钢铁工业废水高密度沉淀池处理技术

2022-08-13

近年来,国家加大环境保护力度,实施节能减排,重点推进钢铁等工业达标排放和超低排放改造,并重新规定了钢铁工业废水的各项指标,如化学需氧量(COD)的含量由原来的100mg/L下降到50mg/L,这给钢铁工业废水的处理带来了巨大的挑战。在钢铁行业,用水量最大的是循环冷却系统,其排放的废水是钢厂污水的主要来源。此外,钢厂污水还包括焦化废水、厂内生活污水、高盐废水、冷轧废水等。工业污水的治理主要以循环利用为主,因此采用有效的技术对污水进行深度处理是行业关注的焦点。钢铁工业废水排放的污染物主要有油类、悬浮固体(SS)、COD、总磷(TP)、氨氮等,废水污染物种类多,结构复杂,处理难度大。为了使污水处理企业实现达标排放,引入新技术和改进工艺是目前研究的重点。

  沉淀池是污水处理企业应用最广泛的一项设施,常用的沉淀池可以分为竖流沉淀池、平流沉淀池、辐流沉淀池、加速澄清池、斜管板沉淀池等,但是这些传统沉淀池的处理工艺对废水中的悬浮物、COD等污染物处理效率不高,无法达到较高的水质要求,不利于循环利用。高密度沉淀池技术能够改进传统沉淀池的不足,其是一种具有污泥循环和斜管沉淀的废水处理工艺,一体化程度高,沉降性能良好,大大提高污染物的去除效果。

  据报道,高密度沉淀池对COD的去除率达到85%以上,对悬浮物的去除率可达85%。该沉淀池适用范围广,其在钢铁废水、生活污水、雨水、印染废水等领域得到了广泛应用。因此,本文主要针对高密度沉淀池的构成、工艺原理、分类、优缺点及其高密度沉淀池应用于钢铁工业废水处理的研究进展进行介绍。

  一、高密度沉淀池的构造和工作原理

  高密度沉淀池是一种紧凑、灵活的澄清工艺,它的构成可以分为混合区、絮凝反应区、沉淀浓缩区三个部分,其结构和工艺过程如图1所示。

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  在混合区,原水和投入的混凝剂(聚合氯化铝、聚合硫酸铁等)混合均匀,形成较小的絮体。加入混凝剂的目的是使悬浮颗粒的稳定性降低。混合区出水进入絮凝反应区,该区域由快速搅拌区和无搅拌区构成。快速搅拌区利用可调速叶轮来对混合水的搅拌速度进行控制,无搅拌区可以增大矾花,使得矾花密度高、均匀。絮凝反应区结合助凝剂——聚丙烯酰胺(PAM)和回流污泥的共同作用,得到较大的絮体颗粒,增加颗粒的碰撞机会,减少系统投药量,使悬浮固体浓度维持均衡,实现胶体、悬浮物、金属游离物、乳化油等污染物的有效吸附。经过反应后的的污水送入到沉淀浓缩区的移动速度缓慢,可以防止絮体矾花受到破坏。

  为了使沉淀反应更加彻底,保证出水水质,沉淀池上部采用高效斜板设置。沉淀浓缩区的面积较大,可以使大部分絮体矾花在重力的作用下发生沉淀,形成污泥并浓缩。浓缩的污泥一部分通过污泥循环泵回流到反应区入口,另一部分污泥由刮泥机刮到泥斗,再通过排泥泵抽送到污泥脱水系统进行处理。此外,高密度沉淀池内设置一台超声波泥位计,可以有效控制污泥量。经过处理后得到的污水被送到斜管分离区,将残余矾花进行处理,再通过集水区将澄清水送入混凝反应区,最后出水进入到滤池。

  二、高密度絮体矾花的形成机理

  高密度沉淀池絮凝体密度高,沉降性能良好,其絮体矾花形成机理如图2所示。原水中具有悬浮颗粒和胶体,胶体间带负电相互排斥,不利于颗粒合并,从而导致沉淀困难。在高密度沉淀池混凝区加入混凝剂,可以提供大量的正离子,正离子能把胶体颗粒表面所带的负电中和掉,使其颗粒间排斥力减小,从而容易靠近并凝聚成微絮体。通过在絮凝区投加絮凝剂致使微絮体及其他颗粒结合,从而产生较大的絮体矾花。此外,污泥的回流进一步强化了絮凝过程,使得矾花的密度高、半径大,增加了它的沉降速度,从而使沉淀反应进行得更加彻底。

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  三、高密度沉淀池的分类

  3.1RL型高密度沉淀池

  目前,95%项目均使用RL型高密度沉淀池对污水进行处理。该池的斜管下部是泥水混合物的入口位置,污泥和污水按照斜管沉淀池机理在斜管下的沉淀区进行分离,得到的沉淀被称作阻碍沉淀,其他残余的絮体被斜管截留。RL型高密度沉淀池包括两个沉淀过程,分别为深层阻碍沉淀和浅层斜管沉淀。该沉淀池常常被用于生活用水、生活污水的处理,其在工业污水重金属离子和油污的处理等领域也具有一定的应用,但处理不够彻底,仍需不断开发新技术进行改进。

  3.2RP型高密度澄清池

  这一类型高密度澄清池与RL型高密度沉淀池不同,其内部不设有斜管,该池在污水排放标准要求一般的情况下可以使用,因此RP型高密度澄清池较少被应用。

  3.3RPL型高密度澄清池

  此类高密度沉淀池的应用也比较少,在处理没有反作用和需要集中贮存污泥的情况下才采用RPL型高密度澄清池,其还仅限于工业污水处理中特殊的沉淀工艺和非饮用水除碳工艺的使用。

  四、高密度沉淀池的优缺点

  4.1高密度沉淀池的优势

  (1)高密度沉淀池集混凝、沉淀、浓缩功能于一体,一体化程度高,布局紧凑,占地面积小,降低了建设投资成本,运行费用低。

  (2)高密度沉淀池在混凝过程中将有机高分子絮凝剂和PAM助凝剂联合应用,可以使反应产生颗粒大、密度高、颗粒均匀的矾花,提高沉淀池的沉降性能,从而加快矾花的沉降速度,使得污水处理的效果得到有效提升。

  (3)该池采用斜管沉淀池机理,设置高效斜板和污泥回流,使絮体矾花沉淀更加彻底,分离区上升流速较快,出水水质好,比常规沉淀池具有更好的絮凝和沉淀效果。

  (4)污泥容易浓缩,沉淀池排泥速度较快,并且排泥浓度高,可以直接进行脱水处理,污泥处理操作简单。

  (5)高密度沉淀池抗冲击负荷能力强,在较大范围内不受流量或水质负荷变化的影响,工艺启动迅速,处理效率高。

  4.2高密度沉淀池的缺点

  (1)机械设备种类多,设备管理过程比较复杂,设备维护检修工作量大。

  (2)高密度沉淀池运行管理精度、流速调控要求高,需要经验丰富的工作人员对设备控制进行监督和管理。

  (3)电力能源要求高,能源的消耗量大,需要提供大量的电能维持设备的正常运行。

  五、高密度沉淀池应用于钢铁工业废水处理的研究进展

  高密度沉淀池新型技术在欧洲国家十分流行,其具有相对于传统处理工艺的独特的设置和优势,使它在国内也得到了很多的关注和推广。许多企业都采用这一先进工艺来处理钢铁制造过程产生的污水。据了解,高密度沉淀池技术在首钢污水处理工程和邯钢第二污水处理厂的废水处理中已经得到了成功应用,并证实该技术的引入可以有效提高钢铁行业处理生产废水的质量和效率。此外,曹政等人对采用高密度沉淀池对包钢废水的实验研究表明,该技术对废水中的COD、硬度和浊度的去除效果明显,达到出水的指标。企业对高密度沉淀池工艺的实际应用可以更好地推进污水处理技术的发展,为钢铁废水处理技术的改进打下了坚实的基础。

  由于钢铁工业废水的污染物种类多、含量高以及成分复杂,单独应用高密度沉淀池技术对钢铁废水处理不够彻底,往往需要将其和各类滤池进行结合,共同对废水的污染物进行深度处理,从而使污水达到预期的处理效果。目前,在北方地区的很多大型钢铁联合企业将高密度沉淀池-V型滤池-双膜法工艺作为处理废水的主流技术,其能改善补充水水质并回用,保持循环水系统的稳定运行。张志扬等人使用高密度沉淀池-活性砂过滤工艺应用于钢铁废水的处理,能够双重保证出水水质,促进所在地水环境质量的改善。武钢北湖污水回用工程将高密度沉淀池与微絮凝+V型滤池联合应用,进行了10个月运行试验分析表明,该体系对废水的处理效果优于设计的预期目标,能够有效去除铁、悬浮固体、不溶性油等污染物。综上所述,高密度沉淀池的引入对污水处理技术的创新和改进提供了有力的支持,这些技术在环保领域中的发展前景将越来越广阔。

  六、结论

  随着经济的快速发展,环保话题越来越受到关注,工业废水的治理和排放标准也更加严格。高密度沉淀池作为一种新型高效的污水处理技术,成功应用于钢铁工业废水的处理,为环保工作的有效开展贡献较大。此类沉淀池的污染治理有成效,但还存在较多的问题,仍需对高密度沉淀池不断研究和改进,将其与其他工艺联用,开发更成熟、先进的工艺技术深度处理钢铁工业废水。


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