（市政工程专业论文）包钢CSP薄板坯连铸连轧浊环水系统运行管理的研究.pdf

西安建筑科技大学工程硕士论文 包钢c s p 薄板坯连铸连轧浊环水系统运行管理的研究 专业：建筑与土木工程 硕士生：常海钢 指导教师：王志远回克钢 摘要 根据包钢c s p 薄板坯连铸连轧工艺对直接冷却水的水质要求，以及世 界性的环保和节约能源的要求，包钢c s p 薄板坯连铸连轧浊环水要进行处 理并回用。包钢c s p 薄板坯连铸连轧浊环水主要去除的污染因子：大颗粒 物质( 连铸连轧产生的氧化铁皮、连铸加入的保护渣) 、悬浮物和油。因 此，所采用的处理工艺包括：沉淀工艺；过滤工艺；加药工艺。本论文通 过对包钢c s p 薄板坯连铸连轧浊环水处理沉淀工艺( 重力旋流沉淀和平流 沉淀) 、过滤工艺、和加药工艺运行管理的研究，为包钢即将和已投入的 类似生产线的浊环水处理工艺提供合理使用的运行参数和技术参数。 对于旋流和平流沉淀工艺，本论文通过对沉淀理论的分析，以及包钢 c s p 薄板坯连铸连轧浊环水的特点和现场实际的工艺对比实验，验证旋流 池和平流沉淀池在包钢c s p 薄板坯连铸连轧浊环水处理中的实用性。对于 过滤工艺，本论文通过对过滤理论及滤料的应用分析，进行了针对瓷砂滤 料的各种过滤参数的分析和现场实际使用情况的对比，验证了采用瓷砂过 滤器在包钢c s p 薄板坯连铸连轧浊环水处理中的实用性。并验证了包钢c s p 薄板坯连铸连轧浊环水处理整个工艺过程参数选用的合理性。对于加药系 统，本论文根据包钢c s p 薄板坯连铸连轧浊环水水质的特点和变化，确定 了加药时间和加药量，来保证水处理的指标达到回用要求。 包钢c s p 薄板坯连铸连轧浊环水系统运行管理的研究，该处理过程提 供了合理的运行参数，保证浊环水处理系统效果的稳定，生产线提供优质 回用水。 关键词：浊环水处理旋流沉淀平流沉淀过滤 加药控制 西安建筑科技大学工程硕士论文 r e s e a r c ho fk e yt e c h n o l o g yi nt o t a ld r a i n dt h e s e w a g e t r e a t m e n tc r a f eo fb a ot o u s p s c i a t y ：m u n i c i p a la d m i n i s t r a t i o ne n g i n e e r i n g m a s t o r ： c h a n gh a ig a n g s u p e r v i s o r ：p r o f w a n gz h i y u a n h u ik e g a n g a b s t r a c t a c c o r d i n g t ot o t a ld r a i n e dt h e s e w a g e t r e a t m e n te r a f to f b a o g a n ga n dp o l l u t i o nf a c t o rg o tr i do fm a i n l y ：s u s p e n d e dm a t e r i a l 、s s a n do i lc a nk n o wt o t a ld r a i n e dt h es e w a g et r e a t m e n tc r a f to fb a o g a n g t ot h ew a t e ru s e dw a t e rq u a l i t yt op l a yt h ek e yr o l ep r o c e s s i n gc r a f tt o i n c l u d e ：s e d i m e n t a t i o ne r a f t 、f i l t r a t i o ne r a f ta n dc h e m i c a l d o s a g e e r a f t t h isp a p e rr e s e a f c h e sw i t ht o t a ld r a i n e dt h es e w a g et r e a t m e n t e r a f to fb a o g a n gm a c h i n e r ya c c e l e r a t i o ne d i m e n t a t i o nc r a f 、t f i l t r a t i o n c r a f ta n dc h e m i c a ld o s a g ec r a f te s s e n t i a lt e c h n o l o g y ，h a sc o n f i r m e d t h er e a s o n a d l e m o v e n tp a r a m e t e ra n d t h e t e h n i c a lp a r a m e t e rf o r t o t a ld r a i r e dt h es e w a g et r e a t m e n tp 1 a n to fb a o g a n g r e g a r d i n gt h em e n c h a i n cs c c e l a t i o ns e d i m e n t a t i o nc r a f t ，t h i sp a p e r t h o u g ht ot h ea n a l y s i so fs e d i m e n t a t i o nt h e o r ya n dd e v s l o p m e n t ，a sw e l la s t ot o t a ld r a i n e dt h es e w a g ec o a g u l a t i o ns e d i m e n t a t i o ns t a t i ce x p e r i m e n t a n dt h e s p o t o fe r a f tc o n t r a s t e x p e r i m e n t ，h a s v e r i f i e dm e c h a n i c a c c e l e r a t i o ns e d i m e n t a t i o nt a n ki n t o t a ld r a i n e dt h es e w a g et r e a t m e n to f b a o g a n gs e r v i c e a b l y a n da c c o e d i n g t ot h em e c h a n i ca c c e l e r a t i o n s e d i m e n t a t i o nt a n kc h a r a c t e r i s t i ca n dt h et a n kf l o w i n g i nc o n d i t i o n c h a r a c t e r s t i c ，p r i m a r i l ya n a l y z e dt or e f o e mt h eq u a l i t a t i v ea n a l s i st h a tt h e e x i s t i n gr a d i a t i o nf l o ws e d i m e n t a t i o nt a n ki nb a o g a n g f o rt h ef i l t r a t i o n c r a f t ，t h i sp a p e rt h r o u g ht ot h ea n a l y s i so ff i l t e a t i o nt h e o r ya n df i l t e r i n g m e d i aa p p l i c a t i o n ，c r r r i e do nt h es t a t i ce x p e r i m e n to fv a r i o u sk i n d so f f i l t r a t i o np a r a m e t e r so ft h e p o r c e l a i nf i l t e r i n gm e d i aa n dt h es c e n ei n d u s t r y c o n t r a s te x p e r i m e n t ，t h e nh a sc o n f i r m e dt h ep o r c e l a i ns a n df i l t e rw h i c h t o t a ld r a i n e dt h es e w a g et r e a t m e n tc r a f to fb a o g a n ga p p l i c a d l y ，a n d p r o v e di n c l u d i n gt h eh e i g h t o ff i l t e rl a y e r ，r a t e o ff i l t r a t i o n ，c o n t r o n o f 2 西安建筑科技大学工程硕士论文 c h e m i c a ld o s a g es y s t e m ，t h et h e s i sh a sg i v e nt h eq u a l i t a t i v ea n a l y s i s a b o u tt h et h e o r e t i c a lt r e a t m e n te r a f to f b a o g a n g a n da d j u s t m e n t p r i n c i p l e a d o u t c o n t r o l l i n g s r o f s e t t i n g v a l u e w i t hc h e m i c a l d o s a g e ，a n dc o n f i r m e dt h r o u g ht h ea c t u a lo p e r a t i o ne f f e c ts h o u l dt h e c h e m i c a ld o s a g es y s t e mt oh a v et ec e r t a i ns u i t a b i l i t y t ot h er e s e a r c h o f k e yt e c h n o l o g yi n t o t a id r a i n e dt h es e w a g e t r e a t m e n tc r a f to fb a o g a n g ，h a so f f e r e dt h er a t i o n a lo p e r a t i o np a r a m e t e r f o rt h ef a c t t h a t p r o d u c t i o n o ft h e s e w a g et r e a t m e n tp l a n ti s o p e r a t e d ，a n dg u a r a n t e e dt h es e w a g et r e a t m e n ts y s t e mp r o c e s s i n ge f f e c t s t a b i l i t y ，p r o v i d e dh i g hq u a l i t yf o rb a o g a n gh a sr e t u r n e dt ot h ew a t e r u s e d k e y w o r d s ： s e w a g et r e a t m e n t ， m e c h a n i ca c c e l e r a t i o n s e d i m e n t i o n ， f i l t r a t i o n ，c h e m i c a ld o s a g ec o n t r o l 3 西安建筑科技大学工程硕士论文 绪论 1 1 问题的提出 现代钢铁工业的生产过程包括采矿、烧结、炼铁、炼钢( 连铸) 、轧 钢等生产工艺。自1 9 世纪5 0 年代开始用转炉炼钢以来，钢铁产品迅猛增 长，钢材产品也与日俱增，以满足现代工业发展的需求。我国1 9 8 7 年钢 产量5 0 0 0 万吨，而1 9 9 7 年突破l 亿吨，十年时间左右翻了一番。目前我 国已成为世界产钢大国钢铁工业用水量大，每炼1 吨钢，约用水 2 0 0 2 5 0 m 3 。钢铁工业废水主要来源于生产工艺过程用水、设备与产品冷却 水、烟气洗涤和场地冲洗等，但有7 0 的废水还是来源于冷却水。间接冷 却水在使用过程中仅受热污染，经冷却后即可回用。随着钢铁生产的发展， 连铸连轧已被越来越多的钢铁企业采用，我国的连铸比大幅度上升。连铸 工艺省去了模铸和初轧开坯的工序，钢水直接钢水直接流入连铸机结晶器 使液态金属急剧冷却，从结晶器尾部拉出的钢坯进入二冷区，二次冷却由 辊道和喷水冷却设备构成。而连轧工艺是把通过连铸机出来的钢坯经过均 热炉加热到1 1 5 0 - 1 2 5 0 。c ，加热后的钢坯进入轧机后轧制成卷板。在连铸过 程中，供水其着重要作用，为提高钢坯质量，对连铸机用水水质的要求越来 越高，水的冷却效果好坏直接影响到钢坯的质量和结晶器的使用寿命。轧 制过程中需要大量水冷却、冲洗钢材、和设备。由于连铸工艺和连轧工艺 产生的浊环废水的特点基本相同，都含有大量的氧化铁皮和油，而且温度 高( 浊环废水是直接冷却钢坯的水) 。简化了加工钢材的过程，不但大量节 省基建投资和运行费用，而且减少了能耗，提高成材率。 钢铁工业废水的水质，因生产工艺和生产方式不同而有很大的差异。 有的即使采用同一种工艺，水质也有很大变化。特别是我国的钢铁工艺是 钢铁工业是在老底子上发展起来的，老企业的落后工艺和设备致使污染严 重而近年来发展和建设的现代化的钢铁企业，水的循环利用率在9 4 以 上。从2 0 世纪8 0 年代开始，全行开展开展节能降耗，优化工艺结构，淘 汰平炉炼钢，以发展连铸连轧作为结构优化中心环节，取得巨大进步。 西安建筑科技大学工程硕士论文 包钢位于黄河西岸，厂区生产、生活水源是黄河，取水量3 m 3 s 左右。 包钢是五十年代建设的大型企业，很多设备还很落后，但钢铁工业的发展， 自动化程度的提高，对水质的要求也越来越高，同时节能和环保的要求也 越来越严格。包钢作为十大钢铁企业之一，不能走在别人的后面。于是筹 建了包钢c s p 连铸连轧生产线，采用德国西马克先进的连铸连轧工艺。工 艺要求提高水的重复利用率，而且重复利用率不低于9 5 。 包钢c s p 薄板坯连铸连轧生产线于2 0 0 2 年建成，生产线采用了德国 西马克先进的设备，生产能力为年产热卷1 9 0 万吨为给连铸连轧废水处 理工艺提供具有科学依据的和可靠的运行参数，开展了“包钢c s p 薄板坯 连铸连轧浊环水系统处理项目关键工艺技术研究”课题。本论文主要研究 在包钢c s p 薄板坯连铸连轧浊环水系统处理工艺中的沉淀工艺、过滤工 艺、加药工艺、泥处理工艺，通过对这四部分关键工艺的研究，指导包钢 c s p 薄板坯连铸连轧浊环水系统处理工序在较优条件下运行，以保证包钢 c s p 薄板坯连铸连轧浊环水系统中污染物质的去除效率，以达到重新使用 的标准。 1 2 本论文来源、背景及研究对象 1 2 1 薄板坯连铸连轧浊环废水分析及研究背景 8 0 年代以来，国内钢铁企业的经济全面好转，人们对废水污染的危害、 水资源短缺等问题的认识有所提高，国家对环境污染治理的要求越来越 严。包钢也加强对近几年新建和正建的无缝钢管厂、小方坯、扁坯、五号 高炉、连铸连轧等项目废水处理加大了投入。对废水处理的研究，提高建 和正建项目回用水水质，增加回用水量比例，对提高吨钢水的使用率，实 现清洁生产的目标，具有重要意义。 包钢是全国特大型钢铁联合企业之一，为达到年产钢、铁双7 0 0 万吨 的能力，随着包钢生产的发展，技术装备水平不断提高，因此包钢提出了 大胆的尝试，就是将炼钢中的连铸和轧钢成为一个体系，这样节省成本上，将 上一个台阶。对于连铸工艺浊环废水( 直接冷却水) ，主要指二次冷却区产 生的废水。由结晶器后部拉辊牵引，钢坯在进入二次冷却区时，虽然表面已 经固化，而内部却还是炙热的钢液，因此其温度很高。此时将由大量的喷嘴， 从四面八方向钢坯喷水，一方面使钢坯进一步冷却固化。另一方面也要保 护该区的设备不致过热而变形，甚至损坏。经过喷淋，水不但被加热，而且 6 西安建筑科技大学工程硕士论文 还会被氧化铁皮和油脂所污染二次冷却区的单位耗水量一般为 0 5 - 0 8 m 3 t 钢。为改善连铸坯表面质量和防止金属不均匀冷却，在浇铸过 程中加入一些其它物质，二冷却区最终废水还可能含有硅钙合金、荧石、 石磨。 对于轧钢的热轧浊环废水是直接冷却轧辊、轧辊轴承、板坯时产生的 废水，其特点是含有大量的氧化铁皮和油，同时用水量大。因此两种工艺的 浊环废水完全可以采用同样的处理方法。在设计上也是采取了这样的思 路。 包钢新建成的连铸连轧厂，年产钢1 9 0 万吨。连铸连轧浊环水系统 总水量为8 1 8 5m 3 h ，主要供给板坯连铸机二次喷淋及摆式剪冷却水 1 4 4 5m 3 h 、供除鳞水3 6 0m 3 h 、f 1 一f 4 机架及活套冷却水1 0 9 0m 3 h 、 f 2 一f 7 工作辊冷却水3 5 6 0m 3 h 、轧机工作辊冷却9 3 0m3 h 、轧机喷 淋水8 0 0i n 3 h ：水质成分主要检测的指标表：附表卜l 连铸连轧浊环系统废水指标附表1 1 序号项目单位废水指标备注 1p h6 8 - 8 0 2总溶解性固 m g l 1 5 0 0 2 0 0 0 3悬浮物 m g 1 1 0 0 0 一15 0 0 4 油 m g 1 3 0 5 温度 4 0 5 0 1 2 3 本论文研究内容 “包钢c s p 薄板坯连铸连轧浊环水系统处理项目关键工艺技术研究” 本论文是以包钢c s p 薄板坯连铸连轧浊环水系统处理的沉淀工艺、过滤工 艺、加药工艺和污泥处理工艺为研究对象，通过对包钢c s p 薄板坯连铸连 轧浊环水系统处理中这四部分关键工艺的研究，籍以提高总排成品水水 质，同时希望通过对设计、运行参数的分析，指导对包钢其它炼钢和轧钢 二级分厂水处理系统的改造和设计参数。 本论文将以包钢c s p 薄板坯连铸连轧浊环水系统处理过程中，经旋流 7 西安建筑科技大学工程硕士论文 沉淀及二次沉淀处理后的出水为研究对象；对其混凝沉淀、过滤工艺进行 研究，使过滤后出水水质达到工业冷却水水质标准，并返回工厂使用；对过 滤后反冲洗产生的污泥混凝、加药进行研究，使其重新造团回炉使用，降低 成本。 目前，混凝沉淀、过滤工艺已在给水处理和废水处理中得到广泛地应用； 国内外在混凝沉淀、过滤技术、污泥技术方面已进行众多的研究，并取得了丰 硕的成果。 1 3 国内外冶金企业废水治理现状 1 3 1 国外连铸连轧浊环水系统处理工艺 由于全球淡水资源有限，因此世界各国皆十分重视废水的处理及回用 问题，尤其在一些先进的发达国家，在经历了高度的工业化发展过程以后， 加紧工业废水处理及回用的研究。美国是世界上工业废水处理和再生利用 最早的国家之一，近几年美国平均废水处理回用率达到9 2 ；日本在9 0 年代在全国范围内进行了废水再生利用的工艺设计；其它象英国、俄罗斯、 以色列、南非等国也都在废水处理及回用上取得了许多成功的经验。 废水治理技术在一定程度上反应了一个国家的工业化水平。一方面随 着工业的发展，相应的产生了治理废水的要求，在付诸实施过程中，就逐 步的掌握了废水治理技术并积累了经验。同时，整个工业化的提高也为废 水治理提供了更多可供选择的装备和手段。 国外在薄板坯连铸连轧浊环水系统治理方面的一个明显是加强了水 的循环利用。为了合理利用水，常把净环水的排污水作为浊环水的补充水； 有几个浊环水系统时，水质较高的系统排污水用作水质要求较低的系统的 补水。对每个浊环水系统，根据用户对水质、水温的要求，采用相应的处 理方法。目前，教完善的工艺大体由一、二次铁皮沉淀池或水利旋流沉淀 池，过滤、冷却等主要构筑物组成，同时还要对过滤后反冲洗水进行脱水、 浓缩，还增加了废油处理和化学药剂系统。 二次铁皮沉淀及污泥浓缩采用自然沉淀或混凝沉淀两种方式。保证二 次铁皮沉淀池正常工作的关键是清泥设备，一般采用刮泥机、吸泥泵和收 泥车的方式。这些清泥设备都有集中表面浮油功能，集中的浮油用带式、 软管式除油机或浮筒、转筒除油器分离。 8 西安建筑科技大学工程硕士论文 浊环水过滤都采用压力过滤器，分单层和双层滤料两种，最高滤速可 达4 0 m h 左右。过滤器的反冲洗以压力差、时间或累计流量控制，反冲洗 过程由可编程续自动造作，并且改单一水冲洗为气、水混合冲洗。 为了节省电能，冷却塔风机常有变极调速的功能，根据出水温度自动 调速或关闭。冷却塔风机的安全保护有震动保护和齿动箱油位或油压保护 两种，超出设计范围时，发出报警信号并自动关闭。二次铁皮沉淀池的排泥 及过滤器的反冲洗水经浓缩、污泥脱水，滤饼供给烧结厂作原料。污泥浓 缩池的刮泥机常带有过力距保护。当前，连铸连轧循环水系统除净环水进 行水质处理外，浊环水系统也要作相应的水质处理，根据浊环水含氧化铁 皮量高的特点，投加专门的铁的分散剂。浊环水系统的操作一般同时具有 就地、集中和自动控制三种方式。所有设备几乎都可以就地操作，并通 过钥匙来开关控制。 国外对去除轧钢氧化铁皮冲洗水的常规处理工艺包括带有或不带混 凝的沉淀、超高速重力和压力过滤，以及磁力净化技术等。以上技术的应 用，在美国、瑞典、英国、日本、德国等国家均有成功应用的报道。 日本n i p p o nk o k u m 钢铁公司以及美国芝加哥钢铁公司采用混合滤料 的。压力过滤工艺具有成功的经验；美国研究用磁凝聚法处理钢铁工业废 水，美国的博利恒钢铁厂每天将4 1 0 5 m 3 工业废水回用作炼钢的工业冷却 水；1 9 7 7 年美国、日本等国开始应用高梯度磁过滤器法处理钢铁废水。 1 3 2 国内连铸和热轧废水处理工艺概况及存在问题 从2 0 世纪7 0 年代后期，随着我国冶金环境保护科学技术的发展，各 设计研究单位和企业积极开展环保科研和大力吸收引进技术，使得钢铁企 业工业废水治理率和工业废水重复利用率都在逐年提高。 1 。3 2 1 国内连铸和热轧废水处理工艺 过去国内连铸和连轧废水治理的重点在分离氧化铁方面，主要用一次 铁皮坑和二次铁皮坑沉淀池处理方式。一次铁皮坑的沉淀面积较小，废水 停留时间一般不超过2 分钟，使一次铁皮坑提升泵磨损严重。二次铁皮沉 淀池则因清渣设备效率低、无除油设施，导致水质差，影响循环利用率的 提高工。钢铁企业的用水在我国工业用水中占的比例很大( 约l o ) ，因 此，钢铁企业的废水治理工作对我国实现环境和经济的可持续发展非常重 9 西安建筑科技大学工程硕士论文 要。 7 0 年代中期，从西德引进的连铸项目中，采用下旋流型水力沉淀池，在 结构、性能上又有所改进，此后国内也开始大量采用。目前，两种型式的水 力旋流沉淀池在国内己普及使用。当时，从西德和日本引进的连铸、热轧废 水治理设施，在处理细颗粒氧化铁皮采用废水，如电除尘器清洗废水时，都采 用了混凝沉淀方式。国内设计的连铸连轧工程，通过实验，也采用混凝沉淀 方式来治理。引进的废水废水治理设施，在旋流沉淀池、二次铁皮沉淀池、 污泥浓缩池等部位均设置除油设施，其主要型式是结合清泥设备，用带式或 软管除油机将汇集的浮油吸附分离后，集中进行治理。为了提高循环水水质， 连铸连轧浊环水系统经沉淀处理后，往往再用单层或双层滤料的压力过滤 器进行最终净化，使出水悬浮物达到5 m l ，含油量达到5 m 1 左右。净化后的 废水通过冷却塔保持循环水供水温度不高于3 5 4 0 。c 。以上技术在当前的 国内设计中已开始采用。冷却处理早在2 0 世纪5 0 年代就用于处理浊环水 系统，当时采用重力式单层滤料快滤池，当进水悬浮物小于1 0 0 m l 时，出水 悬浮物含量可达到3 - 5 m 1 。 当前国内引进的大型热轧废水治理装置和连铸废水治理装置，无论在 工艺装备和控制方面，均可代表当前的国际水平。总的来说，连铸连轧废水 处理在去除氧化铁皮的净化方面没有很大的困难，主要是除油技术方面的 问题和由此引起的其它故障。连铸连轧废水治理主要解决两方面的问题， 一是通过多级净化和冷却，提高循环水的水质，以满足生产工艺对水质的要 求对水质的要求，同时减少排污和新水的补充量，使循环利用率得以提高。 目前国外设计的项目，包括净环在内，整个系统的循环率可达9 7 左右，国 内由于钢铁业的升温，使得多条较先进的生产线上马，也使得废水处理技 术上来个新的台阶，这就让目前大的钢铁企业废水循环率达国外的水平 9 7 左右。废水处理的另一个重要内容是着眼于回收已经从水中分离的氧 化铁皮和油类，从而减少对环境的污染。因此，完整的连铸连轧技术废水设 施还应包括废油还应包括废油回收和对二次铁皮沉淀池和过滤器的细颗 粒氧化铁皮进行浓缩、分离的作用，还得不到污染的效果。 以下是武钢连铸和宝钢热轧浊环废水处理系统： 武钢连铸浊环废水处理系统 连铸废水叶三区囫一 习哐三歪困 l o 用户一圃一囹一匣圈 反冲洗水 污 = = ，圆圆 一匦圈遁圃1 泥外运 图1 2武钢连铸浊环废水处理流程示意图 宝钢热轧浊环废水处理系统 热轧废水吨蔓垂圃一 习一 用户坷一匠巫 0 = 一 图1 3宝钢热浊环废水处理流程示意图 1 3 2 2 国内连铸和热轧废水处理中存在的问题 目前，我国薄板坯连铸连轧浊环水系统治理中存在的主要问题是： ( 1 ) 除油设施不完善； 、。+ 冤 震 西安建筑科技大学工程硕士论文 ( 2 ) 污泥含油量大，脱水效果差； ( 3 ) 原设计仅以水中的氯离子含量作为引起腐蚀的依据，忽视了水中溶 解氧引起的因素； ( 4 ) 用于二次铁皮坑和快速滤池出水的冷却塔，其集水坑沉积含油污泥， 以前用人工清理，现采用水力冲洗，经沉淀后排出，初步解决了清泥难得问 题： ( 5 ) 污泥浓缩池的净化效果差有待进一步提高； ( 6 ) 快速过滤器存在无烟煤漏料问题，造成用水点喷嘴堵塞。 1 3 3 薄板坯连铸连轧浊环水系统治理现状及存在问题 随着国内环境意识的增强及水处理技术的发展，包钢在发展生产的同 时，积极依靠科技进步，改进废水处理工艺；建成的连铸连轧厂是包钢目 前自动化程度较高的生产线，对水处理并重复利用的要求也是相当高的，工 业水重复利用率己达9 6 。 a ) 连铸、热轧废水处理现状 轧钢氧化铁皮冲洗水均采用“旋流井一沉淀过滤一冷却”处理工 艺处理后，全部循环使用：泥浆经浓缩、脱水后，送烧结配料使用；该系 统排水中含有少量的油。 b ) 存在的问题 连铸、热轧的废水污染治理中，仍存在一些问题： ( 1 ) 目前，生产的产量的不稳定，因此，包钢c s p 薄板坯连铸连轧浊环水 系统量大且不均衡( 波动大) ，给包钢c s p 薄板坯连铸连轧浊环水系统处 理工艺的选择造成一定的困难。 ( 2 ) 在六、七十年代建成的废水治理设旖，存在设备陈旧、工艺落后、 操作不稳定等问题，而连铸连轧工艺要求高，是包钢所没有的，因此，没有借 鉴的检验。 ( 3 ) 由于种种原因，部分水处理系统未设置事故排放的缓冲设施，在 设备检修、吸水井和沉淀池清扫过程中，大量未经处理废水直接排放，增 加了污水的污染负荷。 ( 4 ) 目前包头地区春季多风和柳絮，而秋季多蒿草。 1 2 西安建筑科技大学工程硕士论文 ( 5 ) 工艺系统的不定期的事故漏油，对废水处理带来一定难度。 上述问题增加了浊环水处理工艺的难度，同时给浊环水处理工程运行 参数的确定增加了难度。 1 4 包钢c s p 薄板坯连铸连轧浊环水系统处理工艺 包钢c s p 薄板坯连铸连轧浊环水系统处理工艺，是根据德国西马克 公司确定处理方案，并按照使处理后水质达到工业冷却水水质标准的 要求，确定处理工艺。 1 4 1 包钢c s p 薄板坯连铸连轧浊环水系统水量、水质处理要求 1 4 1 1 水量 包钢连铸连轧的钢产量，系统的生产用新水、排水量及吨钢用水、循 环水指标见表1 1 。 表1 1 包钢连铸连轧区生产用新水、排水量及吨钢用水、排水指标 钢产量 生产用水量排水量 年用水量小时用水吨钢耗新水循环年排水量小时排水吨钢排水 ( 1 0 4 t a ) ( 1 0 4 t a )量( t h ) 水量( f i t 钢)率( )f 1 0 4 t a )量( t h )量( t t 钢) 1 9 07 6 8 2 5 28 7 7 029 63 2 0 6 1 63 6 61 5 6 1 4 1 2 水质 包钢c s p 薄板坯连铸连轧浊环水系统水质监测数据见表1 2 。 1 4 1 3 包钢c s p 薄板坯连铸连轧浊环水系统处理的要求 表1 2包钢连铸连轧水质监测数据 西安建筑科技大学工程硕士论文 总硬度o d h 2 5 p h 7 5 9 暂时硬度 o d h2 4 c l 。 n l 鲋 2 5 0 s o 4 m 酮 4 0 0 f e + m n m g a 0 5 s i 0 2m g ，l 1 5 0 n h 3 + n h 4m 鲫 1 0 s s m 鲫 2 0 粒径 “n l1 0 0 油 m g ，l 5 总溶解固体m g ，l 1 5 0 0 电导率 p m c m2 0 0 0 因此，包钢c s p 薄板坯连铸连轧浊环水系统处理后水的水质，要分别 满足工业冷却水水质标准( g b j 5 0 - - 8 3 1 、钢铁工业水污染物排放标 准( g b l 3 4 5 6 - - 9 2 ) 、污水综合排放标准( g b 8 9 7 8 - - 9 6 ) 、生活杂用 水标准( c j t 4 8 一1 9 9 9 ) 等标准的相应要求，也应满足包钢工业净环水的 水质要求，见表1 2 。 1 4 2 包钢c s p 薄板坯连铸连轧浊环水系统处理工艺 1 4 2 1 包钢c s p 薄板坯连铸连轧浊环水系统处理原则 根据总排污水中含有污染物的特点和排放形式，确定总排污水处理的 原则是：在对厂区重点废水污染源的水处理系统完成技术改造的基础上， 在总排口建设污水处理厂。 1 4 2 3 包钢c s p 薄板坯连铸连轧浊环水系统工艺流程 包钢c s p 薄板坯连铸连轧浊环水系统流程见图1 1 1 4 西安建筑科技大学工程硕士论文 反冲洗水+ - j 示意图 图1 1包钢c s p 薄板坯连铸连轧浊环水系统处理流程 絮凝剂 匪垂巫，蝎 回收 图1 2 包钢连铸连轧污泥流程示意图 废水先经旋流井能够将大粒径的氧化铁皮和少量的浮油，同时加入絮 凝剂和除油剂，平流沉淀池中沉淀，再经过压力过滤器过滤除去粒径小的颗 粒物质。从过滤器出来的水经过冷却塔降温回到泵站，通过泵组提升给用 户。过滤罐的反冲洗水带有大量的污泥，通过缓冲池( 加入絮凝剂) ，由污泥泵 提升到浓缩池( 加入絮凝剂) 混合，再通过泥浆泵提升到带式压滤机，产生泥 饼造球回炉。 1 4 2 4 包钢c s p 薄板坯连铸连轧浊环水系统处理工艺存 在问题 1 5 西安建筑科技大学工程硕士论文 ( 1 ) 沉淀工艺处理不稳定，处理工艺有待进一步完善： ( 2 ) 加药工艺对水量、水质以及絮体监控反应不同步，对于系统自动 运行及调整存在不足； 3 ) 过滤工艺对于包钢c s p 薄板坯连铸连轧浊环水系统中含油问题 未得到根本解决，过滤工艺有待完善。 1 5 本论文研究内容 根据包钢c s p 薄板坯连铸连轧浊环水系统处理原则和处理流程，以及 生产运行和工程设计对本论文研究的要求；“包钢c s p 薄板坯连铸连轧浊 环水系统处理项目关键工艺技术研究”课题将进行实验室静态试验和工 业应用对比试验两部分。 本专题为“包钢连铸连轧废水处理项目关键工艺技术研究”专题， 主要研究在包钢c s p 薄板坯连铸连轧浊环水系统处理的混凝沉淀、过滤工 艺中混凝沉淀机理、絮体形成及反应分析、滤料组成、最佳过滤速度、 反冲洗方式、絮凝动力分析、水质对絮凝剂的影响等工艺技术参数，以及 流动电流絮凝控制技术在系统中的应用，以保证废水中污染物质的去除效 率，使混凝沉淀工艺、过滤工艺在较优条件下运行，为包钢连铸连轧废 水处理提供最佳的运行参数，同时指导对包钢现有以及正建的各二级分制 水处理系统的改造和设计参数。 1 5 1 静态试验研究的主要内容 根据包钢c s p 薄板坯连铸连轧浊环水系统处理流程，选择其中基本处 理过程( 单元操作) ，在实验室内进行静态特性试验，设置“自然沉降”、 “混凝沉淀”、“过滤”等试验专题。 本专题的静态试验内容是通过实验室试验确定混凝沉淀搅拌强度、絮 凝控制范围、滤料结构、最佳滤速等参数，为工业性对比试验提供依据。 1 5 2 工业性对比试验研究的主要内容 根据实验室静态试验结果及推荐的试验参数，对现有水处理构筑物进 行单元动态试验，以了解各种处理工艺在推荐条件下的运行情况，验证及 进一步确定主要的工艺参数，为处理工艺提供运行依据并校验设计参数。 在昼夜连续运行条件下，进行了“混凝及混凝沉淀”、“过滤”、“加药 1 6 西安建筑科技大学工程硕士论文 量及药剂投加点”等专题研究，并连续测定了最佳条件下各处理单元对s s 、 和油的去除效率。 本专题的工业性对比试验内容为：通过在连续动态运行状态下，分别 对机械加速沉淀池在污泥界面调整、污泥沉降性能方面的测定，研究重力 旋流沉淀工况；对瓷砂滤料在截污性能、压力损失等方面性能的测定， 研究确定适合包钢连铸连轧废水处理的过滤方法；对加药系统加药量分 析、药剂投加点的调整，确定投药量的合理和加强。通过分析验证静态实 验提出的沉淀污泥界面控制、滤料组成、最佳过滤速度、最佳投药点等工 艺技术参数，连续测定沉淀工艺、过滤工艺对s s 、和油的去除率，为包 钢连铸连轧废水处理提供最佳的设计参数并提出对现有设施的设计改造 参数。 1 7 西安建筑科技大学工程硕士论文 2 沉淀工艺 在受污染水体中，水中各种悬浮类物质随排放工艺的不同而异。各种 对受污染水的净化处理方法，不但本身具有一定利弊和适用条件的限制， 如造价的高低、管理维护的难易、能耗药耗的多少、设备的复杂程度、净 化效果的稳定性等因素外，更重要的是各种方法对水中各类悬浮物质的去 除具有非常明显的选择性和针对性。包钢连铸连轧废水沉淀工艺结合国、 内外较先进的对悬浮类污染物的水处理技术，结合包钢连铸连轧废水质特 点确定采用重力旋流技术。 根据包钢总排污水处理厂机械加速沉淀池运行中存在的问题，本专题 先从沉淀理论入手对重力旋流沉淀态及存在问题进行分析，根据理论分析 和静态实验数据分析，来指导解决问题的途径，并通过工业性对比实验， 获取最佳运行工况。同时，也希望通过对各种沉淀理论的验证，根据重力 旋流沉淀池的特点，指导对包钢各二级水处理系统中原有辐流式沉淀池型 的技术改造模式。 2 1 沉淀基本理论及发展 2 1 1 沉淀基本理论 沉淀是利用自身重力的作用，使污染物质从污水中分离出来的一种方 法。根据水中悬浮物质浓度和颗粒之间的相互作用不同，沉淀分为分散颗 粒沉淀、絮凝沉淀、成层沉淀和压缩颗粒沉淀。 沉淀理论研究起点，是研究悬浮颗粒在静水中的沉淀，包括悬浮颗 粒在静水中的自由沉淀；悬浮颗粒在静水中的拥挤沉淀。通过以上研究 来推测沉淀效果。但在工程实践中，由于水流受到各种沉淀池池身结构和 外界影响( 如进口处水流惯性、出口处束流、风吹池面、水质的浓差和温 差等) ，致使颗粒沉淀复杂化，为此，展开了对非凝聚性颗粒沉淀过程的 “理想沉淀池”分析，所谓理想沉淀池，应符合以下3 个假定： ( 1 ) 颗粒处于自由沉淀状态。即在沉淀过程中，颗粒之间互不干扰，颗 粒的大小、形状和密度不变。因此，颗粒的沉速始终不变。 ( 2 ) 水流沿着水平方向流动。在过水断面上，各点流速相等，并在流动 过程中流速始终不变。 1 8 西安建筑科技大学工程硕士论文 ( 3 ) 颗粒沉到池底即认为已被去除，不再返回水流中。 通过对理想沉淀池的分析可以得出下式： e3q3a。 ( 2 1 ) e 一颗粒的去除率 u i 一颗粒的截留沉降速度，m s ； q 一流量，m 3 s ； a 一沉淀池水面的表面积，m 2 。 由式( 2 1 ) 可知：悬浮颗粒在理想沉淀池中的去除率只与沉淀池的表面 负荷有关，而与其它因素如水深、池长、水平流速和沉淀时间均无关。这 一理论早在1 9 0 4 年已由h a z e n 提出。公式( 2 1 ) 反映下列两个问题： ( 1 ) 当去除率一定时，颗粒沉速u i 越大则表面负荷也越高，亦即产 水量越大：或者当产水量和表面积不变时，u i 越大则去除率e 越高。颗粒 沉速u i 的大小与凝聚效果有关，所以生产上一般均重视混凝工艺。 ( 2 ) 颗粒沉速u i 一定时，增加沉淀池表面积可以提高去除率。当沉 淀池容积一定时，池身浅些则表面积大些，去除率可以高些，此即“浅池 理论”，斜板、斜管沉淀池的发展即基于此理论。 以上讨论的是某一种特定的“具有沉速u i 的颗粒”( u i 图2 2平流池结构平面图 1 9 西安建筑科技大学工程硕士论文 p 。一所有沉速小于截留沉速u o 的颗粒重量占原水中全部颗粒重量的 百分率； p 一能够在沉淀池内去除的，沉速小于u o 的所有颗粒重量占全部颗 粒重量的百分率； u 。一理想沉淀池的截留沉速； u 一小于截留沉速的颗粒沉速： d i 一所有沉速小于u i 的颗粒重量占原水中全部颗粒重量的百分率： d p i 一具有沉速u 。的颗粒重量占原水中全部颗粒重量的百分率。 2 1 2 实践中影响沉淀效果的因素 由于实践中各种沉淀池池体结构及外部各种因素与“理想沉淀池”存 在着偏离，通过分析各种主要因素的偏离，可以进一步探究沉淀理论，分 析沉淀理论的发展及应用。 主要影响因素包括： ( 1 ) 沉淀池实际水流状况对沉淀效果的影响 在理想沉淀池中，假定水流稳定，流速均匀分布。其理论停留时间t o 等于沉淀池容积和沉淀池设计流量之比。但是在实际沉淀池中，停留时间 总是偏离理想沉淀池，表现在一部分水流通过沉淀区的时问小于t o ，而另 一部分水流则大于t o ，这种现象称为短流，它是由于水流的流速和流程不 同而产生的。 而异重流则是进入较静而具有密度差异的水体的一股水流。异重流重 于池内水体者，将下沉并以较高的流速沿着底部绕道前进；异重流轻于水 体者，将沿水面径流至出水口。密度的差别可能由于水温、所含盐分或悬 浮固体量的不同所造成。若池内水平流速相当高，异重流将和池中水流汇 合，影响流态甚微。这样的沉淀具有稳定的流态。若异重流在整个池内保 持着，则具有不稳定的流态。 水流的紊动性用雷诺数r e 判别，水流稳定性以弗劳德数f r 判别。在 沉淀池中，增大水平流速，一方面提高了r e 数而不利于沉淀，但另一方 面却提高了f r 数而加强了水的稳定性，从而提高沉淀效果。水平流速可以 在很宽的范围里选用而不致对沉淀效果有明显的影响。 ( 2 ) 凝聚作用的影响 2 0 西安建筑科技大学工程硕士论文 原水通过絮凝池后，悬浮杂质的絮凝过程仍继续进行。由于池内水流 流速分布的不均匀，水流中存在的速度梯度将引起颗粒相互碰撞而促进絮 凝。此外，水中絮凝颗粒的大小也是不均匀的，它们将具有不同的沉速， 沉速大的颗粒在沉淀过程中能追上沉速小的颗粒而引起絮凝。水在池内的 沉淀时间越长，由速度梯度引起的絮凝便进行愈完善，所以沉淀时间对沉 淀效果是有影响的；池中的水深愈大，因颗粒沉速不同而引起的絮凝也进 行的愈完善，所以沉淀池的水深对混凝效果也是有一定影响的。 2 1 3 沉淀理论的发展 通过对沉淀基本理论及影响因素的分析，国内、外水处理公司沉淀理 论的发展都着重于在一定的试验研究基础上主张某种因素起主要作用，沉 淀理论的发展据此有以下方向： ( 1 ) 对旋流式水流状态的控制及细化 重力旋流沉淀池按其构造的不同，可以布置成四种形式。可分为：上旋 式旋流、下旋式旋流沉淀池、外旋式旋流沉淀池、带斜管除油旋流沉淀池。 至于上旋式旋流沉淀池，由于进水管埋设太深，容易堵塞，施工困难，检修清 理不便，因次很少采用。 重力式旋流沉淀池清渣方便、当控制沉淀率为9 5 左右时，出水悬浮物 含量1 0 0 8 0m g l ，含油2 0 一3 0m g l 出水可直接进过滤器，与铁皮坑，二 次平流池，过滤器三级处理流程相比，具有投资省、占地少、操作管理方便 简单等优点。 ( 3 ) 絮凝和沉淀相结合的理论 絮凝和沉淀处理的目的在于：使水中脱稳杂质通过碰撞结合成相当大 的絮凝体，然后在沉淀池内下沉。则将两个过程综合于一个构筑物中完成。 平流沉淀池作为一种老池型，对于分离水中的油泥的效果还是比较好可 以通过安装在平流池顶部的刮油刮渣机来实现油水泥三者的分离 包钢薄板坯连铸连轧浊环水处理工程沉淀工艺采用两种池型相 结合的处理工艺，效果非常好 2 2 包钢薄板坯连铸连轧浊环水沉淀池形式及工作 原理 包钢薄板坯连铸连轧浊环水设计处理水量8 7 7 0 m 3 h ，设计旋流式 2 1 西安建筑科技大学工程硕士论文 沉淀池一座，圆形结构，设计参数如下： 中心配水井直径：巾2 0 o m 共一座 配水井总高：9 o m 池周边高度：5 o m 池底坡度：i = o 0 5 撇油机机功率：3 o k w 刮泥机功率：1 5 o k w 设计进水主要指标：s s 1 5 6 4 0 m g l 油1 0 m g l 设计出水主要指标：s s 3 3 o o m g l油7 - 8 m g l 工作原理：连铸连轧( 含氧化铁皮) 废水以重力流沿切线方向流入中心， 水流旋流下降，然后从中心下部流出，沿外环沉淀区稳流上升，除大块铁皮进 入中心后立即下沉外，较小颗粒的氧化铁皮虽经旋流而起到加速沉淀的作 用，但主要靠外环沉淀区。沉淀心配水筒上部进入沉淀池。在旋流井入口投 加絮凝剂，通过水沿旋流井的底