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钢厂酸洗废水处理
作者:佚名 文章来源:南京蓝污环保 点击数: 更新时间:2015-4-30
 

天津某金属制品企业主要生产钢丝、钢丝绳及绞线等金属制品。日产酸洗废水7 000 m3,废水主要来源于精加工之前为了去除金属制品表面的氧化铁皮和铁锈等杂质而进行的预处理工序〔1〕,钢材预处理工艺流程如图 1 所示。

图 1 钢材预处理工艺流程  

厂区生产线酸洗槽的酸洗液在使用一段时间后会全部清除,一般一个月到两个月排放一次。此时,酸洗废液会导致废水中的H+浓度大大提高。一般情况下,酸洗废水主要为连续的漂洗废水,该废水主要含有Fe2+、H+、PO43-和Zn2+等污染物,两者的水质指标如表 1 所示。

此类废水如不经过处理直接排放,不仅水中的 H+腐蚀外排管网,改变环境介质的pH,污染外围环境,而且废水中大量的Fe2+将消耗水体中的溶解氧,转变成Fe3+ ,而使水体呈铁锈黄色,使水体变质、腐臭,影响农作物、水生生物的生长,甚至导致其死亡,间接危及人体健康。该企业为使其所产生废水达标排放,拟建设一座废水处理站。该站设计处理规模为7 000 m3/d,其中一期设计处理规模为2 500 m3/d,设计出水水质达到《天津市地方废水综合排放标准》(DB 12/356— 2008)中的二级排放标准。

1 工艺简述
 
该酸洗废水的处理目标污染物为H+ 、Fe2+ 、 PO43-、Zn2+。因此,酸洗废水处理工艺一般为投加碱性药剂,一方面是利用OH-中和废水中的H+,另一方面OH-与废水中的Fe2+结合形成Fe(OH)2,同时通过鼓风曝气利用O2 将Fe2+氧化成Fe3+,Fe3+ 与OH-反应生成Fe(OH)3 沉淀。废水中的Zn2+与OH-结合生成Zn(OH)2 沉淀而被去除。碱性药剂主要有石灰、石灰石、氢氧化钠等〔2〕。其中,氢氧化钠具有反应速度快、药剂用量小的优点,但由于其价格昂贵,且不能直接去除酸洗废水中的PO43-,一般很少采用。石灰来源广,价格低廉,因此使用较广泛。

但由于该厂区生产线酸洗槽的酸洗水在使用一段时间后会全部清除,导致废水处理站的废水中的H+浓度会大大提高,pH 甚至低于1。此时如仅采用碱石灰一次调节pH,会导致pH 调节不及时,而造成出水水质无法达标排放。石灰石有效成分是 CaCO3,其与酸洗废水中的H+反应生成H2O 和CO2。采用石灰石固定滤床作为预处理单元,一方面与碱石灰相比,其运行成本更低;另一方面,由于石灰石呈弱碱性,具有稳定调节废水pH 的特性,可将处理单元出水的pH 稳定控制在4~5,而不受处理单元进水pH 波动的影响。处理单元内设置鼓风曝气,既可以防止废水中的悬浮物沉淀,又可以使反应生成的CO2 被从废水中带出,进一步提升废水的 pH。

美国环保局认为石灰石加石灰乳串联工艺处理含重金属离子的矿山酸性废水是最经济的方法,比单纯的石灰乳中和法能降低30%的处理成本。在日本,处理酸性废水,通常使用石灰石作中和剂,使pH 达到5 左右,用石灰石处理以后,还应加入中和剂石灰,使pH 继续升高〔3〕。

石灰石作为酸洗废水的预处理工艺,既能够降低酸洗废水的处理成本,又可以避免石灰调碱法投碱精度不稳定的缺点,因此本废水处理站确定采用两级中和工艺,其中石灰石固定滤床作为本工程的预处理工艺。

2 处理工艺确定
 
目前,常采用的石灰石处理工艺有两种,一种是石灰石膨化床,即利用粒径0.5~3 mm 的石灰石颗粒,通过曝气方法使石灰石颗粒呈流化状态,同时曝气产生的大量气泡可吹脱出CO2 和其他细微悬浮杂质。该方法具有反应速度快,易更换的优点,但具有消耗量大,需要经常向处理单元内添加石灰石和操作繁琐的缺点。另一种是石灰石固定床,即利用粒径为30~50 mm 的石灰石形成固定床,废水通过固定床后,其中的H+与石灰石发生反应,生成CO2 和水而降低浓度,固定床也通过曝气产生的气泡吹脱出 CO2 且防止其他细微悬浮杂质沉淀。该方法具有反应稳定、石灰石无需经常更换、操作简单、节省劳动强度的优点。因此确定采用石灰石固定滤床作为预处理工艺,设计参数:填料为粒径30~50 mm 的石灰石,停留时间为30 min,有效高度为2.5 m,数量为1 座(2 格),总尺寸为16 m×8.5 m×3 m,附属设备为曝气装置,整个废水处理工艺流程如图 2 所示。

 图 2 工艺流程  

3 运行效果分析
 
3.1 石灰石固定滤床单元处理效果
 
石灰石固定滤床的实际运行效果主要以该处理单元的进出水pH 作为考察对象,同时对滤池内石灰石的消耗量进行观察。自2011 年3 月7 日起至6 月28 日近4 个月石灰石固定滤床的进出水pH 变化如图 3 所示。

 

图 3 固定滤床进出水pH 

由图 3 可见,固定滤床进水pH 变动范围较大,经过该处理单元处理后,出水pH 稳定在5 左右,取得了良好的处理效果。从图 3 中几处进水pH 超过5 的点可知,当进水pH>4 后,预中和滤池的去除效果甚微,说明了石灰石调碱法对酸洗废水进水pH 的稳定作用。另外,石灰石固定滤床的处理效果与停留时间关系密切,并存在一个限制,当低于限值时,流量过大会影响石灰石固定滤床的处理效果。当超过限值时,则石灰石固定滤床调节pH 能力不受进水量影响。

3.2 废水处理站运行效果
 
废水处理站实际运行效果分析如表 2 所示。

由表 2 可见,经该工艺处理后出水水质达到《天津市地方废水综合排放标准》(DB 12/356—2008)中的二级排放标准。

4 经济效益分析
 
本废水处理站设计处理水量为7 000 m3/d,其中一期规模2 500 m3/d,自2010 年7 月开始正式投入运行,至2011 年7 月的平均处理水量为1 500m3/d,一年按300 d 运行时间计算,则年处理水量为45 万m3,石灰石固定滤床的年损耗量约为280 t,石灰石市场价约为150 元/t,则购买石灰石一年需花费4.2 万元,石灰石的CaCO3 质量分数约为75%,280 t 石灰石折合90%的碱石灰约需172.7 t,一年约需花费15.5 万元,故用石灰石固定滤床一年约节省11.3 万元。待废水处理站处理废水达到设计处理水量7 000 m3/d,则用石灰石固定滤床一年可节省约52.7 万元。具体参见http://www.dowater.com更多相关技术文档。

5 结论
 
(1)本项目采用石灰石固定滤床作为石灰中和的前处理工艺,不但石灰的投加量较少,节省药剂成本,而且稳定了进入石灰中和段废水的pH,增加了后续石灰粉的投加精度。

(2)本项目采用两级中和工艺,相对于只采用石灰中和处理工艺,2010 年节约药剂费11.3 万元,达到设计处理水量后,每年能节省52.7 万元。(3)通过本项目的实际运行可知,石灰石固定滤床的曝气系统应尽量布气均匀,避免造成石灰石固定滤床局部消耗过大的情况。

(4)必须保证废水在石灰石固定滤床的停留时间,当进水流量过大时,其调节能力将受到限制,无法达到预期效果。

 

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