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
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》（GB13456—92）[6]中一级标准要求设计。
1设计方案评价
1.1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（主要是HCl）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。
1.2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。
1.3设计要求
本案按照国家《钢铁工业水污染物排放标准》（GB13456—92）[6]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[9]
出水设计要求
设计去除率
pH
3~8
6~9
—
SS（mg/L）
430
70
84%
BOD5（mg/L）
344
20
90%
CODcr（mg/L）
450
100
79%
Cu2+（mg/L）
0.8
0.5
39%
油类（mg/L）
75
5
94%
Cr6+（mg/L）
0.2
0.5
—
1.4方案评价
1.4.1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（序批式活性污泥法）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
1.4.2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[2]
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[2]：
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2.25kw。
处理水量在35~50t/h的CAF的设备功率只有3.0kw。
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>0.3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，但其主要设计步骤如下：
资料的收集（包括设计原始资料和自然条件资料），试验验证（包括试验的必要性论证、试验方法、试验数据及结果分析），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。
2.1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[3]：
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。
2.2计算
2.2.1构筑物及高程计算（以地面为+0.00m标高）
2.2.1.1集水井
集水井：
以水力停留时间t=1.5h，流量Q=42m3/h，则
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