钢铁工业废水技术

钢铁工业废水技术现代钢铁工业的生产过程包括材选、烧结、炼铁、炼钢（连铸）、轧钢等生产工艺。钢铁工业废水主要来源于生产工艺过程用水、设备与产品冷却水、烟气洗涤和场地冲洗等，但70％的废水还是源于冷却用水。间接冷却水在使用过程中仅受热污染，经冷却后即可回用；直接冷却水因与产品物料等直接接触，含有污染物质，需经处理后方可回用或串级使用。矿山废水的处理矿山废水的特点是水量、水质变化大，废水呈酸性。要合理确定矿山废水的处理规模，并使被处理水的水质波动不要过大，往往需要设调节水池和调节水库，先把水收集起来，再进行处理。矿山废水是呈硫酸型的废水，一般pH值为1.5～6，这样低的硫酸含量，显然没有回收价值，因此往往采用中和处理的方法。矿山酸性废水的处理，一般采用石灰中和法。其工艺流程示于图1－1。用石灰中和矿山酸性废水的水质变化见表1－2。表1-2用石灰中和酸性废水的水质变化项目原水质处理后说明外观黄浊澄清无色石灰投量过高,可pH值2～39～12适当降低,控制pH砷/(mg/L)1.60.003～0.2值为8～9氟/(mg/L)100.8～1.0总铁/(mg/L)9260.03～0.22石灰投量/(g/L)5～6鉴于Fe(OH)3在沉淀和脱水性能方面远比Fe(OH)2好，为使处理构筑物和设备能力减少，从而采取曝气或用一氧化氮催化氧化，然后以石灰中和，可提高沉淀效果和出水水质。矿山酸性废水的处理离不开中和法，常用的中和剂是石灰石和石灰，因为其他中和剂价格高不宜采用，因此处理后水中的Ca2+往往含量很高或者是饱和的，再利用时应特别注意水质稳定问题，否则引起管道和设备的阻塞，给生产带来更大损失。第二节烧结厂废水处理与回用烧结的生产过程是把矿粉、燃料和溶剂按一定比例配料，混匀，然后在高温下点火燃烧，利用其中燃料燃烧时所产生的高温，使混合料局部熔化，将散料颗粒粘结成块状烧结矿，作为炼铁原料，在燃烧过程中，同时去除硫、砷、锌、铅、等有害杂质。烧结矿经冷却、破碎、筛分而成5～50mm粒状料送入高炉冶炼。工艺流程示于图2-1。一、废水的来源及水质、水量烧结厂废水主要来自湿式除尘排水、冲稀地坪水和设备冷却排水。湿式除排水含有大量的悬浮物，需经处理后方可串级使用或循环使用，如果排放，必须处理到满足排放标准；冲洗地坪水为间断性排水，悬浮物含量高，且含大颗粒物料，经净化后可以循环使用；设备冷却水，水质并未受到污物的污染，仅为水温升高（称热污染），经冷却处理后，一般都能回收重复利用。所以，烧结厂的废水污染，主要是指含高悬浮物的废水，如不经处理直接外排则会有较大危害，且浪费水资源和大量可回收的有用物质。烧结厂废水经沉淀浓缩后污泥含铁量较高，有较好的回收价值。二、废水处理方法烧结厂废水处理主要目标是去除悬浮物，换言之就是对除尘、冲洗废水的治理。这类废水治理的主要技术难点在于污泥脱水。烧结厂废水经沉淀后污泥含铁品位很高，沉淀较快，但由于有一定粘性，故使脱水困难。我国烧结厂工艺设备先进程度差距很大，废水处理的工艺也多种并存。国内比较常用的废水处理工艺有以下五种：平流式沉淀池分散处理工艺、集中浓缩浓泥斗处理工艺、集中浓缩拉链机处理工艺、集中浓缩真空过滤机（或压滤机）处理工艺、集中浓缩综合处理工艺。1．平流式沉淀池分散处理工艺这是一种简单、“古老”的处理工艺，多为遗留下来设施的延用，目前在中小型烧结厂或大型烧结厂的某些车间中还采用，清泥方法也引进了机械设备，如链式刮泥机或机械抓斗起重机。2．集中浓缩浓泥斗处理工艺此种工艺是目前中小型烧结厂中常见的工艺。烧结厂废水先进入浓缩池，经浓缩沉淀后的底部沉泥经砂泵扬送到浓泥斗进行处理，浓泥斗是架设在返矿皮带口的构筑物，如图2－2所示。污泥在浓泥斗中一般以静置3～6d为宜，时间过长，会使污泥压实，造成排泥困难；时间过短，会使污泥含水铝过高。排泥是由螺旋推进排泥机完成的。浓泥斗的构造原理如图2－3所示。集中浓缩浓泥斗处理工艺是处理烧结厂废水行之有效的方式，目前我国中小型厂多采用，不仅改善了排水水质，而且还回收了有用物质；但对大型烧结厂不太适用，应选择其他工艺。3．集中浓缩拉链机处理工艺此法的特点是处理后的水质可达循环用水的水质要求，通过污泥拉链机保证了排泥的连续性。图2－4为集中浓缩拉链机处理工艺的示意图。浓缩池的溢流水供循环使用。浓缩后的底部污泥排入拉链机，在拉链机中再沉淀，沉淀的污泥由拉链传送到返矿皮带上，送往混合配料。其含水率可以达到20％～30％，拉链机的溢流水再返回到浓缩池中。4．集中浓缩真空过滤（或压滤）工艺该法的前部分集中浓缩处理与前述基本相同，而后部分污泥处理则采用真空过滤机（或压滤机），如图2－5所示。近年来通过工业试验，带式压滤机在烧结厂污泥脱水方面有良好效果，为设计提供了新的选择。5．集中浓缩综合处理集中浓缩综合处理是烧结厂废水处理的较先进的工艺。它的特点就是按水质不同，分别采用措施，以达到最有效的重复利用，减少废水外排。如图2－6所示。三、烧结厂废水处理技术及发展趋势随着钢铁工业技术的发展，烧结厂工艺趋向于带式烧结机大型化。而对于大型厂的除尘设备多采用电除尘器，从而代替了湿式除尘，烧结厂的主要废水便得到根本的解决。从我国的实际情况来看，湿式除尘设备还要在较长时期和较大范围内采用，所以，还是要研究废水处理的新方法、新工艺。根据国内外发展的状况分析，烧结厂废水处理技术的发展趋势，可归纳为以下几方面。1．强化处理，实施重复用水技术烧结厂产生的废水，一般不含有毒有害的污染物，通过冷却、沉淀，就可循环使用或串级利用。对烧结厂废水强化处理，既能节约用水，又可回收有用物质，其经济效益十分客观。只要选择好处理工艺，使生产废水可达到或接近零排放的目标。2．污泥脱水是关键技术如上所述，烧结厂含尘废水处理的难点是泥浆的脱水技术，烧结生产工艺要求加入混合配料到污泥含水率不大于12％，这是当前污泥脱水工艺难以达到的，采用烘干加热等措施在经济上显然没有推广使用价值，故在过滤、压滤工艺中，必须强化效果，比如选择适用的絮凝剂，提高脱水效果，或制成球团，直接用于冶炼。3．应用絮凝剂国外在烧结废水处理中都投加絮凝剂，以便提高出水水质，我国亦逐步推广使用各种类型的絮凝剂。但无论使用何种絮凝剂，都应事先经过试验，以确定优选药剂及其最佳投药量。第三节炼铁废水的处理与利用一、概述炼铁工艺是将原料（矿石和熔剂）及燃料（焦炭）送入高炉，通入热风，使原料在高温下熔炼成铁水，同时产生炉渣和高炉煤气。炼铁产生的高炉渣，经水淬后成水渣，用于生产水泥等制品，是很好的建筑材料。炼铁厂包含有高炉、热风炉、高炉煤气洗涤设施、鼓风机、铸铁机、冲渣池等，以及与之配套的辅助设施，见图3－1。1.废水的来源高炉和热风炉的冷却、高炉煤气的洗涤、炉渣水淬和水力输送是主要的用水装置，此外还有一些用水量较小或间断用水的地方。以用水的作用来看，炼铁厂的用水可分为：设备间接冷却水；设备及产品的直接冷却水；生产工艺过程用水及其他杂用水。随之而产生的废水也就是间接冷却废水、设备或产品的直接冷却废水及生产工艺过程中的废水。炼铁厂生产工艺过程中产生的废水主要是高炉煤气洗涤水和冲渣废水。2.废水的水量和水质炼铁厂的所有给水，除极少量损失外，均转为废水，所以用水量基本上与废水量相当。高炉煤气洗涤水是炼铁厂的主要废水，其特点是水量的，悬浮物含量高，含有酚、氰等有害物质，危害大，所以它是炼铁厂具有代表性的废水。3.废水处理的技术路线主要的处理技术有：悬浮物的去除；温度的控制；水质稳定；沉渣的脱水与利用；重复用水等五方面内容。（1）悬浮物的去除炼铁厂废水的污染，以悬浮物污染为主要特征，高炉煤气洗涤水悬浮物含量达1000～3000mg/L，经沉淀后出水悬浮物含量应小于150mg/L。鉴于混凝药剂近年来得到广泛应用，高炉煤气洗涤水大多采用聚丙烯酰胺与铁盐并用，都取得良好效果。（2）温度的控制用水后水温升高，通称热污染，循环用水而不排放，热污染不构成对环境的破坏。但为了保证循环，针对不同系统的不同要求，应采取冷却措施。炼铁厂的几种废水都产生温升，由于生产工艺不同，有的系统可不设冷却设备，如冲渣水。水温度的高低，对混凝沉淀效果以及解垢与腐蚀的程度均有影响。设备间接冷却水系统应设冷却塔，而直接冷却水或工艺过程冷却系统，则应视具体情况而定。(3)水质稳定水的稳定性是指在输送水过程中，其本身的化学成分是否起变化，是否引起腐蚀或结垢的现象。既不结垢也不腐蚀的水称为稳定水。控制碳酸盐解垢的方法如下：①酸化法酸化法是采用在水中投加硫酸或者盐酸，利用CaSO4、CaCl3的溶解度远远大于CaCO３的原理，防止结垢。②石灰软化法在水中投入石灰乳，利用石灰的脱硬作用，去除暂时硬度，使水软化。③药剂缓垢法加药稳定水质的机理是在水中投加有机磷类、聚羧酸型阻垢剂，利用它们的分散作用，晶格畸变效应等优异性能，控制晶体的成长，使水质得到稳定。最常用的水质稳定剂有聚磷酸钠、NTMP(氮基膦酸盐)、EDP(乙醇二膦酸盐)和聚马来酸酐等。（４）沉渣的脱水与利用炼铁厂的沉渣主要是高炉煤气洗涤水沉渣和高炉渣，都是用之为宝、弃之为害的沉渣。高炉水淬渣用于生产水泥，已是供不应求的形势，技术也十分成熟。高炉煤气洗涤沉渣的主要成分是铁的氧化物和焦炭粉，将这些沉渣加以利用，经济效益十分可观，同时也减轻了对环境的污染。（５）重复用水应该指出，悬浮物的去除、温度的控制、水质稳定和沉渣的脱水与利用是保证循环用水必不可少的关键技术，一环扣一环，哪一环解决不好，循环用水都是空谈。它们之间又不是孤立的，互相联系，互相影响，所以要坚持全面处理，形成良性循环。二、高炉煤气洗涤水的处理１．高炉煤气洗涤工艺及废水性质从高炉引出的煤气称荒煤气，先经过重力除尘，然后进入洗涤设备。煤气的洗涤和冷却是通过在洗涤塔和文氏管中水、气对流接触而实现的。由于水与煤气直接接触，煤气中的细小固体杂质进入水中，水温随之升高，一些矿物质和煤气中的酚、氰等有害物质也被部分地溶入水中，形成了高炉煤气洗涤水。有代表性的洗涤有洗涤塔、文氏管并连洗涤工艺（见图3－2）和双文氏管串级洗涤工艺（见图3－3）。2．高炉煤气洗涤水处理工艺流程高炉煤气洗涤水处理工艺主要包括沉淀(或混凝沉淀)、水质稳定、降温(有炉顶发电设施的可不降温)、污泥处理四部分。沉淀去除悬浮物采用辐射式沉淀池为多，效果较好。国内采用的工艺流程有如下几种。(1)石灰软化—碳化法工艺流程洗涤煤气后的污水经辐射式沉淀池加药混凝沉淀后，出水的80％送往降温设备(冷却塔)，其余20％的出水泵往加速澄清池进行软化，软化水和冷却水混合流人加烟井，进行碳化处理，然后泵送回煤气洗涤设备循环使用。从沉淀池底部排出泥浆，送至浓缩池进行二次浓缩，然后送真空过滤机脱水。浓缩池溢流水回沉淀池，或直接去吸水井供循环使用。瓦斯泥送人贮泥仓，供烧结作原料。工艺流程见图3－4。(2)投加药剂法工艺流程洗涤煤气后的废水经沉淀池进行混凝沉淀，在沉淀池出口的管道上投加阻垢剂，阻止碳酸钙结垢，同时防止氧化铁、二氧化硅、氢氧化锌等结合生成水垢，在使用药剂时应调节pH值。为了保证水质在一定的浓缩倍数下循环，定期向系统外排污，不断补充新水，使水质保持稳定。其工艺流程见图3－5。(3)酸化法工艺流程从煤气洗涤塔排出的废水，经辐射式沉淀池自然沉淀(或混凝沉淀)，上层清水送至冷却塔降温，然后由塔下集水池输送到循环系统，在输送管道上设置加酸口，废酸池内的废硫酸通过胶管适量均匀地加入水中。沉泥经脱水后，送烧结利用。见图3－6。(4)石灰软化—药剂法工艺流程本处理法采用石灰软化(20％～30％的清水)和加药阻垢联合处理。由于选用不同水质稳定剂进行组合配方，达到协同效应，增强水质稳定效果，其流程见图3－7。三、高炉冲渣废水处理高炉渣水淬方式分为渣池水淬和炉前水淬两种，高炉冲渣废水一般指炉前水淬所产生的废水。因为循环水质要求低，所以经渣水分离后即可循环，温度高一些不影响冲渣，因而，在冲渣水系统中，可以设计成只有补充水、而无排污的循环系统。渣水分离的方法有以下几种。1．渣滤法将渣水混合物引质一组滤池内，由渣本身作滤