钢厂高浓度酸洗废水处理工程改造实例

钢厂高浓度酸洗废水处理工程改造实例
唐忠德;韦世凡;姚毅
【摘要】对某钢材厂原酸洗废水处理工艺存在的运行费用过高和亚铁转化不彻底等问题进行了分析,提出了两级中和/曝气氧化的改进工艺.运行实践表明,改造后出水水质优于<污水综合排放标准>(GB8978-1996)的一级标准,并实现了出水全部回用作厂区冲洗水.
【期刊名称】《工业水处理》
【年(卷),期】2010(030)009
【总页数】3页(P84-86)
【关键词】酸洗废水;工艺改造;曝气氧化
【作者】唐忠德;韦世凡;姚毅
【作者单位】贵州省建筑设计研究院,贵州贵阳,550002;贵州省建筑设计研究院,贵州贵阳,550002;桂林理工大学资源与环境工程系,广西桂林,541004
【正文语种】中文
【中图分类】X703.1
某钢材加工厂位于上海市崇明岛东南部，该厂以硫酸为清洗剂对钢材进行酸洗，每3 d排放1次，废水总量为20 m3，主要为酸洗槽母液和冲洗废水，废水中含有大量铁锈末、铁离子，pH极低，水质、水量变化较大。

利用石灰中和处理高浓度钢铁酸洗废液是目前酸洗废水处理的常用方法〔1〕。

但由于厂方对高浓度酸洗废液的水质特性了解不够，对该废水处理工程设计过于简单
化，处理设施不合理，造成处理废水成本过高；中和后废水无法澄清并发生返色，待废水排放后，纳污河泛黄，造成二次污染。

针对这一情况，经反复实践和工程总结，在最大限度利用原有构筑物的情况下进行工艺的改造和强化。

经实际运行强化和改进后，处理工艺出水达标，运行稳定。

出水水质达到了《污水综合排放标准》（GB 8978—1996）的一级标准。

钢材厂废水处理站进水主要来自酸洗池的酸洗废水及酸洗后的钢材洗涤废水。

经检测，处理站进水及改造前出水水质见表1。

由表1可以看出，原处理站能够使COD和SS等常规指标达到排放标准，但对铁
离子和pH的处理效果较差。

根据实际情况和工艺要求，对工艺流程提出如下改造原则：
（1）充分利用原有构筑物，节约成本；（2）处理系统运行应有较大的灵活性，
以适应水质、水量的变化；（3）改造后的处理站要与当地环境相协调，构筑物造型美观，选用低噪音设备；（4）改造后的出水要求能达到《污水综合排放标准》（GB 8978—1996）一级标准。

钢材厂原废水处理工艺流程如图1所示。

原构筑物中有中和反应池3座、高位沉淀池2座、污泥池1座、清水池1座，设
计尺寸分别为1.5m×5.0 m×1.8 m、2.0 m×2.0 m×3.5 m、3.0 m×4.0 m×2.5 m、3.0 m×4.0 m×2.5 m。

原有污水处理系统中各构筑物均为砖混半地埋式，生产污水自流进入污水处理设施。

由于设计人员设计前没有充分考虑酸洗废水的性质和污水处理站的运行成本，在运行过程中产生以下问题：
（1）在中和反应池中只是简单投加工业片碱中和处理，碱液直接投入反应池。

反应池内无专门搅拌设备，只是设置了穿孔曝气管，由1台空气压缩机曝气，由于
池内投药产生的沉淀将大部分管口堵塞，致使曝气不均匀，药剂不能与酸性废水充
分混和，因此出水水质pH波动大，同时也无法有效地控制药剂投加量，造成药剂浪费，运行成本过高。

（2）没有采取措施彻底去除Fe2+，造成清水池出现返色和pH再次降低等现象。

对该厂酸洗废水水质和污水处理站实际运行状况进行分析后发现，药剂选择不当及药剂投加混合不均匀、亚铁转化不彻底和沉渣分离困难是废水处理站运行费用过高和出水水质不达标的主要原因。

改造的主要思路是降低处理成本、提高反应池的效率和加强固液分离效果。

在尽量利用原有构筑物的基础上，实现废水达标处理，改造后处理工艺流程见图2。

改造后的处理工艺增加了药剂溶解罐、曝气氧化系统和砂滤池。

（1）设置药剂溶解罐，将原来使用的中和药剂由工业片碱改为石灰以降低运行成本，但由于石灰作中和药剂会在处理过程中产生大量的沉淀，为解决沉淀过多的问题，改造原高位沉淀池为一级中和沉淀池，在沉淀池顶部安装1台搅拌机用于均
匀混合药剂，这样可以使药剂和废水充分混合以提高药剂的利用率，节约处理成本。

经一级中和反应后通过自然静置产生的沉淀直接排入污泥池，避免了原先药剂混合不匀和管道堵塞的问题。

（2）一级反应中和沉淀池出水自流进入二级曝气中和混凝反应池后，继续投加石灰乳对进水酸碱度做进一步调整。

要使酸洗废水能彻底中和、澄清，必须去除废水中的大量铁离子，根据Fe（OH）2和Fe（OH）3的溶度积常数以及 Fe（OH）
3良好的絮凝沉淀性能，同时减少中和药剂的投加量，需将废水处理中的铁离子全部中和氧化成Fe（OH）3沉淀，其反应机理如下〔2〕：
当废水pH为5.5时，Fe（OH）3的溶解度最小；当pH上升到12时，Fe（OH）3重新溶解；当pH为7.0～7.5时进行曝气，Fe2+可迅速转化成Fe3+，形成Fe （OH）3沉渣而去除。

本阶段充分利用酸洗废水中铁含量较大的特点，使之在反
应过程中一方面作为污染物被去除，另一方面由于其混凝作用而提高对其他污染物
的去除，保证出水的达标排放，此阶段为污染物去除的主要阶段。

曝气不但可以将Fe2+氧化成Fe3+，而且可以起到搅拌作用，防止反应生成的泥渣沉积。

废水采
用常规的沉淀法就可以基本满足出水水质要求。

（3）废水中的各种污染物质均是以生成沉淀的方式达到去除的目的，比如：Fe （OH）3、CaSO4等，但由于常规的石灰中和法处理沉淀物形成速度慢、固体颗粒小、沉降特性差，不能达到国家排放标准的要求（≤10 mg/L），因此采用砂滤作为出水保证措施，防止沉淀处理后的出水残留少量絮状物导致出水污染物超标，从而确保出水各项指标均能稳定达标排放。

将原有的2座高位沉淀池中的1座改造为2.0 m×2.0m×3.7m的一级中和沉淀池，其有效容积为16 m3，加自制搅拌机1台。

设污泥泵2台（1用1备），型号为25QW8-22-1.1，流量 12 m3/h，扬程 15 m，功率1.1kW。

将原有的3座中和反应池中的1座改造为1.5 m×5.0 m×3.0 m的二级中和池，
其有效容积为20 m3，内设穿孔曝气管，用气体将水质搅拌均匀。

配耐酸泵2台（1用1备），型号为25AFB\FB-16，流量3.6m3/h，扬程15m，功率1.1kW。

将原有的3座中和反应池中的2座重新铺设曝气管道，安置微孔曝气头，改造为
曝气氧化池。

其中曝气器为球冠型膜片式，尺寸215 mm，共18个，每个曝气器服务面积0.25～0.55 m2。

共安装耐酸泵3台（2用1备），型号为65AFB\FB-16A，流量26.8 m3/h，扬程8 m，功率3 kW。

新建1座半地下式药剂溶解池，砖混结构，尺寸为1.5 m×1.0 m×1.5 m，有效容积为 2.0 m3。

设浓浆泵1台，型号为 25AFB\FB-13，流量3.6m3/h，扬程 13 m，功率1.1 kW。

将砂滤罐1座置于清水池上方，一体化设备，尺寸为D 1.0 m×1.2 m。

改造后废水处理站连续运行1个月后，水样检测结果见表2。

由表2可知，改造后出水水质优于《污水综合排放标准》（GB 8978—1996）中
的一级标准，已经达到《城市污水再生利用城市杂用水水质》（GB/T 18920—2002）中的道路清扫、绿化标准，全部出水都可回用作厂区冲洗水。

（1）改造工程直接投资为4.0万元，其中土建为1.5万元，设备为2.5万元。

（2）直接运行费用为12.0元/m3，其中电费为1.0元/m3，药剂费为 10.5 元
/m3，人工费为 0.5 元/m3。

石灰乳中和硫酸废水是一种比较成熟简单的工艺。

但正是由于工艺原理的成熟和简单，往往导致设计人员设计时的疏忽和大意，没有把问题考虑周全，致使废水不能达标排放。

以下是本次项目改造的几点体会：
（1）在工艺设计时，选择中和药剂一定要充分考虑处理成本，如果处理工艺选择不当，会造成运行成本过高，令业主在经济上无法承受。

（2）投药方式有干投和湿投两种方法，干投法虽然设备简单，但反应不彻底，投药量大，而且反应速度较慢；湿投法反应迅速、效果良好、投药量仅为理论值的1.05～1.4倍。

可设置溶药罐先将石灰在溶药罐内配置成质量分数为40%～50%的乳液，而后经搅拌配成质量分数5%～10%的Ca（OH）2乳液后投加。

溶药罐中采用机械搅拌，为防止产生的沉淀堵塞管道，投配系统采用了溢流循环方式，通过控制阀门的开关进行投加。

（3）在 pH 为 7.0～7.5 时进行曝气，Fe2+转化成Fe3+效率最高。

保证充足的供氧量，使沉渣以三价铁为主。

否则，亚铁沉渣会缓慢氧化，随之发生酸化，释放出可溶性铁。

【相关文献】
［1］刘素萍，罗彬.石灰法处理重金属废水［J］.工程设计与研究，1999（2）：55-58.
［2］周宏华，吴友水.高浓度钢铁酸洗废水处理工艺的研究［J］.浙江建筑， 1999，（增刊 1）：41－42.
［3］高丹，王英刚，夏永旭，等.钢铁工业酸性废水曝气中和法处理工艺条件研究［J］.辽宁城乡环境科技，2005，25（2）：38－40.。