鋼鐵工業(yè)的廢水處理技術(shù)

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摘要：隨著我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展速度的加快和社會(huì)主義現(xiàn)代化進(jìn)程的不斷推進(jìn)，我國的鋼鐵制造生產(chǎn)規(guī)模迅速擴(kuò)大。在世界水資源緊缺、全球環(huán)境問題愈演愈烈的形勢下，低碳節(jié)能與綠色生產(chǎn)的呼聲更加高漲。鋼鐵產(chǎn)業(yè)是用水和耗能大戶，產(chǎn)能過剩，資源浪費(fèi)過多，已經(jīng)成為制約我國鋼鐵行業(yè)可持續(xù)發(fā)展的毒瘤。鋼鐵廢水的循環(huán)利用也越來越受到重視。

關(guān)鍵詞：鋼鐵廢水；廢水回用；循環(huán)利用

中國幅員遼闊，鐵礦石資源豐富，但開發(fā)速度與現(xiàn)代化水平由于受到經(jīng)濟(jì)條件制約長期落后于世界水平。改革開放以來，我國鋼鐵產(chǎn)量突飛猛進(jìn)。根據(jù)MEPS（英國鋼鐵工業(yè)市場分析公司）的分析報(bào)告，2014年，中國以7.79億t的粗鋼產(chǎn)量位居世界第一，占全球粗鋼產(chǎn)量的48.5%。之后，我國鋼鐵產(chǎn)業(yè)迎來了較長時(shí)間的低迷期，究其原因是全球經(jīng)濟(jì)的衰退以及大范圍的粗放型經(jīng)濟(jì)嚴(yán)重影響了與環(huán)境相關(guān)產(chǎn)業(yè)鏈的發(fā)展。如何與自然環(huán)境協(xié)調(diào)統(tǒng)一是鋼鐵行業(yè)內(nèi)一個(gè)亟待解決的問題。鋼鐵工業(yè)是中國的支柱產(chǎn)業(yè)，而鋼鐵生產(chǎn)需要用到大量的水資源進(jìn)行冷卻和沖刷。在我國人均水資源占有量極低的國情下，對(duì)水資源的保護(hù)和循環(huán)利用具有十分重大的意義。本文就如何處理鋼鐵生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的廢水及處理后水的回用進(jìn)行系統(tǒng)介紹。

1鋼鐵廢水的來源及成分

鋼鐵工業(yè)的生產(chǎn)廢水主要為高濃度的懸浮物廢水，濃堿及乳化廢水，含多種金屬離子如鈣、錳、鋅、鉛等金屬離子廢水及含芳香類化合物、氰化物、焦油等難以生化降解處理的焦化廢水。

2鋼鐵工業(yè)廢水的一般處理方法

CODcr是采用重鉻酸鉀（K2Cr2O7）作為氧化劑測定出的化學(xué)耗氧量，即重鉻酸鹽指數(shù)。BOD5（BiochemicalOxygenDemand）是一種用微生物代謝作用所消耗的溶解氧量來間接表示水體被有機(jī)物污染程度的一個(gè)重要指標(biāo)。一般用BOD5與CODcr的比值來判斷污水的可生化性指標(biāo)。BOD5/CODcr的值越大代表污水可生化性越好，越容易被生化降解。一般認(rèn)為，BOD5/CODcr大于0.2時(shí)，生化降解效果較好。在鋼鐵廢水中，BOD5/CODcr一般為0.15左右，生化降解難度大。因此，先考慮用物理方法和化學(xué)方法降低COD值，再進(jìn)行深度處理等后續(xù)步驟。常見的鋼鐵工業(yè)廢水處理法有：混凝法、氧化還原法、氣浮和沉淀、過濾和吸附等。

2.1混凝

絮凝理論基礎(chǔ)是“聚并”理論，絮凝劑主要是帶有正（負(fù)）電性的基團(tuán)和水中帶有負(fù)（正）電性的難于分離的一些粒子或者顆粒相互靠近，降低其電勢，使其處于不穩(wěn)定狀態(tài)，并利用其聚合性質(zhì)使得這些顆粒集中，通過物理或者化學(xué)方法分離出來。絮凝法由于價(jià)格低廉，處理工業(yè)廢水效果穩(wěn)定而得到廣泛應(yīng)用。學(xué)者戴竹青等人研究了混凝效果與PAC（聚合氯化鋁）投加量和水質(zhì)pH值的關(guān)系；利用均勻設(shè)計(jì)法對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行處理得到非線性數(shù)學(xué)模型[1]。結(jié)果表明，在原水COD濃度一定的條件下，混凝效果與pH和PAC投加量有關(guān)，最佳pH值在6～8波動(dòng)，而過量的PAC投加量反而會(huì)影響處理效果。因此，在對(duì)鋼鐵廢水進(jìn)行混凝劑投加時(shí)，應(yīng)先做好投加試驗(yàn)來確定最佳的投加量。

2.2氧化還原

鋼鐵廢水中含有多種芳香族化合物。含有芳香族化合物的污水毒性較大，生化性差，普通的化學(xué)方法很難將其降解，并且此類污水對(duì)環(huán)境影響極其嚴(yán)重，對(duì)人體健康有著嚴(yán)重威脅。Fenton試劑具有極強(qiáng)的氧化能力，特別適用于某些難生物降解的或?qū)ι镉卸拘缘墓I(yè)廢水的處理。學(xué)者田依林研究了Fenton試劑催化降解水中苯胺的效果，考察了pH值、H2O2和Fe2+的用量、紫外光照射等因素對(duì)苯胺降解的影響，為更好地利用Fenton試劑法處理芳香族化合物提供有價(jià)值的理論依據(jù)[2]。

2.3物理吸附

物理吸附法具有簡單高效、可重復(fù)利用的特點(diǎn)。吸附法原理是利用多孔物質(zhì)的吸附特點(diǎn)，使污染物與水體脫離。學(xué)者孫慧芳、和彬彬等人研究了焦炭在焦化廢水中的吸附性能[3]。結(jié)果表明，焦炭對(duì)焦化廢水中的COD、揮發(fā)酚、氨氮和氰化物均有一定的去除效果；化學(xué)改性可使焦炭對(duì)焦化廢水中氨氮和氰化物的吸附性能明顯提高，其中HNO3改性對(duì)焦炭吸附廢水中氨氮和氰化物能力的增加效果顯著。焦炭具有吸附表面積大、價(jià)格低廉、可重復(fù)利用的特點(diǎn)，在廢水進(jìn)入生化處理單元前，使用焦炭法進(jìn)行物理吸附處理有良好效果。

2.4電凝聚氣浮法

鋼鐵廢水中包含大量的乳化液廢水。這種廢水含油量大，難以處理。電凝聚氣浮法兼具電凝和絮凝氣浮法的優(yōu)點(diǎn)，對(duì)乳化液廢水有著很好的處理效果。它是將電源的正負(fù)極插入廢水中，陽極凝聚混凝劑和氧化劑，將水中的大分子物質(zhì)氧化成小分子物質(zhì)再發(fā)生絮凝作用；陰極產(chǎn)生氣體，在水中生成氣泡，使水中的懸浮物附著在氣泡上上浮至水面通過刮渣機(jī)去除。胡文云、鄭娟麗等人以某軋鋼廠排放的含油廢水為研究對(duì)象，采用電凝聚氣浮法進(jìn)行處理，探討了pH值以及電解電壓對(duì)處理效果的影響[4]。結(jié)果表明，處理時(shí)無需再調(diào)節(jié)pH，以原水pH值為宜；無論電壓高低，電凝聚氣浮法對(duì)乳化油廢水COD去除率都在90%以上。電凝聚氣浮法是一種經(jīng)濟(jì)又高效的處理方法。

3鋼鐵廢水深度處理

近年來，鋼鐵工業(yè)發(fā)展迅猛，對(duì)經(jīng)濟(jì)帶來了巨大的推動(dòng)作用。但鋼鐵工業(yè)用水量約占到全國用水量14%之多。據(jù)統(tǒng)計(jì)，鋼鐵工業(yè)每年耗水量大概為32億m3。因此，提高鋼鐵廢水處理效率，對(duì)廢水處理達(dá)標(biāo)再利用是維持經(jīng)濟(jì)又好又快發(fā)展和人與自然和諧統(tǒng)一的必然要求。由于鋼鐵廢水中的成分復(fù)雜，傳統(tǒng)的生物處理后出水水質(zhì)雖然達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)，但水中的鐵、錳含量仍然較高，用水管路中以鐵錳作為能源物質(zhì)的細(xì)菌繁殖迅速，導(dǎo)致管道堵塞并且清理難度大。另外，由于鋼鐵廢水出水溫度較高，蒸發(fā)掉了過多的水分，因此水質(zhì)含鹽量較高，一般的處理工藝對(duì)鹽分基本沒有去除作用。下面對(duì)鋼鐵工業(yè)中主要應(yīng)用的幾種工藝進(jìn)行介紹。3.1生物活性炭工藝此種方法是將活性炭作為廢水中微生物繁殖和聚集的載體，充分利用了活性炭表面積大與生物膜處理污水快速高效等優(yōu)點(diǎn)。當(dāng)廢水中氧氣含量充足時(shí)，活性炭空隙內(nèi)的微生物對(duì)有機(jī)物進(jìn)行分解吸收，用于進(jìn)一步繁殖，逐漸形成生物膜，處理水質(zhì)效果更加穩(wěn)定。徐竟成利用生物活性炭慮柱對(duì)某鋼鐵廠排出的廢水進(jìn)行試驗(yàn)[5]。原水氨氮、COD及pH值均達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)，但鐵、錳及濁度指標(biāo)嚴(yán)重超標(biāo)。試驗(yàn)結(jié)果表明，生物活性炭工藝對(duì)鋼鐵工業(yè)廢水中濁度、有機(jī)物及氮、磷等營養(yǎng)物質(zhì)都有較好的去除效果，在停留時(shí)間為45min的運(yùn)行工況下，濁度、COD、氨氮和總磷的平均去除率分別達(dá)90%、55%、84%和44%。生物活性炭工藝操作簡單、占地面積小，在鋼鐵工業(yè)廢水處理上有很好的發(fā)展前景。3.2膜技術(shù)膜分離技術(shù)具有高效、操作方便、占地面積小等優(yōu)點(diǎn)，尤其對(duì)于高鹽廢水有著卓越的處理效果。近年來，膜分離技術(shù)發(fā)展迅速，技術(shù)改進(jìn)讓膜成本有所降低，該技術(shù)在水處理的應(yīng)用中越來越廣泛。目前，在工業(yè)廢水處理中，應(yīng)用最廣泛的是微濾、超濾及反滲透技術(shù)。三者均借助濃度差作為推動(dòng)力，通過篩分和擴(kuò)散原理阻截物質(zhì)來達(dá)到凈水目的。不同之處在于，微濾膜孔徑較大，阻截懸浮物、顆粒及微生物；超濾膜孔徑可以阻截大分子物質(zhì)及膠體；反滲透膜孔徑最小，可以阻截?zé)o機(jī)鹽離子。太原鋼鐵公司已建成我國最大的基于反滲透技術(shù)的工業(yè)廢水回用系統(tǒng)，除鹽率在97%以上，工業(yè)廢水回用率在87%以上，成為我國工業(yè)廢水回用與工業(yè)節(jié)水工程的典型示范。

4結(jié)語

實(shí)踐證明，合適的物化方法及高效的生化處理系統(tǒng)，可以將鋼鐵工業(yè)廢水處理成可循環(huán)利用的水資源。企業(yè)在治理工業(yè)廢水時(shí)，要從長遠(yuǎn)角度考慮，改造舊工藝，及時(shí)應(yīng)用效率高、處理能力強(qiáng)的新工藝，盡量減少資源的損耗。

參考文獻(xiàn)

1戴竹青，張金輝.PAC絮凝劑去除煉廠廢水COD的研究[J].遼寧石油化工大學(xué)學(xué)報(bào)，2008，（3）：26-29.

2田依林.Fenton試劑氧化法在工業(yè)廢水處理中的應(yīng)用基礎(chǔ)研究[D].開封：河南大學(xué)，2003.

3孫慧芳，和彬彬，郭棟生.焦炭及其改性吸附預(yù)處理焦化廢水的試驗(yàn)研究[J].水處理技術(shù)，2009，（10）：55-58.

4胡文云，鄭娟麗.電凝聚氣浮法處理軋鋼廠含油廢水的研究[J].工業(yè)安全與環(huán)保，2006，（2）：26-27.

5徐竟成，黃翔峰，王禎貞，等.生物活性炭深度處理和回用鋼鐵工業(yè)廢水[J].環(huán)境污染與防治，2007，（11）：862-866.

作者:解晨煒 單位:中治京城工程技術(shù)有限公司