在原工藝基礎上進行優(yōu)化改進后，廢水通過調節(jié)池均質、均量進入到一級還原池與二級還原池后，再進入一級中和池與二級中和池，此時使用調堿劑NaOH/Ca（OH）2完成廢水pH 值調節(jié)，在二級中和池中適量加入PAM，增加絮凝體積與沉淀量，并在沉淀池出水后使用活性砂過濾系統(tǒng)再次進行廢水處理，提高廢水處理效果。原工藝得到優(yōu)化改進后進行了為期30 天調試運行，并完成對廢水以及處理后的廢水檢測工作，最終結果如圖3 所示[10]。在廢水未處理時，其中Cr（VI）濃度達到了800mg/L，經過改造優(yōu)化后的廢除處理工藝應用時，處理后的廢水Cr（VI）與Cr濃度分別為0.02mg/L、0.07mg/L，達到了《鋼鐵企業(yè)冶金廢水處理排放標準》。

圖3 工藝優(yōu)化改造后Cr（VI）與Cr 濃度變化

經過對廢水處理后所產生的鉻泥統(tǒng)計分析，原工藝鉻泥月均產量為15t，而改造優(yōu)化后的工藝所產生的鉻泥月均量僅為7t，而且在工藝中減少了Ca（OH）2的使用量，增加了Cr 元素比例值，使得鉻泥實現(xiàn)了資源化利用[11]。

4.2 經濟效益分析

針對廢水處理工藝優(yōu)化改造前與改造后的經濟效益分析，計算各種藥劑的月均投加量，以此對廢水處理成本進行分析，結果如表2 所示。通過表2 可以發(fā)現(xiàn)廢水處理工藝在優(yōu)化改造后，還原劑與中和劑的使用量明顯減少，對于廢水pH 值調整控制效果也相對較高，每月節(jié)約的藥劑費用達到了1300 元，鉻泥處理費用成本節(jié)約了5000元/t，而工藝改造后鉻泥月均產量減少8t，則成本減少4 萬元以上，脫水和儲存成本也會有所降低[12]。

表2 廢水處理工藝優(yōu)化改造前后經濟對比分析

5 結束語

綜上所述，在本次研究中，以某鋼鐵廠冶金工業(yè)廢水處理工藝為例，結合原廢水處理工藝實際情況以及廢水處理后的鉻濃度含量進行分析，發(fā)現(xiàn)原處理工藝在實際運用中難以確保Cr 濃度達到國家標準要求。為此，本次研究則通過優(yōu)化改進措施，完成二級還原池ORP 優(yōu)化及自控加藥系統(tǒng)調試工作，做好NaOH/Ca（OH）2調堿劑使用量優(yōu)化，完成水力條件優(yōu)化以及安裝活性砂過濾系統(tǒng)等方式，降低原廢水處理工藝藥劑使用量，減少廢水處理后的Cr濃度，確保廢水處理后Cr（VI）與Cr 濃度分別達到0.02 mg/L、0.07mg/L，廢水效果得到提升，為鋼鐵廠冶金工業(yè)廢水處理減少成本，提高廢水處理工藝效益以及處理效果，為實現(xiàn)鋼鐵領域可持續(xù)發(fā)展提供良好幫助。