【废水设计方案】高炉煤气洗涤废水的处理技术

高炉煤气洗涤废水的处理技术

　　高炉炼铁过程产生的大量炉气中含有一定量的一氧化碳气体(CO>20%)，故称高炉煤气。高炉煤气中含有大量的可燃性成分并夹杂有大量的灰尘，温度通常为150～400℃。从炉顶排出的废气一般先经重力除尘器后，再进行洗涤处理和深度除尘。洗涤处理是通过在洗涤塔或文氏管中的气、水对流接触实现煤气的洗涤和冷却。洗涤冷却后的水就是高炉煤气洗涤废水。这种废水水温高达60 ℃以上，主要杂质是固体悬浮物、尘泥(瓦斯泥)、氧化物、焦炭粉等。除此之外，还含有一部分无机盐及酚、氰、重金属等有毒物质，由于该废水水量大、污染重，必须进行处理，并尽可能循环使用[1]。

1 治理现状

　　目前大、中型高炉煤气洗涤废水的沉淀处理可分为自然沉淀和混凝沉淀。
1.1 自然沉淀法
　　首都钢铁公司、攀枝花钢铁公司、湘潭钢铁公司、上海第一钢铁厂等的高炉煤气洗涤废水均采用自然沉淀为主的处理方法。莱芜钢铁厂高炉煤气洗涤废水过去靠两个D=12m的浓缩池处理，未达到工业用水及排放标准，后来改用平流式沉淀池进行自然沉淀，沉淀效率达90%左右，出水悬浮物含量小于100mg/L，冷却以后水温约40℃，水的循环率达90%，除个别指标(如Pb、酚)有时超标外，处理后的废水基本可达标排放。国外高炉煤气洗涤废水的处理大多数采用自然沉淀方法[2]，特点是废水靠重力排入沉淀池或浓缩池，处理后经冷却塔冷却后循环使用，出水悬浮物SS<85mg/L，循环率达96%。整个系统设计成闭路循环，运行期间没有排污。自然沉淀法的优点是节省药剂费用，节约能源；缺点是水力停留时间长，占地面积大，对用地紧张的企业不宜采用；另外，当瓦斯泥颗粒过细时，自然沉淀后的水中悬浮物含量偏高，输水管道、水泵吸水井积泥较多，冷却塔和煤气洗涤设备污泥堵塞现象较严重。
1.2 混凝沉淀法
　　混凝沉淀也是一种广为采用的处理方法，如武汉钢铁厂、宝山钢铁总厂、首都钢铁公司等的高炉煤气洗涤废水多采用混凝沉淀法。武钢高炉煤气洗涤废水处理指标：投加聚丙烯酰胺0.5mg/L，沉淀池出水悬浮物小于50mg/L；本钢投加无机和有机高分子絮凝剂，沉淀效率达98％；宝山钢铁总厂采用混凝沉淀法净化后可使水中悬浮物由2000mg/L降到100mg/L以下，总循环率达97%，废水处理系统运行正常，处理效果良好，但所使用的进口水处理药剂价格昂贵；首钢高炉煤气洗涤废水采用聚丙烯酰胺(投量为0.3 mg/L)进行混凝沉淀，沉降效率可达90%以上，当循环时间较长和循环率较高时，聚丙烯酰胺和少量的FeCl3复合使用，可去除富集的细小颗粒，取得满意的处理效果。日本扇岛地区钢厂的高炉煤气洗涤废水首先用粗粒分离机把粗颗粒分离出来，然后加苛性苏打提高pH值，再向凝聚沉淀槽注入高分子凝聚剂，把Fe和Zn等变成Fe(OH)2和Zn(OH)2的形态沉淀下来。为去除污染环境的Zn，要使pH值保持在7.5～8.5范围内。混凝沉淀处理过的废水，经冷却塔冷却后循环使用。处理后的水悬浮物含量SS<30mg/L。德国蒂森钢铁公司和鲁奇公司的高炉煤气洗涤废水处理采用曝气法。曝气的目的是在废水进入沉淀池之前，将废水中的游离CO2吹脱，使溶解在水中的碳酸盐析出，以便在沉淀池中去除。曝气池停留时间10～20min。沉淀池出水悬浮物SS为10～20mg/L，停留时间18.9min。该方法与自然沉淀法相比不但悬浮物的去除率高，水中细颗粒悬浮物可有效去除，而且对其它污染物(如酚、氰、重金属)的去除效率也有较大程度提高；水力停留时间长、占地面积大的矛盾虽然有所缓解，但仍然没从根本上予以解决。

2 新型处理技术的开发

　　废水中悬浮物的去除效率取决于固液分离速度，而固液分离速度则取决于悬浮物颗粒的成长粒度和密度。成长粒径越大、密度越高则意味着水处理效率越高。根据絮凝动力学，传统处理技术中由于絮体成长过程的随机性，在絮体粒径增大的同时，其有效密度呈指数关系急剧降低。目前国内所研究的其他高效絮凝技术，虽然颗粒凝聚速度有所提高，絮体成长粒径有所增大，但仍然没有从根本上解决絮体粒径增大，有效密度急剧降低这一矛盾。而通过改变悬浮颗粒成长过程的动力条件和物理化学条件来限制凝聚过程的随机性，形成高密度的团粒状絮凝体--结团絮凝体，可大幅度提高固液分离速度。该项新型处理技术称为结团凝聚工艺或结团造粒流化床工艺。关于该工艺的理论研究和在给水处理、污泥浓缩方面的实验及应用已有不少成果[3～5]，在高浓度悬浮物废水的结团流化床处理方面也取得了可喜成果。对陕西略阳钢铁厂高炉煤气洗涤废水的处理结果表明：在PAC投量为0.5～1.5mg/L、PAM投量为0.06～1.05mg/L条件下，水力负荷(水流上升速度)可高达116cm/min以上，总停留时间仅为2min左右，而出水浊度则低于12NTU。对该厂的选矿废水处理，在PAC投量为0.75mg/L、PAM投量为0.375mg/L时，水力负荷或表面负荷可高达112cm/min以上，总停留时间亦为2min左右，出水浊度低于2NTU。采用结团造粒流化床工艺处理上述两种废水，其表面负荷比传统处理工艺可提高10倍左右。对洗煤废水的处理，表面负荷亦可高达70cm/min以上，出水浊度小于40NTU，总停留时间小于5min，表面负荷比传统处理工艺亦可提高6倍以上。
　　该项新型处理技术对于解决目前重点污染源的污染问题具有广阔的应用前景，因这类废水如上述的煤矿洗煤废水、冶金矿山的选矿、尾矿废水、钢铁企业的煤气洗涤废水等都具有水量大、污染重的特点，利用该技术不仅可去除废水中的悬浮污染物和大量其它污染物如重金属、酚、氰等解决污染问题，而且可实现废水的重复使用，节约和充分利用水资源，产生显著的环境效益和社会效益。

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