钢铁冶金综合污水处理技术的研究与应用

污水处理工程建设是企业赖以生存和发展的重要基本条件，也是企业重要的基础设施之一。它的建设与经济发展、环境治理和保护密切相关，既为之服务，提供保障条件，又可制约其发展。钢铁工业是用水大户，尽管工艺采取各种措施和技术革新，使吨钢生产用新水量较以前有较大幅度下降，但生产用新水量仍然很大，同时排出的大量生产污（废）水目前仍未全部得到妥善处理和回用，从而对水资源造成较大的浪费并对周边环境产生一定程度的污染。因此，建设污水处理回用工程，完善企业排水体系，充分利用水资源对促进钢铁企业经济快速发展是十分迫切和必要的。 
    近年来，首钢国际工程公司水处理专业技术团队对钢铁冶金综合污水处理技术进行了深入的研究和应用。由于钢铁行业污水成分较复杂，进水主要特点为水质不稳定且水量冲击负荷高等，污染物以无机成分为主，主要污染物为CODCr、SS、油类等。同时考虑到回用至工业水系统，出水需要对暂时硬度、铁离子等进行适当控制。另外，工艺流程的确定还需综合考虑下列因素：污染物的形成及其发展趋势；进出水水质的要求等差异；操作人员的经验和管理水平；场地的建设条件及今后发展空间；实际经济条件。根据行业来水水质数据分析，该类水源属于典型的钢铁尾部综合污水，结合国内钢铁行业尾部污水普遍运行状况，采用物理化学法原理，优化水处理工艺，实现出水水质控制指标是完全可行的。

2钢铁冶金综合污水处理核心技术

由于采用物理化学方法处理钢铁综合污水，故需要选用简单实用的处理技术，满足最终用户对水质的要求，下面重点研究高效澄清池处理技术。

2.1高效澄清池的研究与应用

我国沉淀池在经历了平流沉淀池，斜板（管）沉淀池和机械加速（脉冲）澄清池之后，一种称做高密度澄清池的新型澄清池问世了。该池型是由国外水处理公司推广适用于市政的新型澄清池，2000年左右进入中国市场。在中国各城市用地日益短缺的情况下，由于高密度澄清池技术效率高，适用性广，因而是适宜的选择。

高密度沉淀池与斜管（斜板）沉淀池的机理基本一致，其最大区别在于将活性泥渣进行回流，以增强絮凝体的活性和沉淀效果，其主要优点在于：

（1）处理效率高，占地面积小，池体面积仅为脉冲澄清池的1/4；

（2）活性泥渣回流、絮凝效果增强，可节省药剂30%左右；

（3）剩余泥渣浓度高（可达20-30g/l），脱水容易；

（4）出水水质好；

（5）适应处理高浊度且浊度变化较大的原水；

（6）全自动控制系统，启动、停止、污泥排放等自动控制；
（7）根据水量、水质自动加药，运行成本低； 
（8）系统使用体系内絮凝泥渣回流，无需投加细砂等体系外载体物质。

首钢国际工程公司密切关注该项技术，并在原雏形基础上自主研发和自主集成，并命名为高效澄清池，该池主要有三项改进：一是通过对几个钢铁污水处理工程的实践，验证了高效澄清池用于钢铁厂去除含铁、油、悬浮物和暂时硬度是非常合适的；二是系统完全国产化，消化和吸收国外先进技术，掌握设备的设计和运行参数，降低了工程造价；三是优化絮凝搅拌筒，并根据运行情况，进行结构改良，使污水在该反应器内达到充分混合和完成提升搅拌功能，该环节是本工艺流程的重点核心部位。

首钢国际工程公司将该项技术成功应用于迁钢、通钢和酒钢工程项目中，取得较好的社会效益和环保效益。

2.2高效沉淀池池型及结构介绍

高效沉淀池是一种采用斜管沉淀及污泥外循环方式的高速的澄清池。其工作原理基于以下五个方面：

·原始概念上的整体化的循环式絮凝反应池；

·推流式反应池至沉淀池之间的慢速传输；

·污泥的外部回流再循环系统；

·斜管（斜板）和成层沉淀浓缩区一体化；

·采用合成絮凝剂+高分子助凝剂。

由以上机理决定了高效沉淀池具有的优点为：污泥循环提高了进泥的絮凝能力，使絮状物更均匀密实；斜管（斜板）布置提高了沉淀效果，具有较高的沉淀速度，可高达20-40m/h；澄清水质量较高；对进水水质波动不敏感，并可承受较大范围的流量变化。

高效沉淀池可在流速波动范围大的情况下工作。它主要由三个部分组成：一个反应池、一个预沉池-浓缩池和一个斜管分离池。
    （1）反应池
    在该池中进行物理-化学反应，或在池中进行其他特殊凝聚反应。反应池分为两部分：一个是快速混凝搅拌反应池，另一个是慢速混凝推流式反应池。 
    ·快速混凝搅拌反应池区
    将原水（通常已经过预混凝）引入到反应池底板的中央。一个叶轮位于中心稳流型的圆筒内。该叶轮的作用是使反应池内水流均匀混合，并为絮凝和聚合电解质的分配提供所需的动能量。混合反应池中悬浮絮状或晶状固体颗粒的浓度保持在最佳状态，该状态取决于所采用的处理方式。通过来自污泥浓缩区的浓缩污泥的外部再循环系统使池中污泥浓度得以保障。
    ·慢速混凝推流式反应池区
    竖流上升式推流反应池是一个慢速絮凝池，其作用就是连续不断地使矾花颗粒增大。因此，整个反应池（混合和推流式反应池）可获得大量高密度、均质的矾花，以达到设计要求。

 （2）预沉池-浓缩池
    矾花慢速地从一个大的预沉区进入到澄清区，这样可避免损坏矾花或产生旋涡，确保大量悬浮固体颗粒在该区均匀沉积。矾花在澄清池下部汇集成污泥并浓缩。浓缩区分为两层：一层位于排泥斗上部，一层位于其下部。上层为再循环污泥的浓缩，即活性泥渣。污泥在这层的停留时间为几小时，然后排入到排泥斗内。在某些特殊情况下（如流速不同或负荷不同等），可调整再循环区的高度。由于高度的调整，必会影响污泥停留时间及其浓度的变化。部分浓缩污泥自浓缩区用污泥泵排出，循环至反应池入口。下层是产生大量更为致密的浓缩污泥的地方。浓缩污泥浓度至少为20g/l（澄清工艺）。
    用污泥泵从预沉池-浓缩池底部抽出剩余污泥，送至污泥脱水间进行处理。
    （3）斜管分离区
    逆流式斜管沉淀区将剩余的矾花沉淀。通过固定在清水收集槽下侧的纵向板进行水力分布。这些板有效地将斜管分为独立的几组以提高水流均匀分配。不必使用任何优先渠道，使沉淀可在最佳状态下完成。澄清水由一个集水槽系统回收，絮凝物堆积在澄清池的下部浓缩区，进行成层沉淀（浓缩）。 

2.3影响高效澄清池处理能力的因素

1）均质絮凝体及高密度矾花；

2）由于沉淀速度快，采用密集紧凑型设计；

3）有效完成污泥浓缩；

4）抗冲击负荷能力强，不易随突发冲击负荷的变化而变化；

5）沉淀后出水质量较高，一般在10NTU以内。

3工程应用实例

3.1工程项目主要内容

酒钢厂区位于甘肃省嘉峪关市东北部，距离市中心约3公里，它是国内大型钢铁联合企业之一，随着近年来规模的不断扩大，未经处理的排水量日益增大，每年的给水费和排水费开支较大，既增加了企业成本，又污染了市区环境。为降低酒钢综合能耗，回收利用水资源，更为保护嘉峪关市的环境质量，酒钢决定建设综合污水处理厂。由首钢国际工程公司设计的酒钢污水处理厂位于酒钢厂区东北部，规划面积6万m2。处理后的回用水一部分用以补充工业水，减少新水用量，提高工业水重复利用率。另外一部分达标后外排。

3.2工艺流程及主要构筑物

厂区污水通过原排水渠道上新设取水闸门井及明渠与管道重力流至污水处理厂预处理系统。经预处理系统粗、细格栅处理后，由潜污泵提升至混合配水构筑物，在混合配水构筑物分系列实现等比例配水，并在每个系列中投加相应药剂，采用机械搅拌进行混合反应后，进入对应高效澄清池，经沉淀分离后，再经后混凝并进行pH值调整后进入V型滤池进行过滤，同时过滤后投加二氧化氯消毒，然后进入回用贮水池，最后由两组回用水泵送至回用水管网。高效澄清池的底流污泥通过泥浆泵送往厢式压滤机进行脱水，脱水后的泥饼含水率小于50%，用汽车运输集中统一消纳。

1）隔油调节池

隔油调节池1座，污水首先进入粗细格栅后，便进入隔油调节池进行油水分离，去除废水中的部分浮油。

2）混合配水及高效澄清池

混合配水及高效澄清池6组，隔油调节池通过水泵有压进入混合配水池、高效澄清池，在该单元完成污水的混合、絮凝、沉淀和澄清。该单元是整个污水的主要处理构筑物，在此不仅完成以上功能，还需要投加熟石灰，对污水进行降低硬度处理。高效澄清池属于污泥外回流型式的新型澄清池，通过强制污泥回流，增大污泥与进水的充分混合，形成更大絮体和颗粒物，污水在经过慢速反应后泥渣得以沉淀，减少了沉淀面积和时间，是一种高效处理无机物和部分COD的单元，不仅节约占地，减少系统加药量，还保证系统出水浊度达到10NTU以下，为进入滤池单元做好充分准备。

该单位水力停留时间为40-50min，COD去除率为30%-40%，SS去除率为90%以上。整理水处理构筑物内基本为碱性环境，pH值控制在10.8，为各个污染物指标（特别是硬度）去除效果最佳点，通过pH值控制可以有效指导系统调试和运行生产。

3）V型滤池

V型滤池1座，包括9格滤池、共用反冲洗泵房和鼓风机房。整个滤池单元可实现全自动控制，通过水位标高和出水浊度的反馈完成系统自动反洗功能，反洗周期控制在24-48h，出水浊度控制在3NTU以下，有效保证钢铁厂对回用水补水水质的要求。

4）回用水贮水池及泵房

考虑钢铁厂成品水用户的不均匀用水状况及用户的安全性，设置贮水池对成品水进行调储，分为两格。回用水泵房为半地下式结构，内设两组供水泵，水泵采用自灌式启动。

5）加药系统

加药分为5个系统，分别为PAC、PAM、熟石灰、浓硫酸和二氧化氯消毒。每个系统都设有溶配药水池和储药池以及投加系统。其中，熟石灰加药系统在系统设计中要特别考虑加药泵的选择和石灰冲洗及回流系统的设置。浓硫酸和二氧化氯消毒系统设计考虑到系统安全问题，需按照设计规范严格执行。

6）污泥处理系统

污泥处理间1座。污泥处理系统包括污泥调节池和污泥脱水间。澄清池的底流污泥，由排泥泵输送至污泥调节池，污泥调节池同时还收集压滤机的回流污泥，起着暂存、缓冲、均衡污泥的作用，调节池下设污泥给料泵，调节池内污泥由给料泵送至污泥脱水间内的厢式压滤机，进行机械脱水。脱水后的泥饼落至堆料场，由小型铲车转运至汽车后送往污泥堆料场进行再次利用；压滤机产生的滤液排至预处理调节池。

压滤机的选用：因为该工程的泥渣以无机物为主，易于脱水。为使运行操作灵活，提高单位时间处理量，降低含水率，以利于泥饼的储存运输，故选用厢式压滤机的成套设备。

3.3工程调试及运行效果

本工程2011年4月开始调试，自2011年6月正式运行以来各项指标均达到设计出水水质指标，系统运行稳定，并通过相关部门和国家的验收。悬浮物浓度、总硬度、总碱度、CODCr及油类去除率依次为96％、25％、62％、50％及80％，出水水质优于设计预期效果。该工程已运行两年多时间，处理效果稳定。

3.4成本及环保效益分析

本工程于2009年8月开工建设，由于地区特点冬季无法施工，该工程于2011年3月完工。工程总投资1.4亿元，直接运行费用0.72元/m3，其中电费0.28元/m3，人工0.14元/m3，药剂0.30元/m3。每年减少COD排放量2336t，SS排放量8468t，创造了较高的社会效益和经济效益。

4结语

采用以高效澄清池处理为核心工艺的系统，其处理运行稳定，出水水质达到设计要求，可作为生产水的补充水回用。其中，高效澄清池为带泥渣外回流型、具有高吸附底物浓度的性能、组合式功能空间各具水力特性和能量差异，大大提高了该类污水的处理效果。通过工程实践证明高效澄清池处理工艺是适合于钢铁企业生产污水的工艺流程。

十几年来，首钢国际工程公司水处理专业技术团队积极汲取、消化吸收国内外给排水、工业用水领域先进技术，在工程设计中大力推行节能减排、循环经济、降低水耗和确保工艺用水安全等设计理念。技术团队基于在众多钢铁厂公辅设施工程中的丰富实践历练，熟练掌握冶金工艺中各用户用水工况细节、差别及阻碍充分释放潜力的关键点，能够准确理解客户需求，在不断改进既有用水工艺路线和装备的同时，综合考虑水处理技术的可靠性和经济性，并首次将市政领域新工艺、新设备适度改造后超前植入冶金工业和其公辅用水领域中。首钢国际工程公司水处理专业技术团队的成长基础源于工厂运行实际，并不断进行调研回访、改进、提高，在实践中检验设计意图，积累了大量工程组织、设备安装调试的宝贵经验。技术团队完成了从十多年前单纯项目设计向项目设计、研发、技术咨询、工程总承包于一体的转型，今后，将进一步关注水处理工程技术发展趋势，为冶金工业安全用水和科学用水做出不懈努力。