冶金工业废水处理工艺与优化改进

苏烜SU Xuan

（甘肃省环境保护产业学会，兰州 730000）

0 引言

由于在钢铁工业生产中会产生大量的废水，废水中包含了大量残余涂料以及高毒性的Cr（VI），当废水中Cr（VI）浓度超出0.1mg/L 时对人体会造成中毒，对环境造成严重污染。而且，随着我国对于环境保护逐渐提高了重视度，要求在冶金废水处理达到《钢铁企业冶金工业废水排放标准》标准，要求废水中Cr 浓度低于0.1mg/L、Cr（VI）浓度低于0.05mg/L。目前，钢铁厂采取还原沉淀法完成废水处理工作，处理后的废水Cr（VI）浓度可达到标准要求，但Cr 浓度则难以得到有效控制，加强还原剂使用量多，增加了企业成本。为此，在本次研究中，对钢铁冶金工业废水处理技术进行优化与改进，控制废水处理药剂投放量的同时，降低废水处理成本。

1 钢铁厂冶金工业废水处理原工艺概况

钢铁厂冶金生产车间排放废水通过管道运输到调节池，在通过泵进入到还原池，其中还原池分为1 级还原池与二级还原池，采取硫酸方式对pH 值进行调节，pH 值控制在2.5-3 左右，确保还原剂在使用的过程中，可有效将废水中所含有的Cr（VI）还原为Cr3+，进水点和加药点位于还原池上部，以自流的方式进入奥中和池中，在中和池内加入Ca（OH）2与Cr3+，从而与废水产生反应生成Cr（OH）3沉淀，并从二级中和池中进入到沉淀池内，加入PAM 后确保废水在沉淀池内实现泥水分离，底泥进入浓缩池后实现污泥脱水，整个工艺流程具体如图1 所示[1]。

图1 废水还原沉淀

2 工艺分析

通过对钢铁厂冶金工业废水处理工艺应用现场分析，可以发现所使用的还原沉淀方式存在以下不足之处。①二级还原池ORP 设定值低，造成废水处理时所加入的还原剂量增加。还原剂加药系统在运行时，是由人工通过ORP进行控制，难以实现动态化管控，造成加药系统运行出现延迟，造成还原剂无法及时投入使用。②钢铁冶金工业废水处理中，以Ca（OH）2作为中和剂，主要是由于Ca（OH）2包裹作用与沉淀效果强于Na2OH，但废水在沉淀后所产生的泥量较多。由于冶金工业废水中含有大量的铬泥，其中金属元素以Ca 为主，对于铬泥的资源化利用将会造成不利影响[2]。③废水处理中在沉淀池内加入一定含量的PAM，可利用其吸附作用，将水中所含有的絮体进行整合，形成更多的絮体，有利于絮体沉淀。但原废水处理中只是在沉淀池内加入PAM，药剂与废水之间产生的反应时间短，药物与废水混合不充分，对废水氢氧化铬的沉淀效果难以达到标准要求，排放后的废水中所含有的铬浓度将存在不稳定现象。④沉淀池沉淀效果并不显著，而我国对于冶金工业废水处理排放要求相对较高，而钢铁城目前在废水处理中会存在含铬絮体，部分存在游离三价铬，最终导致废水处理后其中的铬浓度超出标准要求。

3 废水处理工艺优化与改进措施

3.1 二级还原池ORP 优化及自控加药系统调试

在本次研究中通过工艺分析研究，在还原剂投入时，需采取氧化还原电位值进行确定，废水处理工艺应用时要求一级还原池与二级还原池ORP 分别设定为250mV 与180mV，而造成废水处理还原剂消耗量较多的主要原因是二级还原池ORP 设定值低，为此通过多次验证实验，对废水处理后所含有的铬浓度验证结果进行统计分析，如表1所示[3]。

表1 不同ORP 值Cr（VI）出水浓度

根据表1 所示在废水处理工艺中对于含铬废水浓度进行控制时，其中Cr（VI）去除率相对较高，在ORP 值逐渐降低的情况下，二级还原池所排出的废水Cr（VI）浓度相对较少，当ORP 值降低到最大后，废水中Cr（VI）去除值达到极限。在本次优化后，发现二级还原池的ORP 值在达到25mV 时，二级还原池所排放的废水Cr（VI）浓度则达到了国家《钢铁企业排放标准》要求。而原工艺中，二级还原池ORP 值为-180mV，所投入的还原剂量增加，为此通过对ORP 值进行质保控制，降低还原剂投加量[4]。

3.2 NaOH/Ca（OH）2 调碱剂使用优化

在钢铁厂冶金工业废水处理中，发现在废水沉淀后所产生的铬泥量较多，通过对铬泥成本分析，铬泥中所含有的金属元素主要是以Ca 为主，Ca 元素的来源主要是在一级中和池与二级中和池中投入了调碱剂Ca（OH）2。而使用NaOH 作为调碱剂，则可形成盐，伴随处理后的废水排出[5]。因此，在本次工艺优化改进中，为了保障Cr 去除效果达到标准，减少废水铬泥沉淀量，则对NaOH 与Ca（OH）2调碱剂投加比例进行分析与研究，掌握二者对Cr 的去除效果以及铬泥沉淀量。在工艺优化改进研究中，将NaOH与Ca（OH）2分别以20%、40%、80%进行投放使用，使用NaOH 调碱剂Cr 浓度值为0.06mg/L、0.07mg/L、0.11mg/L，铬泥体积则为255mL、205mL、170mL、120mL[6]。而使用Ca（OH）2调碱剂Cr 浓度值为0.15mg/L、0.17mg/L、0.31mg/L，铬泥体积则为375mL、335mL、280mL、265mL，根据以上数据分析，使用NaOH 调碱剂比例越高，废水处理后所产生的铬泥体积也会减少，Cr 浓度值也会趋于极限值。在Ca（OH）2投放比例达到80%时，废水铬泥体积则可达到最小，但Cr 浓度则超出《钢铁企业冶金废水排放标准》要求（总Cr 浓度<0.1mg/L）。为了有效控制Cr 浓度值以及铬泥体积，则在改进中选择40%比例的NaOH 或者Ca（OH）2。

3.3 水力条件优化

在钢铁厂冶金废水处理原工艺中，主要是在沉淀池与二级中和池中计入PAM，但由于管道短，药剂与废水之间产生的化学反应时间短，难以发挥出药剂的作用，影响废水沉淀处理效果，造成药剂浪费。二级中和池中存在搅拌装置，将PAM 投加点进行调整，并优化二级中和池水力条件，可确保药剂与废水保持充分化学反应，提高废水沉淀效果[7]。

3.3.1 絮凝搅拌强度的优化

钢铁厂冶金工业废水处理中，原工艺PAM 含量设定值为0.1%，絮凝搅拌强度设置为40r/min、50r/min、60r/min、70r/min，在发生反应后直接进入到二级中和池中，从而形成静置沉淀。沉淀时间在达到30 分钟后，工作人员在液面2cm 位置进行取样，对废水中所含有的铬浓度进行测定分析。结果显示废水在处理时絮凝搅拌强度不断增加，废水处理后所含有的铬浓度含量逐渐降低，沉淀废水中铬浓度处于0.10mg/L 左右。絮凝搅拌强度达到50r/min 的情况下，沉淀废水中铬浓度仅0.08mg/L，而絮凝搅拌强度在超出50r/min 后，铬浓度去除效果并不显著，为此在废水处理中絮凝搅拌强度设置为50r/min，可达到《钢铁企业冶金废水排放标准》要求[8]。

3.3.2 絮凝搅拌时间的优化

原工艺中PAM 含量设定值为0.1%、絮凝搅拌强度在控制50r/min 以上，絮凝搅拌时间分别设置为10min、15min、20min、25min、30min，在废水化学反应后在二级中和池中出水，随后保持静止沉淀，沉淀时间达到30 分钟后，在液面2cm 处进行取样，测定废水处理后铬浓度含量，最终测定结果如图2 所示。根据图2 可以看出絮凝搅拌时间增加，废水处理后铬浓度会降低，絮凝时间越长废水与PAM 产生反应越加充分，絮体体积也会增加，提高絮体的沉降效果。而在本次废水处理工艺优化中，将絮凝时间控制在25 分钟，废水处理后铬浓度达到0.07mg/L，即便增加絮凝时间，废水中的铬浓度去除效果也并不明显。

图2 不同絮凝搅拌时间下Cr 浓度的变化

3.4 活性砂过滤系统深度处理效果

为了确保废水处理后的出水水质达到标准要求，在对废水处理改造或者增加深度处理单元的过程中，需结合钢铁厂冶金废水处理现场以及工艺的应用现状，在原有工艺的基础上增加物化处理单元，提高对废水的处理效果，保障废水处理后各项指标达到标准要求。为此，在本次优化改造中则选择了活性砂过滤系统，该系统在实际应用时，无需停机即可反冲洗，系统运行控制方便适用于废水处理系统升级改造。具体改造运用时主要是在沉淀池后端，加入活性砂过滤系统，通过活性砂截留与吸附，可去除废水中的絮体以及游离三价铬，可提高废水铬浓度处理效果。活性砂过滤系统运行中，要做好滤速参数控制工作[9]。在活性砂过滤滤速达到8m/h 时，使用天然石英砂，粒径范围控制在1.5mm 左右即可，颗粒不均匀系数小于1.5，通过汽水反冲洗，反洗水量为进水量的5%左右，气量控制在60L/min。

4 废水处理工艺优化改进效果及经济分析

4.1 优化改进后的工艺应用效果

在原工艺基础上进行优化改进后，废水通过调节池均质、均量进入到一级还原池与二级还原池后，再进入一级中和池与二级中和池，此时使用调碱剂NaOH/Ca（OH）2完成废水pH 值调节，在二级中和池中适量加入PAM，增加絮凝体积与沉淀量，并在沉淀池出水后使用活性砂过滤系统再次进行废水处理，提高废水处理效果。原工艺得到优化改进后进行了为期30 天调试运行，并完成对废水以及处理后的废水检测工作，最终结果如图3 所示[10]。在废水未处理时，其中Cr（VI）浓度达到了800mg/L，经过改造优化后的废除处理工艺应用时，处理后的废水Cr（VI）与Cr浓度分别为0.02mg/L、0.07mg/L，达到了《钢铁企业冶金废水处理排放标准》。

图3 工艺优化改造后Cr（VI）与Cr 浓度变化

经过对废水处理后所产生的铬泥统计分析，原工艺铬泥月均产量为15t，而改造优化后的工艺所产生的铬泥月均量仅为7t，而且在工艺中减少了Ca（OH）2的使用量，增加了Cr 元素比例值，使得铬泥实现了资源化利用[11]。

4.2 经济效益分析

针对废水处理工艺优化改造前与改造后的经济效益分析，计算各种药剂的月均投加量，以此对废水处理成本进行分析，结果如表2 所示。通过表2 可以发现废水处理工艺在优化改造后，还原剂与中和剂的使用量明显减少，对于废水pH 值调整控制效果也相对较高，每月节约的药剂费用达到了1300 元，铬泥处理费用成本节约了5000元/t，而工艺改造后铬泥月均产量减少8t，则成本减少4 万元以上，脱水和储存成本也会有所降低[12]。

表2 废水处理工艺优化改造前后经济对比分析

5 结束语

综上所述，在本次研究中，以某钢铁厂冶金工业废水处理工艺为例，结合原废水处理工艺实际情况以及废水处理后的铬浓度含量进行分析，发现原处理工艺在实际运用中难以确保Cr 浓度达到国家标准要求。为此，本次研究则通过优化改进措施，完成二级还原池ORP 优化及自控加药系统调试工作，做好NaOH/Ca（OH）2调碱剂使用量优化，完成水力条件优化以及安装活性砂过滤系统等方式，降低原废水处理工艺药剂使用量，减少废水处理后的Cr浓度，确保废水处理后Cr（VI）与Cr 浓度分别达到0.02 mg/L、0.07mg/L，废水效果得到提升，为钢铁厂冶金工业废水处理减少成本，提高废水处理工艺效益以及处理效果，为实现钢铁领域可持续发展提供良好帮助。