某钢铁制品厂废水处理设计.docx

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某钢铁制品厂废水处理设计

某钢铁制品厂废水处理设计

　　摘要：

本文以四川龙威钢铁制品公司为案例根据该企业生产原料及工艺过程的特点，以控制SS量、pH值、COD、BOD、金属离子、浮油等几项指标为目的讨论钢铁制品工业废水的处理工艺。

在工艺的选择上，综合效果和造价两方面的考虑，选择絮凝沉淀+气浮+接触氧化的工艺,通过该设计的工艺，预计处理结果能够达到国家《钢铁工业水污染物排放标准》中一级排放要求。

关键词：

钢铁废水絮凝沉淀涡凹气浮接触氧化

　　近年来，钢铁制品企业飞速发展，生产规模不断扩大，废水的处理随之显得十分必要和紧迫。

四川龙威钢铁制品公司总资产45亿余元，员工近3000人，已形成年产钢220万吨、生铁220万吨、钢材210万吨的综合生产能力。

由于市场的要求，该公司计划在成都龙泉新建一个生产基地，主要生产气体保护焊丝、焊接管材、镀锌钢板、冷轧钢板、热轧钢板等钢铁加工产品。

其废水主要来自于下属的7个车间和员工生活污水，其废水处理后排放的受纳水体为“东风渠”，是周围农村农业生产的主要水源，因而按照国家《钢铁工业废水处理排放标准》中一级标准要求设计。

　　1设计方案评价

　　污染源统计

　　焊丝车间

　　主要排放的废水有冲洗水和循环排污水，均为间隙排放，排放量均为3t/h，主要污染物为酸碱物质和少量的Fe2+和Cu2+。

　　焊管车间

　　主要排放的废水有冲洗水和循环水排放水，均为间隙排放，排放量约为3t/h，主要污染物为酸碱物质和一定量的Fe2O3。

　　轧机车间

　　轧机车间排放废水主要是循环水排放和废乳化液两个月中分数次排放，共2000m3，日排放量约为40m3/d，主要污染物是其中的矿物油。

　　酸洗车间

　　酸洗车间将排放大量的酸洗废水，同时有一定的循环水排放，排放量约为5t/h，是连续排放，其中含有酸性物质和Fe2+。

　　锌镀车间

　　镀锌车间主要排放废油，碱洗废水和冲洗废水，间隙与连续排放共存，排放量共为5t/h，主要油和碱性脱脂剂，pH值为11~12。

　　彩涂车间

　　彩涂车间主要排放废油，碱性废水和冲洗废水，间隙与连续排放共存，约为4t/h，主要含油和碱性脱脂剂。

PH值为11~12。

　　电解清洗组

　　电解清洗机组主要排放废油、碱洗废水和冲洗废水，碱洗与连续排放共存，排放量约为4t/h，主要含油和碱性脱脂剂，pH为11~12。

　　车间生活污水

　　该公司在职工作人员为2000人，采用四班三运转方式，按每人每天排污量120L/P排放生活污水，总计约为240t/d。

水中主要含有COD、BOD5。

　　污染源分析

　　由污染源统计可知，该公司的废水来自于8个车间、部门，可以分为四个类别，即：

酸性废水、碱性废水、废乳化液和生活污水，如果要分别修建四套独立的输送系统，对全厂的平面布局和预算十分不利。

所以，确定统一处理方式。

　　酸性废水的量为5t/h，其中含有的HCl较多，达到2%左右。

此外，从焊丝、焊管车间排放的废水也含有一定的酸度，成分为H2SO4，排放量为6t/h左右，即总的酸性废水排放量为11t/h。

　　碱性废水的排放量为12t/h，其中主要含油和脱脂剂，脱脂剂的主要成分为NaOH、Na2CO3和Na3PO4，另有一定的有机添加剂，其碱性为pH=11~12。

　　废乳化液为间断排放，两个月共排放为40m3/d，其中主要的污染物是5%的矿物油，另外需要进行破乳。

　　生活污水的排放量为10~15t/h，呈中性，含有一定的有机物，可采用物化、生化方式处理。

　　经分析得出，连续排放的废水合计27~32t/h，间断排放的废水为8~10t/h，总的排放量35~42t/h，按照稳定、可靠、安全的原则，确定处理规模为42t/h，即1000t/d。

　　设计要求

　　本案按照国家《钢铁工业水污染物排放标准》中一级标准设计，具体进出水数据和处理要求如表1　　表1设计要求

　　进水数据　　出水设计要求　　设计去除率　　pH　　3~8　　6~9　　—　　SS　　430　　70　　84%　　BOD5　　344　　20　　90%　　CODcr　　450　　100　　79%　　Cu2+　　39%　　油类　　75　　5　　94%　　Cr6+（mg/L）　　—

　　方案评价

　　方案论述

　　方案一：

本方案以生产废水和生活污水混合后，通过加药中和调节pH值，然后通过溶气气浮去除水中的悬浮物和金属离子，再通过SBR处理水中的有机物。

具体处理流程如图1

　　方案二：

与方案一处理思路相似，只是在气浮前设一絮凝沉淀罐，以提高悬浮物的去除率；而在气浮方式上采用更为先进的CAF式气浮；在生化处理方式上利用接触氧化池，相应地就需要在接触氧化池后增加一“二沉池”。

具体处理流程如图2所示　　

　　方案特点与评价

　　1）中和过程

　　两种方案都采用了酸碱废水相互中和后再进入处理的工艺过程，其目的是减少中和药剂的用量，节省运行成本。

另外，如果采用石灰中和，则残渣较多。

因此，可在pH值相对较高的时候使用苛性钠作中和剂，减少渣量，提高中和效率。

尤其是进水中Fe2+、Fe3+、Cu2+含量较高时能够迅速形成氢氧化物沉淀，从而提高金属离子的去除率。

　　2）絮凝沉淀

　　方案一和方案二有一重要区别，就是前者没有采用专门的絮凝沉淀过程，这种设计的原因是进水的SS含量不高，且如果在中和过程后，加入混凝剂利用管道混合，再进入溶气气浮则也能够起到去除SS的作用，只是去除效果有待进一步验证。

而如果采用专门的絮凝沉淀过程，则混凝剂的作用更彻底，去除效果更好，而且当水中SS较高时也能够保证出水水质，减轻气浮机的处理负荷。

但是，在混凝剂的种类选择和用量上必须谨慎。

一些常用的混凝剂如表2　　表2常用混凝剂种类

　　分类　　混凝剂无机类

低分子

无机盐类

碱类

金属电解产物

　　硫酸铝、硫酸铁、硫酸亚铁、铝酸钠、氯化铁、氯化铝

　　碳酸钠、氢氧化钠、氧化钙

　　氢氧化铝、氢氧化铁

高分子

阳离子型

阴离子型

　　聚合氯化铝、聚合硫酸铝

　　活性硅胶有机类

表面活性剂

阳离子型　　

阴离子型

　　十二烷胺醋酸、十八烷胺醋酸、松香胺醋酸、松香胺醋酸、烷基三甲基氯化铵

　　月桂酸钠、硬脂酸钠、油酸钠、松香酸钠、十二烷基磺酸钠

低聚合度高分子　　

阳离子型

阴离子型

非离子型

两性型

　　水溶性苯胺树脂盐酸盐、聚乙烯亚胺

　　藻朊酸钠、羧甲基纤维素钠盐

　　淀粉、水溶性尿醛树脂

　　动物胶、蛋白质

高聚合度高分子

阳离子型

阴离子型

非离子型

　　聚丙烯吡啶言、乙烯吡啶共聚物

　　聚丙酸钠、水解聚丙烯酰胺、磺化聚丙烯酰胺

　　聚丙烯酰胺、氯化聚乙烯

　　方案一采用的是目前应用最广泛的溶气气浮即DAF，其主要机理是使空气在一定压力下溶于水中并呈饱和状态然后使废水压力骤然降低，这时溶解的空气便以微小的气泡从水中析出并进行气浮。

用这种方法产生的气泡直径约为20~100μm，并且可人为地控制气泡与废水的接触时间，因而净化效果比散气气浮法好，应用广泛。

　　涡凹气浮其主要组成部分有：

专利曝气系统，回流系统，刮泥机系统及出泥系统如图3所示.

　　涡凹气浮的主要优点有：

a.节省投资涡凹气浮能够去除水中的油脂、固体悬浮物、BOD、COD，在生化二级污水处理厂前设置此系统，可大大减小处理厂的规

　　模，从而大大减少总体投资费用。

此外，CAF不需要压力容器、空压机和循环泵等设备，从而大大减少了废水预处理的投资费用；

　　b.运行费用低廉整个CAF气浮系统只有曝气机需要动力，每个曝气机需要的动力约为。

处理水量在35~50t/h的CAF的设备功率只有。

这是其他气浮系统无法比较的。

而且维修和人工操作较少。

　　c.效率高与传统的油脂收集器相反，涡凹气浮系统是将固体污泥自动和连续地从废水中除去。

污泥的去除和储存是以浓缩方式进行的，因此也降低了污泥处理的费用。

　　d.操作简单涡凹气浮系统非常容易操作，根本就没有复杂的机器设备，也不需要人工参与。

整个系统仅由两个机械部分组成，不象DAF溶气气浮包含了压力容器、空压机、循环溶气泵等许多必须设备。

　　由以上分析可以清楚地看出，CAF比DAF性能更好，故本案决定采用此气浮方法。

　　4）生化处理方法

　　分析本案废水水质可知，BOD5/COD可以采用生化处理。

所以派出了以上两个方案。

方案一采用的是SBR序批式活性污泥法，

　　由于考虑到该厂的工作时间为24小时连续运行，如果采用SBR工艺则需要建造较大的池体或多个池体，而且其处理水量较小，不适应本案。

只是在基建费用上占有一定优势。

因此，派出了方案二的接触氧化法。

　　接触氧化法又称浸没式生物滤池。

生物接触氧化池内设置填料，填料上长满生物膜。

在废水与生物膜接触过程中，水中的有机物被微生物吸附，氧化分解和转化为新的生物膜，从填料上脱落的生物膜随水流到二沉池后被去除，废水得到净化。

在接触氧化池中，微生物所需要的氧气来自水中，而废水则自鼓入的空气中不断补充失去的溶解氧。

空气多通过设在池低的穿孔布气管进入水流，当气泡上升时向废水供应氧气，同时借以回流池水。

如图4[1]　　

　　一般说来，活性污泥法的处理效率高于生物接触氧化法，卫生条件也较好，且基建费用和占地面积较有优势。

但是，SBR的管理和操作要求较高，而且虽说有均质调节池，但在实际运行中，因为该厂的间歇排水量大，很可能会产生调节效果不好的情况。

因此，综合经济和处理效果的考虑，决定采用接触氧化工艺进行生化处理。

　　2.设计方法

　　废水处理工程的设计方法是灵活多样的，但其主要设计步骤资料的收集，试验验证，设计方案的选择，设备选型，构筑物计算，总图布置。

　　由于篇幅所限，本文只涉及方案选择，设备选型与构筑物计算，总图布置，对于资料收集和试验验证过程参考其他钢铁行业废水处理情况，在此不作赘述。

　　工艺方案的选择

　　一般在进行污染治理工程设计的时候，都会考虑多个工艺方案进行选择。

在进行工艺选择时，必须遵循以下原则

　　合理规划、合理布局为了合理解决污染问题，必须从城市或区域进行全面考虑。

对工厂应实行有计划的布局和迁移，例如在城市的河流上游不宜建立有严重污染的新厂、加强对乡镇企业的环境保护工作。

此外，在新建工业区或迁移工厂时，要注意总体安排。

　　在污水处理工艺方案中，尽力选用新的后处理工艺，将污染减轻或消灭在生产工艺中

　　采用新工艺、新技术、新线路例如本工艺中的CAF气浮法，就是一种高效，多用途的气浮方法。

　　本方案基于上述原则的考虑，决定采用方案二的方法，不但能够最大限度减少能耗，还能减少基建投资。

另外在方案的实施过程中，将气浮池改成气浮机，将絮凝沉淀池改成絮凝沉淀罐，中和池改成中和罐，以最大限度节省基建投资。

其具体流程见附图。

　　计算

　　构筑物及高程计算

　　集水井

　　集水井：

以水力停留时间t=，流量Q=42m3/h，则

　　集水井有效容积应为

　　V=Qt=42×=63m3

　　设集水井深5m,有效水深4m，则集水井面积为

　　S=V/h=336/4=16m2

　　按此有效容积设计，集水井规格为：

长×宽×深=4×4×5m

　　考虑池口沿口安全因素，预设集水井标高为：

地面部分+,池低标高-

　　调节池：

调节池埋入水深不能太深，以防止地下水所产生的浮力对调节池放空时产生较大的浮力；此外，深度太大，基建投资也较高。

本调节池为均质调节池，遵从对角线出水原则设计。

　　设计调节能力为容量10h，设计进出水流量为Q=420m3/h。

　　则调节池有效容积应为

　　V=Qt=42×10=420m3

　　设调节池水深5m，则调节池面积为

　　S=V/h=42/5=84m2=×8m

　　按此有效容积设计，并留出部分空间防止暴雨等突发时间的影响，设计调节池规格为：

长×宽×深=12×8×5m，取地面沿口高度，则池底高为-

　　另在池端进水处对角线设自吸泵两台。

　　接触氧化池

　　接触氧化池的设计可将整个池体分为两部分，避免在出现进水水质出现变化时池体中微生物受到较大影响。

出于管道检修方便的需要，进水口和出水口均设在池体地上部分，在进出水口设水槽。

由于案废水的特点，该接触氧化池中填料采用纤维型软性填料。

　　a.有效容积

　　V=Q/M=1000×（344-20）/1500=216m3

　　V—滤池有效容积；

　　Q—平均日污水量，m3/d；

　　La—进水BOD5，mg/L；

　　Lt—出水BOD5，mg/L；

　　M—容积负荷率，gBOD5/（m3•d），本设计接触氧化池取1500

　　b.滤池总面积

　　F=V/H=216/3=72m2

　　F—滤池总面积m2；

　　V—同上；

　　H—填料层高度，一般取3m；

　　c.每格滤池面积为

　　f=F/n=72/2=36m2；

　　f—每格滤池面积，m2；

　　n—滤池格数，本案设计为2；

　　d.每格尺寸为L×B=6m×6m；

　　e.校核反应时间t=nfH/Q=2×36×3/42=;

　　可行，能够充分接触氧化；

　　f.滤池总高度

　　H0=H+h1+h2+h3+h4=3+++（2-1）×+=5m

　　h1—超高，m；

　　h2—填料上层水深，m；

　　h3—填料层间高度，m；

　　h4—配水区高度，m

　　m—填料层数，本案设计为2层；

　　g.实际停留时间

　　t’=nf（H0-H1）/Q=2×36×（）/42=;

　　h.填料总体积

　　V’=nfH=2×36×3=216m3

　　i.所需空气量

　　D=D0Q=15×1000=15000m3/d

　　D0—1m3污水所需气量，m3/m2，本案取15；

　　二沉池

　　污泥区容积

　　V=4QR/（1+2R）=4××1000×/=

　　R—污泥回流率，本案为；

　　泥斗锥角取42o；则泥斗深，长宽各7m；

　　池边水深：

由于池径10m，宜取池边有效水深；

　　校核停留时间：

t’=7×7×3/42=；

　　出水槽距顶高

　　则整体尺寸为长×宽×高=7×7×，泥斗底部尺寸：

×

　　中间池

　　设计水力停留时间为50min，则

　　整体容积为

　　V=Q×t=42×50/60=35m3

　　设计有效水深为，由于二沉池进水槽距地面高=则中间池尺寸为长×宽×高=4××

　　中水回用池

　　设计尺寸与调节池相同。

　　污泥浓缩池

　　设计剩余污泥产生量为/d,含水率为90%,按8h储泥时间计算该污泥浓缩池尺寸为=6m，H=（直筒高度）+（锥底浓缩部分高度）

　　设备选型

　　集水井提升泵

　　该提升泵主要功能是将集水井中的废水转移至调节池内，因此对其扬程要求不高，如果采用自吸式水泵或离心泵就应当主要考虑其吸程。

另外，从安全角度考虑还应当注意其流量应当大于污水排放量和耐腐蚀性。

建议使用耐酸潜水泵2台，一备一用，流量42m3/h，

　　按此要求，可选择80WQ50-10-3型污水潜水泵，其具体参数如下　　表380WQ50-10-3型污水潜水泵具体参数　　排出直径/mm　　流量/m3•h-1　　扬程/m　　转速/r•min-1　　电机功率/kw　　80　　50　　10　　1450　　4

　　中和罐

　　设计中和罐反应时间为30min，则其容积应为

　　V=42×=21m3；设计高高度为3m，则其直径=21/=

　　调节池提升泵

　　该提升泵主要作用是将废水从调节池中输送至后续处理设备中。

需要考虑其扬程和耐腐蚀性。

流量也应保持在设计流量之上。

为了检修方便，宜采用地上安装类泵，即离心泵或自吸泵。

　　按此要求，该泵吸程应5m,扬程3m，可选用GMP-35-80型自吸式离心泵。

其具体标准如表4：

　　表4GMP-33-65型自吸式离心泵具体参数　　电机功率/kw　　口径/mm　　扬程/m　　流量/m3•h-1　　最高扬程/m　　最大流量/m3•h-1　　5　　80　　60　　69

　　板筐压滤机

　　可将排入污泥浓缩池的污泥，通过螺杆泵打入板筐压滤机，将其含水率降低至80%左右。

螺杆泵可采用扬程在4m以上的LXB-700X型螺旋提升泵，主要参数如下　　表5LXB-700X型支座螺旋提升泵主要参数　　螺旋外径/mm　　转速/r•min-1　　流量/m3•h-1　　提升高度/m　　电机功率/kw　　700　　63　　300　　4　　

　　板框压滤机可采用915型聚丙烯板框压滤机，其具体参数如表9　　表6915型聚丙烯板框压滤机参数表6　　型号　　过滤面积/m2　　滤室数　　滤室容积/m3　　滤饼厚度/mm　　滤板规格/mm　　过滤压力/MPa　　液压缸压力/MPa　　外型尺寸/mm　　质量/kg　　XM41/915-U　　41　　33　　32　　915×60　　22　　4180×1360×1410　　3778

　　CAF气浮机

　　按照CAF要求，应该使其流量达到预计最大排水量以上。

可采用CAF-50型气浮机，其参数如表7　　表7CAF-50型气浮机参数　　流量/m3•h-1　　池长/m　　池宽/m　　池深/m　　总功率/kw　　50　　

　　中间池提升泵，砂滤罐反冲泵

　　这两个泵的扬程高度和流量都基本相同，所以设计采用同一类型的泵，需要满足的扬程要求即是砂滤罐的高度+池体高度可使用80QW-50-10-3型潜水排污泵。

具体参数见表8　　表880QW-50-10-3型潜水排污泵具体参数　　流量/m3•h-1　　扬程/m　　转速/r•min-1　　效率/%　　电机功率/kw　　口径/mm　　50　　10　　2840　　65　　15

　　加药泵

　　加药泵的选用需根据具体絮凝沉淀实验结果选择适当的计量泵。

由于该水质中SS的含量不是太高，且采用的是高分子絮凝剂，所以加药量不会太大。

　　曝气系统

　　根据设计，该接触氧化池上有2层填料，维修不方便，建议不采用盘片式曝气头，因为其易堵塞。

根据该设计的需氧量，建议采用75mm穿孔管。

风机采用三叶型罗茨风机。

风量要求15000m3/d=625m3/h氧含量，即空气量为2976m3/h。

可选用RT-200型三叶罗茨风机.参数如表9

　　总图布置

　　总图布置应根据拟建地的特点，尽量方便设备的管理和操作布置。

本案总图设计见附图。

　　表9RT-200型三叶罗茨风机具体参数　　风量/m3•h-1　　转速/rpm　　功率kw　　风压/kpa　　3000　　1488　　15　　

　　3.设计结果　　表10设计结果　　构筑物名称　　数量　　规格/m　　备注　　集水井　　1　　长×宽×深=4×4×5m　　防腐蚀　　调节池　　1　　长×宽×深=12×8×5m　　防腐蚀　　接触氧化池　　1　　长×宽×深=6×12×5m　　滤池分两格；填料高3m　　二沉池　　1　　长×宽×高=7×7×　　底部锥角42o　　中间池　　1　　长×宽×高=4××　　中水回用池　　1　　长×宽×深=12×8×5m　　污泥浓缩池　　1　　=6m，H=+　　表11设备清单　　设备名称　　设备型号　　数量/个　　备注　　集水井提升泵　　80WQ50-10-3型污水潜水泵　　2　　防腐蚀　　调节池提升泵　　GMP-33-65型自吸式离心泵　　2　　防腐蚀　　中和罐　　=,H=3m　　1　　防腐蚀　　絮凝沉淀罐　　=3m,H=3m　　3　　内设斜管填料　　CAF气浮机　　CAF-50型气浮机　　1　　曝气系统　　曝气管DN=75mm,×　　8根　　穿孔　　RT-200型三叶罗茨风机　　2　　中间池提升泵　　80QW-50-10-3　　1　　砂滤罐　　H=,=　　1　　砂滤罐反冲泵　　80QW-50-10-3　　1

　　该设计最大的特点是采用了CAF式气浮，这种气浮相对于现在广泛应用的DAF溶气气浮有很多优点。

另外，PAM+PAC的组合絮凝沉淀工艺也是目前最为流行的方法，其沉淀效率较高。

　　4.问题讨论

　　在的问题

　　本方案所设计的工艺是用苛性钠中和处理，另外投加混凝剂PAM和助剂PAC进行须凝沉淀。

然而在实际运行当中，可能会遇到以下几个方面的问题

　　1）进水酸度过高在这种情况下如果用苛性钠中和，成本相当昂贵。

　　2）进水金属离子含量高混凝剂种类和剂量不容易掌握，很可能造成无法充分沉淀，SS去除效果不好。

尤其是Fe2+含量过高，水质发黄。

虽然采用絮凝沉淀的方法能够使部分Fe2+被去除，但是无论是絮凝沉淀还是随后的气浮过程都要求适宜的pH值，这时可能对苛性钠的耗量也会急剧增大。

在处理过程中由于接触氧化池容量较大，如果不能持续保持相应的pH值的后续来水，则有可能前面处理的水进入到接触氧化池中被后面pH植较低的来水影响，从而再次溶解，导致水质翻黄。

并且，如果继续爆气，则还会形成Fe2O3，使出水变成红色，其沉淀时间很慢，往往无法在二沉池中完全沉淀，给排放和回用都带来相当大的困难。

　　3）破乳工艺如果不能在酸碱中和和絮凝沉淀以及后续的CAF气浮过程中取得成功的话应该考虑添加单独的破乳剂破乳。

　　建议与讨论

　　对于上面所说的几种情况，建议使用先用石灰将废水进行中和后，在用苛性钠做微调。

石灰中和法既能够调整pH值又能够有效地去除水中的杂质，但是其渣量太多，可以考虑在中和罐中或以后进行添加，使沉渣尽量混入污泥浓缩池中，从而减少构筑物人工清渣的频率。

而对于Fe2+含量比较重时，石灰中和沉淀的效果更好，只是要注意不能过度曝气使Fe2+氧化成Fe2O3。

只是由于其纯度较低、碱性较弱，用量会远远大于苛性钠的用量。

从经济角度考虑，1t石灰的价格和1t苛性钠的价格几乎是1：

20，也即是说如果石灰的用量不超过苛性钠用量的20倍都是可以节省投资的。

　　参考文献：

[1]邹家庆《工业废水处理技术》化学工业出版社

　　王国华任鹤云《工业废水处理工程设计与实例》化学工业出版社

　　缪应祺《水污染控制工程》东南大学出版社

　　汪大徐新华宋爽《工业废水中专项污染物处理手册》化学工业出版社

　　黄铭荣胡纪萃《水污染治理工程》高等教育出版社

　　国家环保总局《钢铁工业水污染物排放标准》

　　尹士君李亚峰《水处理构筑物设计与计算》化学工业出版社

　　大连市环境科学设计研究院《环境保护设备选用手册》化学工业出版社

　　龙威公司内部检测资料