炼钢行业废水废气处理设计废水处理毕业论文.docx
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炼钢行业废水废气处理设计废水处理毕业论文
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摘要
本项目设计炼钢连铸废水处理量为290m3/h，废水进水的平均水质为PH:
6.8-8.0，悬浮物588mg/L，CODcr:
130mg/L，总铁：
521mg/L，油类：
41mg/L，进水温度50℃。
炼钢连铸机的浊环水系统产生的污染物主要是氧化铁皮和油类，现采用的工艺是旋流沉淀池和平流沉淀池除去油类和氧化铁皮，再用核桃壳过滤器进一步提高水质，最后用冷却塔降低温度，继续回用，实现废水的“零”排放。
连铸浊环水生产用水水质标准：
pH值6.5-9.0，CODcr：
≤30mg/L，悬浮物≤30mg/L，石油类≤3mg/L，总铁≤0.5mg/L，进水温度≤38℃。
关键词：
连铸废水；炼钢；含油废水；水处理
Designofwastewaterandwastegastreatmentinsteelmakingindustry--wastewatertreatment
Abstract
Thisprojectdesignsteel-makingcontinuouscastwastewatertreatmentis290m3/h,theaveragewaterqualityofwastewaterintothewateris6.8-8.0,suspensionis588mg/L,CODcris130mg/L,totalironis521mg/L,oilis41mg/L,thewaterintaketemperatureis50degrees.
Themainpollutantsintheturbid-ringwatersystemofsteelmakingandcontinuouscastingmachineareoxidationscaleandoil.Nowusingtheswirlingsedimentationpoolandthepeacefulflowsedimentationpooltoremoveoilandironoxide,andthenusewalnutshellfiltertofurtherimprovethewaterquality,andfinallyusethecoolingtowertoreducethetemperature,continuetoreuse,toachievethe"zero"dischargeofwastewater.
Continuouscastturbidringwaterproductionwaterqualitystandard:
pHis6.5-9.0,CODcrislessthanorequalto30mg/L,suspendedisbeloworequalto30mg/L,petroleumisbeloworequalto3mg/L,totalironisbeloworequalto0.5mg/L,watertemperatureisbelowto38degrees.
Keywords:
ContinuousCastingwastewater；steel-making；Oilywastewater；watertreatment
1前言
水不仅是人类赖以生存的，也是绝大多数生命和生产所需要的物质，可过去人类不爱护和珍惜，浪费破坏水资源，若不加以控制，必定对未来造成不良的影响。
所以，进行工业、农业等各个行业的废水研究及综合治理，提高各类水资源的使用率，必然具有重大经济价值和社会价值。
炼钢行业中产生的废水均含有众多污染物质，如重金属等、毒性也比较大，若不加以处理，就会对环境造成很大的污染，必须妥善处理，处理废水的原则是“三化”，减量化、资源化和无害化，并向实现废水循环利用和“零排放”的方向前行。
钢铁工业的用水量大，生产中排出大量废水，主要是来自生产工艺用水，设备与产品冷却水，设备场地清洗水等[1]。
冷却水占70%以上，钢铁废水中所含的生产原料、中间产品、生产过程中产生的污染物，随水流动。
在炼钢工业进行水处理的系统主要有：
氧气转炉烟气净化污水处理系统；转炉间接冷却循环水处理系统；电炉真空处理污水处理系统等[2]。
炼钢行业是高耗水的行业，又是产生污染的行业。
决定钢铁行业节水问题的另一个重点就是水处理，只有当有效的水处理问题被解决，节水的情况才能真正发挥作用，水资源保护方面才会有所发展。
1.1本设计的目的、意义及应达到的技术要求
本设计中主要是让韶关市鸿德钢铁有限公司的连铸车间的废水经过设计处理工艺后，能够循环回用，达到综合污水处理设施回用水的主要水质控制指标如表1.1：
表1.1综合污水处理设施回用水的主要水质控制指标
项目
单位
控制指标
pH
—
6.5-9.0
悬浮物
mg/L
≤5
CODcr
mg/L
≤30
石油类
mg/L
≤3
总铁
mg/L
≤0.5
另外查得连铸浊环水生产用水水质标准的进水温度≤38℃。
韶关市鸿德钢铁有限公司连铸车间进行废水的处理设施建设对该地区域经济的可持续发展具有重要意义，符合我国的环保要求，实现零排放，对该企业的可持续稳定发展打好了坚实的基础。
该项目废水污染包括重金属、油等污染物，不处理排放的话，会对周围水资源造成严重污染，破坏水环境，因此该项目的建设，对保护当地水文条件，增强社会对企业废水治理重要性的认识具有深层次的意义。
1.1.1企业连铸废水概况和连铸机工艺简述
炼钢连铸废水主要为连铸二次冷却和钢坯表面冲洗冷却产生的废水，含有铁皮、油类悬浮物等。
经过拉辊的牵引，处于二次冷却区的钢胚，即使钢体本身的表面已经凝固固化，内部却还是高温的钢溶液，因此非常热。
这时候会由大量喷嘴从多个方向，向钢胚喷水，使钢胚进一步地冷却固化，另外的作用是要保护此区域的设备不会因为过热而变形。
喷雾不仅使水被加热而且还受到炽热的铁皮和油脂的污染。
连铸生产工艺流程及产污节点如图1.1。
图1.1连铸生产工艺流程及产污节点图
1.2本设计在国内外的发展概况及存在的问题
由于全球水资源有限，因此各个国家都十分着重废水处理回收利用的问题，尤其是在一些发达的国家，在经历了高速的工业化发展生产过程后，向着工业废水处理及回用这个方向去研究。
因此，一个国家的工业化是否发达的水平通常体现在它的废水回用技术是否成熟完善。
随着工业技术的发展，人们日益着重于治理废水的要求，而且标准越来越高。
在实践的过程中，人们不停地研究并实验出废水治理的技术工艺，不断地累积经验和实践。
与此同时的是，整个工业化的进步和发展也为废水处理提供了更多更为全面的处理装置和技术手段。
在国外，连铸浊环水处理中水的循环利用渐渐被加强。
例子就是企业把净环水中的废水作为浊环水的补充水源。
国外常规处理工艺包括混凝沉淀、超高速重力压力的过滤，以及磁力净化技术等。
以上的技术在国外的案例中都有相应的报道，且都比较成功。
日本NipponKokum公司采用混合滤料的。
美国研究用磁凝聚法[3]处理钢铁工业废水，美国博利恒钢铁厂每天将4×105m3工业废水回用作炼钢的工业冷却水；1977年美国、日本等国开始应用高梯度磁过滤器法处理钢铁废水[4]。
目前来看，连铸废水的处理技术尚且还不够完善，缺乏一套相对成熟稳定，体系完善且经济合理的工艺处理技术。
现主要存在的问题是废水因其水量大、污染物（悬浮固体等）含量高，尤其是油类、氧化铁、尘泥等相互混合的“粘泥”难以处理。
需要在原有的基础设施不断完善或是寻求一套更好更节能环保合适的工艺技术。
1.3本设计应解决的主要问题
本企业连铸车间的工业废水主要污染物是氧化铁皮渣，油类等，水温接近50度。
污染物质相互混合后的“粘泥”是处理的重点。
总的来说浊环水系统都有污水处理构筑物和冷却塔，所不同的是污水处理构筑物的组成有所差异。
有时设有作为铁皮坑的旋流沉淀池和过滤器，而不设二次沉淀池，但这有可能加重过滤器的负担。
因此本设计采取以下措施处理该企业连铸车间的废水：
废水先通过粗格栅拦截大块铁皮和杂物，再经旋流沉淀池除去大颗粒的氧化铁皮渣，水在进入平流沉淀池，对水中的氧化铁皮和油类的深化处理，并通过刮油机将油除去油类污染物，再经过滤进一步除油和提高水质，最后经过冷却塔后回用。
根据钢铁企业生产用水水质标准，回用水pH值6.5-9.0，悬浮物≤30mg/L，CODcr：
≤30mg/L，石油类≤3mg/L，总铁≤0.5mg/L，进水温度≤38℃。
1.4设计参数
1.4.1工艺废水设计参数
水量：
290m3/h，pH:
6.8-8.0，悬浮物588mg/L，CODcr:
130mg/L，总铁：
521mg/L，油类：
41mg/L，进水温度50℃。
1.5设计依据
（1）《中华人民共和国环境保护法》；
（2）《中华人民共和国水污染防治法》；
（3）《钢铁工业水污染物排放标准》（GB13456-2012）；
（4）《钢铁工业废水治理及回用工程技术规范》（HJ2019-2012）；
（5）《含油污水处理工程技术规范》（HJ580-2010）；
（6）《室外给水设计规范》（GB50013-2006）；
（7）《室内排水设计规范》（GB50014-2006）；
（8）《水污染物排放限值》（DB44/26-2001）.
1.6设计原则
炼钢工业废水的治理原则是“适当处理、循环使用”[5]。
连铸废水主要污染物是氧化铁皮渣和油类，处理的方法是采用混凝沉淀、去油、过滤和冷却后再回用。
在符合国家及地方的相关环保法律、规范、标准的前提下，采取成熟稳定、较为先进的工艺技术，且投资费用适宜，成本利于控制，选用性价比高的设备，高效耐用、便于维修。
（1）严格执行国家及地方有关环境保护的各项法规；
（2）采用成熟、较为先进、利于环境、节省资金的工艺，确保处理后的水质达到标准；
（3）构筑物布局合理，保证每个构筑物之间的管道、接口便于维修，实用率高，整体感强；
（4）处理连铸废水系统持续稳定运行，设备完好率高，易于维修且故障率低；
（5）设备选型做到合理适用、先进，各工艺的投资在允许范围内合理、高效。
2项目概况和处理工艺说明
2.1项目概况
韶关市鸿德钢铁有限公司位于广东省韶关市曲江区白土镇白土工业园内，中心的经纬度坐标24º40´5.83"N，113º31´51.94"E，占地面积约为19.1万平方米。
本次设计连铸车间的废水处理，水量为290m3/h。
地理位置见图2.1。
图2.1工厂地理位置图
2.2污染物来源和特征
本设计的废水来源于连铸二次冷却和钢坯表面冲洗冷却产生的废水，废水中主要含有氧化铁皮、油类和其它混合物，且水温在50摄氏度左右。
2.2.1确定废水处理工艺
2.2.1.1废水处理的基本方法
（1）重力旋流沉淀处理
废水在重力的作用下沿切线的方向进入旋流沉淀池，在池内的作用下旋转往下流的同时，稳流会逐渐上升，铁皮渣进入沉淀池后会马上下沉，通过水的旋流和水量增加而上升，沉淀池的中央会卷入绝大部分的颗粒，然后沉降。
但是小部分的颗粒会随着水流流出。
重力旋流沉淀工艺可去除大部分的氧化铁皮渣。
（2）磁分离处理
磁化处理的装置会使系统的腐蚀率、污垢沉积率和污垢热阻值下降。
磁分离水处理装置原理是大颗粒和浮油的分离会通过利用水的离心力、重力和浮力分离技术完成。
永磁性材料依附于罐壁上，形成磁场，而磁性材料与污泥的分离，主要是将磁性材料和离心分离互相结合，污水和永磁性的材料接触，实现磁铁和悬浮物动态自动脱离，完成了细小颗粒的沉淀分离，保持了端区动态稳定，动态排放污泥的双重效果[6]。
（3）凝固沉淀处理
让废水中悬浮颗粒与PAC和PAM等物质进行絮凝沉淀，除油除悬浮物，技术相对成熟，此方法先投加PAC，再投加PAM，主要用于含油废水处理，废水再资源化等方面。
（4）生物处理
生物处理法需要根据水质本身是否利于生物藻类生存来判断。
主要原理是通过微生物物质，将水中的有机物污染物，代谢分解成水和二氧化碳。
此方法需要根据生物定向菌种应用实验来判断是否适合稀含油废水，最后可以另加核桃壳过滤器，确保出水水质。
2.2.1.2确定工艺
根据连铸废水水质具有氧化铁皮、油类、水温较高和含其它混合物的特点，在经过投资成本和工艺成熟等方面的考虑。
本设计主要处理工艺：
废水先通过粗格栅除去大块铁皮和杂物，在经过旋流沉淀池和平流沉淀池以除去水中微细颗粒的氧化铁皮，通过刮油机和加入混凝絮凝剂：
PAC和PAM混合使用的方法除油再经核桃壳过滤器再冷却回用。
而污泥处理部分则是经污泥浓缩池降低污泥中的水分和减小污泥的体积，以提高后续的脱水效率，最后板框式压滤机脱水外运。
2.2.2工艺废水处理流程图
废水处理设计工艺流程如图2.2。
图2.2废水处理流程图
2.3处理工艺流程说明
本设计的废水处理流程为连铸废水经过粗格栅和一次沉淀池（旋流沉淀池）除去大量氧化铁皮和少量油类后，再通过污水泵进到二次沉淀池（平流沉淀池）处理更小的氧化铁皮，外加的刮油器和絮凝剂除去大量油类，再经过核桃壳过滤器进一步改善水质后冷却后达到循环使用的标准后继续使用。
污泥部分是收集二次沉淀池的污泥，经调节浓缩后干燥再外运处理。
工艺各段的去除率见表2.1。
2.1各构筑物对污染因子的去除效果
COD
SS
Fe、FeO、Fe2O3
油类
温度
格栅
进水浓度（mg/L）
130
585
521
41
50℃
出水浓度（mg/L）
130
555
497
41
——
去除率
0
5.24%
4.67%
0
——
旋流沉淀池
进水浓度（mg/L）
130
555
497
41
——
出水浓度（mg/L）
80.6
109
99.4
38.54
——
去除率
38%
80%
80%
6%
——
平流沉淀池
进水浓度（mg/L）
80.6
109
99.4
38.54
——
出水浓度（mg/L）
30
48
16
9.25
——
去除率
64%
55%
83.9%
76%
——
核桃壳过滤器
进水浓度（mg/L）
29
48
16
9.25
——
出水浓度（mg/L）
29
10
0.48
1.01
——
去除率
0
79.17%
97%
89%
——
冷却塔
进水
——
——
——
——
44℃
出水
——
——
——
——
36℃
3本项目连铸废水处理各构筑物设计参数及计算
3.1设计流量的确定
根据企业的产量、生产规模和浊环水用量得出设计流量为：
Q=290m3/h=80.5L/s
因连铸车间生产稳定，用水量变化不大，所以工业废水的时变化系数取Kh取1.1，日变化系数Kd取1。
（式3.1）
总变化系数为：
Kz=1.1*1=1.1
则最大设计水量为：
Qmax=80.5×10-3×1.1m3/s=0.089m3/s=320m3/h
3.2格栅
3.2.1格栅设计参数
废水先流经过格栅处理，以拦截大块铁皮和杂物，这样的做法利于维护后续的处理构筑物运行。
（一台备用）
设计参数如表3.1。
表3.1格栅设计参数
项目名称
具体参数
栅前水深h
0.8m
安装倾角α
60°
栅条宽度S
0.01m
栅条间隙b
0.04m
栅渣截留量
0.03～0.01m3/（103*m3）污水
过栅流速
0.8m/s
栅条断面形状
迎水、背水面均为半圆形的矩形
清渣方式
机械清渣
结构如图3.1。
图3.1格栅结构简图
3.2.2格栅的设计计算
（1）格栅条的间隙数量
（式3.2）
式中：
Qmax——最大设计流量，m3/s；
b——栅条间隙，m；
h——栅前水深，m；
v——过栅流速，m/s。
n=0.089*（sin60°）0.5/（0.04*0.8*0.8）=3.01条
取栅条为4条。
（2）格栅槽总宽度
（式3.3）
式中：
S——栅条宽度，m；
n——栅条间隙数，条。
B=0.01*（4-1）+0.04*4=0.03+0.16=0.19m
（3）阻力系数
根据格栅阻力系数ζ计算公式可得：
本构筑物设计用栅条断面形状为引水面、背水面均为半圆形矩形的形状系数β=1.67
（式3.4）
式中：
β——形状系数
ζ=1.67*（0.01/0.04）4/3=0.263
（4）计算水头损失
（式3.5）
式中：
g——阻力系数，为9.8m/s2。
h0=0.263*0.82/（2*9.8）*sin60°=0.0074m
（5）过栅水头损失
（式3.6）
式中：
k——系数，k=3
h2=3*0.0074=0.0223m
（6）栅后槽的总高度
（式3.7）
式中：
h1——格栅前超高，h1=0.3m。
H=0.8+0.3+0.0223=1.1223m取1.2m
（7）进水渠道宽度
（式3.8）
B1=0.089/（0.8*0.8）=0.1391m
（8）进水渠道渐宽部位的长度
（式3.9）
式中：
α1——进水渠道渐宽部位的展开角度，一般取20°。
L1=（0.19-0.1391）/（2*tan20°）=0.0699m取0.07m
（9）格栅槽与出水渠道连接处的渐窄部位的长度
L2=L1/2=0.07/2=0.035m
（10）格栅前栅高
H1=h+h1=0.8+0.3=1.1m
（11）每日栅渣量
（式3.10）
式中：
Kz——总变化系数；
W1——栅渣量，（m3/103m3污水），取0.03。
W=（0.089*0.03*86400）/（1.1*1000）=0.2097m3/d
每日栅渣量大于0.2m3/d，采用机械清渣方法。
3.3下旋式重力旋流沉淀池（一次沉淀池）
设计要点
（1）旋流沉淀池的作用水头应有0.5-0.6m。
并且为防止旋流沉淀池泵房被淹，应考虑水泵停电或其他事故而停止工作时，铁皮沟内存水排入旋流沉淀池的容积，以及停电事故时连铸二次冷却事故水排入旋流沉淀池的容积。
在水泵吸水高程允许的条件下，泵房地面应高出旋流沉淀池工作水位2.0m左右。
（2）旋流沉淀池应设置专用的抓渣抓斗车吊车、或与二次平流沉淀池合用抓斗吊车。
（3）为防止旋流沉淀池进水管带气而影响沉淀效果，进入沉淀池前铁皮沟应避免急转弯，防止产生湍流而带入空气。
（4）旋流沉淀池加压水泵建议采用立式耐磨水泵。
吸水井容积建议不小于5min处理水量。
有条件时吸水井水面建议设置合适的撇油装置。
（5）旋流沉淀池进水管前应设粗格栅，以拦截大块铁皮和杂物。
（6）旋流沉淀池中心筒内壁及池底渣坑内壁应设钢板保护。
锥形池底斜度应不小于50°-60°。
3.3.1中心筒直径的确定
中心筒直径是根据铁皮抓斗尺寸来确定的[7]，为：
（式3.11）
式中：
D1——中心筒直径，m；
B——抓斗张开宽度，m。
用0.5m3的抓斗，则B=2.3m
∴D1=2.3+1=3.3m
3.3.2沉淀区的计算
沉淀区面积的计算公式为：
（式3.12）
式中：
F——沉淀区面积，m2；
Q——处理水量，m3/h;
q0——单位面积负荷。
20m3/（m2·h）；
Φ——修正系数，0.7。
F=320/（0.7*20）=22.86m3
中心筒的面积为F1=πD1²/4=3.14*3.3²/4=8.55m2
总面积F总=22.86+8.55=31.41m2
沉淀池直径D=（4*31.41/3.14）½=6.32m，取6.4m
沉淀区的水深：
（式3.13）
式中：
q0——单位面积负荷，20m3/（m2·h）；
t——15min。
H=20*15/60=5m，缓冲层水深取0.8m
3.3.3沉渣区的计算：
根据经验值浇铸1t钢产生的氧化铁皮量为2~5kg（若包括火焰清理产生的氧化铁皮量在内，为10~15kg）考虑，可按下式计算：
旋流池沉渣量计算：
（式3.14）
式中：
W——旋流池沉渣量，t/h；
K——每浇铸1t钢产生的氧化铁皮量，以%计，即0.2%~0.5%；
T——每小时浇铸钢量，t/h;
η——旋流池沉淀效率，一般以80%计算。
W=0.3%*55.56*0.8=0.13t/h
湿沉渣量计算：
（式3.15）
式中：
W1——湿沉渣量，m3/h；
W——干沉渣量，t/h；
T——每小时浇铸钢量，t/h;
η——旋流池沉淀效率，一般以80%计算。
γ——湿污泥密度，一般取2.2~3.0t/m3，取2.5t/m3
W1=0.13/2.5*100/（100-80）=0.26m3/h
沉渣区容积V=πh（R2+r2+Rr）/3=3.14*1.2*（3²+1.65²+3*1.65）/3=20.94m3，沉渣区铺钢轧护底。
3.3.4吸水井的计算及泵房部分
吸水井宽度1.5m，深2m，吸水井容积V=3.14*（6.35²-4.85²）*2=135.96m3取136m3。
大于吸水井储存5min的水量320*5/60=26.67m3
泵房安放在沉淀区上部，TSW立式长轴泵，泵房高度要满足长轴泵的起吊高度，取3m。
泵的选型如表3.2。
表3.2污水泵250TSW-380ⅡA的参数
型号
流量Q
扬程H（m）
转速n（r/min）
效率η（%）
电动机功率P（kW）
气蚀余量（NPSH）r（m）
单泵重量（kg）
电动机重量（kg）
m3/h
L/s
250TSW-380ⅡA
380
105.5
7.3
980
76
15
2.9
1600
239
采用一用一备。
旋流沉淀池简图如图3.2所示。
图3.2旋流沉淀池简图
3.4平流沉淀池（二次沉淀池）
目前有的工程采用下旋式旋流沉淀池作为一次铁皮沉淀池而取消二次沉淀池。
为进一步保证细小颗粒与油的去除，仍宜保留二次沉淀池，以便去除颗粒粒径大于10~20μ的铁皮。
平流沉淀池由进水装置，出水装置，沉淀区，污泥区和排泥装置组成。
污水从一端流入，按水平方向在池内流动，从另一端溢出，悬浮物等在重力作用下沉淀[8]。
设计要求：
（1）沉淀池的个数不少于2个，其容积应按照池前工作水泵的最大设计流量计算；
（2）池的超高不小于0.3m；
（3）设计工业废水系统中的沉淀池，应按实际水质沉降分析数据，确定设计参数。
若无实际资料，可参照类似工业废水处理工程的运行资料选用；
（4）沉淀区有效水深不超过3.0m，多介于2.5~3.0m之间。
3.4.1进水装置
进水装置采用淹没式横向潜孔，潜孔均匀分布于整流墙上，在潜孔后设置好挡流板，使得污水能够均匀分布。
整流墙上潜孔的总面积为过水断面的6%~20%。
3.4.2出水装置
出水装置多采用自由堰型式，堰前设撇油装置，定期清理浮油。
出水堰控制沉淀池水面高程，对沉淀池内水流的均匀分布有直接影响。
3.4.3平流沉淀池的计算
（1）池子总表面积
（式3.16）
式中：
A——池总表面积，m2；
q’——表面
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