蘇烜SU Xuan

（甘肅省環(huán)境保護(hù)產(chǎn)業(yè)學(xué)會，蘭州 730000）

0 引言

由于在鋼鐵工業(yè)生產(chǎn)中會產(chǎn)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(dāng)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(yán)重污染。而且，隨著我國對于環(huán)境保護(hù)逐漸提高了重視度，要求在冶金廢水處理達(dá)到《鋼鐵企業(yè)冶金工業(yè)廢水排放標(biāo)準(zhǔn)》標(biāo)準(zhǔn)，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(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求，但Cr 濃度則難以得到有效控制，加強(qiáng)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(shù)進(jìn)行優(yōu)化與改進(jìn)，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(chǎn)車間排放廢水通過管道運(yùn)輸?shù)秸{(diào)節(jié)池，在通過泵進(jìn)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(jìn)行調(diào)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(jìn)水點(diǎn)和加藥點(diǎn)位于還原池上部，以自流的方式進(jìn)入奧中和池中，在中和池內(nèi)加入Ca（OH）2與Cr3+，從而與廢水產(chǎn)生反應(yīng)生成Cr（OH）3沉淀，并從二級中和池中進(jìn)入到沉淀池內(nèi)，加入PAM 后確保廢水在沉淀池內(nèi)實(shí)現(xiàn)泥水分離，底泥進(jìn)入濃縮池后實(shí)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(yīng)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(shè)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(yùn)行時，是由人工通過ORP進(jìn)行控制，難以實(shí)現(xiàn)動態(tài)化管控，造成加藥系統(tǒng)運(yùn)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(qiáng)于Na2OH，但廢水在沉淀后所產(chǎn)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(nèi)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(jìn)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(nèi)加入PAM，藥劑與廢水之間產(chǎn)生的反應(yīng)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(dá)到標(biāo)準(zhǔn)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(dǎo)致廢水處理后其中的鉻濃度超出標(biāo)準(zhǔn)要求。

3 廢水處理工藝優(yōu)化與改進(jìn)措施

3.1 二級還原池ORP 優(yōu)化及自控加藥系統(tǒng)調(diào)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(jìn)行確定，廢水處理工藝應(yīng)用時要求一級還原池與二級還原池ORP 分別設(shè)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(shè)定值低，為此通過多次驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，對廢水處理后所含有的鉻濃度驗(yàn)證結(jié)果進(jìn)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(jù)表1 所示在廢水處理工藝中對于含鉻廢水濃度進(jìn)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(dāng)ORP 值降低到最大后，廢水中Cr（VI）去除值達(dá)到極限。在本次優(yōu)化后，發(fā)現(xiàn)二級還原池的ORP 值在達(dá)到25mV 時，二級還原池所排放的廢水Cr（VI）濃度則達(dá)到了國家《鋼鐵企業(yè)排放標(biāo)準(zhǔn)》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(jìn)行質(zhì)保控制，降低還原劑投加量[4]。

3.2 NaOH/Ca（OH）2 調(diào)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(chǎn)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(diào)堿劑Ca（OH）2。而使用NaOH 作為調(diào)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(jìn)中，為了保障Cr 去除效果達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)，減少廢水鉻泥沉淀量，則對NaOH 與Ca（OH）2調(diào)堿劑投加比例進(jìn)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(jìn)研究中，將NaOH與Ca（OH）2分別以20%、40%、80%進(jìn)行投放使用，使用NaOH 調(diào)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(diào)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(jù)以上數(shù)據(jù)分析，使用NaOH 調(diào)堿劑比例越高，廢水處理后所產(chǎn)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(dá)到80%時，廢水鉻泥體積則可達(dá)到最小，但Cr 濃度則超出《鋼鐵企業(yè)冶金廢水排放標(biāo)準(zhǔn)》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(jìn)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(chǎn)生的化學(xué)反應(yīng)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(fèi)。二級中和池中存在攪拌裝置，將PAM 投加點(diǎn)進(jìn)行調(diào)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(xué)反應(yīng)，提高廢水沉淀效果[7]。

3.3.1 絮凝攪拌強(qiáng)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(shè)定值為0.1%，絮凝攪拌強(qiáng)度設(shè)置為40r/min、50r/min、60r/min、70r/min，在發(fā)生反應(yīng)后直接進(jìn)入到二級中和池中，從而形成靜置沉淀。沉淀時間在達(dá)到30 分鐘后，工作人員在液面2cm 位置進(jìn)行取樣，對廢水中所含有的鉻濃度進(jìn)行測定分析。結(jié)果顯示廢水在處理時絮凝攪拌強(qiáng)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(qiáng)度達(dá)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(qiáng)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(qiáng)度設(shè)置為50r/min，可達(dá)到《鋼鐵企業(yè)冶金廢水排放標(biāo)準(zhǔn)》要求[8]。

3.3.2 絮凝攪拌時間的優(yōu)化

原工藝中PAM 含量設(shè)定值為0.1%、絮凝攪拌強(qiáng)度在控制50r/min 以上，絮凝攪拌時間分別設(shè)置為10min、15min、20min、25min、30min，在廢水化學(xué)反應(yīng)后在二級中和池中出水，隨后保持靜止沉淀，沉淀時間達(dá)到30 分鐘后，在液面2cm 處進(jìn)行取樣，測定廢水處理后鉻濃度含量，最終測定結(jié)果如圖2 所示。根據(jù)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(chǎn)生反應(yīng)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(dá)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(zhì)達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)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(jié)合鋼鐵廠冶金廢水處理現(xiàn)場以及工藝的應(yīng)用現(xiàn)狀，在原有工藝的基礎(chǔ)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(xiàng)指標(biāo)達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)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(shí)際應(yīng)用時，無需停機(jī)即可反沖洗，系統(tǒng)運(yùn)行控制方便適用于廢水處理系統(tǒng)升級改造。具體改造運(yùn)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(yùn)行中，要做好濾速參數(shù)控制工作[9]。在活性砂過濾濾速達(dá)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(jìn)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(jìn)效果及經(jīng)濟(jì)分析

4.1 優(yōu)化改進(jìn)后的工藝應(yīng)用效果

在原工藝基礎(chǔ)上進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)后，廢水通過調(diào)節(jié)池均質(zhì)、均量進(jìn)入到一級還原池與二級還原池后，再進(jìn)入一級中和池與二級中和池，此時使用調(diào)堿劑NaOH/Ca（OH）2完成廢水pH 值調(diào)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(jìn)行廢水處理，提高廢水處理效果。原工藝得到優(yōu)化改進(jìn)后進(jìn)行了為期30 天調(diào)試運(yùn)行，并完成對廢水以及處理后的廢水檢測工作，最終結(jié)果如圖3 所示[10]。在廢水未處理時，其中Cr（VI）濃度達(dá)到了800mg/L，經(jīng)過改造優(yōu)化后的廢除處理工藝應(yīng)用時，處理后的廢水Cr（VI）與Cr濃度分別為0.02mg/L、0.07mg/L，達(dá)到了《鋼鐵企業(yè)冶金廢水處理排放標(biāo)準(zhǔn)》。

圖3 工藝優(yōu)化改造后Cr（VI）與Cr 濃度變化

經(jīng)過對廢水處理后所產(chǎn)生的鉻泥統(tǒng)計分析，原工藝鉻泥月均產(chǎn)量為15t，而改造優(yōu)化后的工藝所產(chǎn)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(shí)現(xiàn)了資源化利用[11]。

4.2 經(jīng)濟(jì)效益分析

針對廢水處理工藝優(yōu)化改造前與改造后的經(jīng)濟(jì)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(jìn)行分析，結(jié)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(diào)整控制效果也相對較高，每月節(jié)約的藥劑費(fèi)用達(dá)到了1300 元，鉻泥處理費(fèi)用成本節(jié)約了5000元/t，而工藝改造后鉻泥月均產(chǎn)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(jīng)濟(jì)對比分析

5 結(jié)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(jié)合原廢水處理工藝實(shí)際情況以及廢水處理后的鉻濃度含量進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)原處理工藝在實(shí)際運(yùn)用中難以確保Cr 濃度達(dá)到國家標(biāo)準(zhǔn)要求。為此，本次研究則通過優(yōu)化改進(jìn)措施，完成二級還原池ORP 優(yōu)化及自控加藥系統(tǒng)調(diào)試工作，做好NaOH/Ca（OH）2調(diào)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(dá)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(shí)現(xiàn)鋼鐵領(lǐng)域可持續(xù)發(fā)展提供良好幫助。