某钢铁企业冶炼废水主要分为冶炼区废水和轧钢区废水，这些废水是来自多个生产区域的排污水。由于生产工艺的不同，水质主要指标波动较大，其中冶炼、轧钢废水采用絮凝沉淀、加压气浮、过滤及压滤处理后，水质达到农田灌溉水质标准回用于生产，本文介绍该废水处理工程有关的设计和应用情况。
1水质、水量及工艺设计
1.1水质与水量
冶炼废水水源较为复杂，包括转炉烟气净化、轧钢辊道、轧线设备和高炉煤气洗涤等工艺排水。使用后的水不仅温度升高，而且含有悬浮物、氧化铁皮和油，另外还混有一定量的生活水。废水排放量为60000m3/d～61880m3/d，设计处理水量为80000m3/d，处理后出水水质执行GB13456-2012《钢铁工业水污染物排放标准》表3中钢铁联合企业的一级标准、GB5084-2005《农田灌溉水质标准》中的旱作标准与厂区回用水指标。设计进水水质和排放标准见表1。
1.2废水处理工艺
根据冶炼废水的水质特性和工程经验，本工程采用沉淀-气浮-压力过滤为主体的处理工艺。废水处理采用的工艺流程如图1所示，废水进入沉砂池、旋转式固液分离器用泵提升至沉淀反应池，沉淀后进入辐流沉淀池继续沉淀处理，上清液进入气浮反应池进行固液分离，回收废水中的悬浮油和乳化油，上清液用泵打到高速过滤器进行过滤，余压水流至循环水池回用。辐流沉淀池底部沉泥浓缩压滤后回用外运至烧结，上清液、滤液汇至沉淀反应池。高速过滤器过滤反洗排水回流至辐流沉淀池处理。
2废水处理技术说明
2.1沉淀
沉淀池是利用水流中悬浮杂质颗粒向下沉淀速度大于水流向上流动速度或向下沉淀时间小于水流流出沉淀池的时间时能与水流分离的原理实现水的净化。理想沉淀池的处理效率只与表面负荷有关，即与沉淀池的表面积有关，而与沉淀池的深度无关，池深只与污泥贮存的时间和数量及防止污泥受到冲刷等因素有关。而在实际连续运行的沉淀池中，由于水流从出水堰顶溢流会带来水流的上升流速，因此沉淀速度小于上升流速的颗粒会随水流走，沉淀速度等于上升流速的颗粒会悬浮在池中，只有沉淀速度大于上升流速的颗粒才会在池中沉淀下去。而沉淀颗粒在沉淀池中沉淀到池底的时间与水流在沉淀池的水力停留时间有关，即与池体的深度有关。理论上讲，池体越浅，颗粒越容易到达池底，为了使沉淀池中沉淀速度略大于上升流速的颗粒沉淀下去和防止已沉淀下去的污泥受到进水水流的扰动而重新浮起，故而在沉淀区和污泥贮存区之间留有缓冲区，使这些沉淀池中沉淀速度略大于上升流速的颗粒或重新浮起的颗粒之间相互接触后再次沉淀下去。用户使用后的直接冷却水经沉砂池、固液分离器通过泵提升至沉淀反应池，大颗粒悬浮物在沉淀池中与水分离得以去除，废水经分配槽流至辐流沉淀池，投加混凝剂后，大部分悬浮物在凝结和沉淀的共同作用下，与水分离得以去除。池底沉渣经浓缩后通过污泥泵打到压滤机压滤成含水40%的泥饼，污泥采用加药混凝二次沉淀处理工艺。上清液经泵提升至沉淀反应池继续处理。
2.2气浮
气浮处理法就是向废水中通以空气，并以微小气泡形式附着在悬浮物颗粒上，使废水中的乳化油、微小悬浮颗粒等污染物质粘附在气泡上，造成密度小于水的状态，利用浮力原理使其浮在水面，从水中析出成为载体，使难沉的固体颗粒或细小的微粒被许多小气泡吸附，成为絮凝体，借气泡上浮力，絮凝体或颗粒被带到水面上来，形成泡沫、气水、颗粒(油)三相混合体，水中活性剂的含量、水的硬度、悬浮物的浓度都与气泡的粘附强度有着密切的联系。颗粒粘附气泡后，形成表观密度小于水的絮体而上浮到水面，形成浮渣层被刮除，从而实现固液或者液液分离的过程，通过除泡沫或浮渣达到分离杂质净化废水的目地。气浮法是一种替代沉淀的方法。
2.3过滤
气浮反应池上清液经泵加压后，通过压力过滤有效地去除水中悬浮物，其原理是利用过滤介质两侧压强不同，此压差即为过滤的推动力，废水在推动力的作用下通过微细孔道，使微粒物质及胶状物质被介质阻截而不能通过，介质截留的颗粒物物质本身同样起过滤介质的作用，在一定压力下，使原液通过该介质去除杂质，从而达到过滤的目的。过滤器内装的填料一般为石英砂，当含有悬浮杂质的水进入过滤器后，滤料表面会产生一层滤膜，可以对悬浮杂质形成吸附作用，以达到去除水中悬浮杂质的目的，从而使废水可以进一步净化，达到回用水的要求。随着过程进行滤层增厚，水流的阻力也将增加，使水流量下降，对此可采用反冲洗法，以清水洗涤过滤介质，从中去除被截留的固体物质。从系统实际运行情况来看，悬浮物、总硬度控制较好，但是，在系统的末端存在油泥沉积、冷却塔填料积泥严重等问题[1]。针对该系统出现的问题，应从系统水质改善方面进行优化设计。
2.4加药
在废水处理沉淀反应池加药环节中，水处理药剂主要作用是控制水垢、污泥的形成，减少与水接触的材料的腐蚀，除去水中的悬浮固体和有毒物质，除臭脱色，软化和稳定水质等。所加药剂分为絮凝剂、阻垢剂、缓蚀剂、杀菌剂、消泡剂和清洗剂等，具体如明矾、氯、硫酸铁、三氯化铁和聚合氯化铝等。低成本的绿色水处理药剂是水处理运行实现低成本的重要环节。
3相关分析
3.1工艺流程优化及效果分析
为发挥工艺流程优势，挖掘系统经济运行潜力，增加了12台高速过滤器，对系统水处理药剂投加量进行周期性试验调整，通过水质变化趋势以及出泥情况以及旋转式固液分离机泥渣变化情况进行综合分析，掌握药剂调整的合理性。
3.2水处理药剂调整方案
为了不影响旋转式固液分离机、沉淀反应池处理效果，具体采取了以下方案：(1)对PAC[2]的投加量进行周期性定量调整，分三个周期实施，每期7天，每期第一天将PAC投加量一次性减少10袋;连续观测、记录系统水质变化以及运行情况。(2)减少固体碳酸钠的投加量，根据系统总碱度变化情况，及时调整固体碳酸钠的投加量，将碱度控制在100mg/L～150mg/L，若总碱度指标超过200mg/L，停止投加固体碳酸钠。(3)PAM、缓蚀阻垢剂暂不做调整，药剂投加方式及投加位置不变。3.3水质变化分析水处理优化运行半年后，通过对水处理药剂的合理调整，系统中SS、石油类等重要水质指标全面提升。SS和OIL指标控制稳定在34mg/L和3.2mg/L左右，重要水质指标优化明显。
4工程运行效果
废水系统优化后，水质稳定，解决了碱度指标超标带来的补充新水置换的问题，在节约水处理剂的同时，也增大了高速过滤器反洗水处理后的回用量，处理污水量690万吨，75%回用，减少外购新水520万吨，每吨水节约资金1.5元(除去水处理成本)，节约资金780万元。减少悬浮物1145吨、油233吨。冶炼废水的建成投产，实现了经济、环境、社会效益的统一。
参考文献：
[1]郭磊，万唯一，何茂盛.聚乙烯催化剂精馏塔冷却器腐蚀的原因分析及其处理[J].石油化工设计，2017(11)：78-79.
[2]黎宝林.聚合氯化铝在水处理中的机理及应用研究[J].科学与财富，2017(13)：110-111.
《冶炼废水处理系统的设计与应用》来源：《机械工程与自动化》，作者:聂勇民
