（环境工程专业论文）鞍山钢铁公司线材厂高线热轧循环水处理的研究.pdf

ad i s s e r t a t i o ni nw a t e rq u a l i t yc o n t r o la n dt h e o r y t h e s t u d y o f c i r c u l a t o r yw a t e r t r e a t m e n ti n w i r er o dm i l lo fa n s t e e l w i r er oi l l0 i b yx uj i n g s u p e r v i s o r ：p r o f e s s o rh u x i a o m i n n o r t h e a s t e r nu n i v e r s i t y d e c e mb e r2 0 0 8 独创性声明 本人声明，所呈交的学位论文是在导师的指导下完成的。论文中取得 的研究成果除加以标注和致谢的地方外，不包含其他人己经发表或撰写过 的研究成果，也不包括本人为获得其他学位而使用过的材料。与我一同工 作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中作了明确的说明并表示谢 = 巴 恧。 学位论文作者签名：告品 日期：加dc tf 、多 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者和指导教师完全了解东北大学有关保留、使用学位论 文的规定：即学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和 磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人同意东北大学可以将学位论文的全部 或部分内容编入有关数据库进行检索、交流。 作者和导师同意网上交流的时间为作者获得学位后： 半年口一年口一年半圈两年口 学位论文作者签名：喑晶 签字日期：伽d 3 1 ； 7 易、二 ；弋 。 乞彳-7 砌渺 名期签日币师字 导签 ， 东北大学硕士学位论文 摘要 摘要 轧钢废水是一种常见的工业废水，其污染物主要是在对钢材表面进行喷淋 冷却过程中带入系统中的氧化铁皮以及各润滑点的漏油、渗油所造成的油类污 染物。热轧浊环水是轧钢废水的一种，具有出水水量大，水质不稳定，水中悬 浮物、油含量、水温及p h 值等常出现动态变化等特点。鞍山钢铁公司线材厂 热轧废水经处理后出水水质达不到生产工艺要求，导致轧辊断裂，辊耗增加， 直接影响轧机的使用寿命及轧件的质量，造成成本消耗增加，因此研究合理有 效的热轧废水的处理方法对指导鞍山钢铁公司线材厂的生产具有十分重要的意 义。 本论文首先分析了现场各工艺单元对污染物的去除效果以及出水水质达不 到热轧生产工艺要求的原因，然后以现场水样为研究对象，通过混凝试验，确 定适合于线材厂的混凝药剂和投加浓度；通过过滤试验及对过滤器的技术改造， 达到出水水质达标的目的；通过冷却试验，最终确定适用于线材厂热轧废水的 填料型式。本研究结果效果良好，达到了预期目标，为解决鞍山钢铁公司线材 厂污水处理并回用问题奠定了基础，同时对于轧钢循环冷却水的回用处理及工 程应用实践具有借鉴和指导意义。 关键词：高线热轧循环水混凝过滤冷却 ， i 东北大学硕士学位论文摘要 a bs t r a c t r o l l i n gw a s t ew a t e ri sac o m m o nk i n do fi n d u s t r i a lw a s t ew a t e r t h em a i n l y c o n t a m i n a t i o na r es c a l eo fs p r a yo nt h es u r f a c eo fb i l l e t ，l e a pa n ds e e ko fl u b r i c a t i o n s y s t e m t h eh o tr o l l i n gd i r e c tw a t e ri sak i n ko fr o l l i n gw a s t e rw a t e r , w h i c hh a st h e u n s t e a d yc h a r a c t e ra b o u tq u a n t i t y , q u a l i t y , s s ( t o t a ls u s p e n d e ds o l i d ) ，o 订c o n t e n t ， t e m p e r a t u r ea n dp hv a l u e t h er o l l i n gw a s t e rw a t e ro ft h ew i r er o dm i l lo f a n s t e e lc o u l dn o ts e t t l ef o rt h ed e m a n do fr o l l i n gp r o c e s s t h er o l lw a sb r o k e n a n da d d e dt or o l lw a s t ew h i c hl c a dt oc o s tw a s t e t h a th a sd i r e c t e dt ot h eu s e f u l l i f c p e r i o do ft h em i l la n dt h eq u a l i t yo ft h ep r o d u c t i o n t h e r e f o r et h er e s e a r c ho f r e a s o n a b l ei m i t a t ep r o c e s s i n gm e t h o da b o u th o tr o l l i n gw a s t ew a t e rh a sc o m p l e t e l y v i t a lm e a n i n gt od i r e c tt h em a n u f a c t u r eo ft h ew i r er o dm i l lo f a n s t e e l i nt h ef i r s tp l a c e ，t h ep a p e rb a s e so na n a l y z i n gt h ee f r e c to fe l i m i n a t i n g c o n t a m i n a t i o nt h o u g hp r o c e s su n i t sa n dw a t e rq u a l i t yn o tm e e t i n gt h ew i r er o d p r o c e s sd e m a n d ，s t u d yt h e w a t e rs a m p l e ，a saw a yo fc o a g u l a t i o nt e s t ，t h e c o a g u l a t i o nm e d i c i n ea n dv i s c o s i t yh a v eb e e nd e t e r m i n e dt ob ef i tf o rt h ew i r e r o dm i l lo f a n s t e e l t h r o u g ht h ef i l t e rt e s ta n dt h et e c h n o l o g yc h a n g ea b o u t f i l t e rp o t t h ew a t e rq u a l i t yo f e 御u e n th a sb e e nm a v e nt oa c h i e v eo b j e c t i v e t h r o u g h c o o l i n gt e s t t h ef o r mo ff i l l i n gh a sb e e nd e t e r m i n e dt ob et h es a n l ew i t ht h ew i r e r o dm i l lo fa n s t e e la tl a s t t h i sr e s u l to fr e s e a r c hi sv e r ye f f e c t i v e i th a s r e a c h e dt h ee x p e c t e do b j e c t i v e t h i sr e s e a r c hi si n s t r u c t i o n a la n dr e f e r e n c e dt o r o l l i n gr e c y c l i n gw a t e rc l e a n i n ga n de n g i n e e r i n g ，w h i c hl a yt h ef o u n d a t i o no fw a s t e w a t e rc l e a n i n ga n dr e c y c l i n gi nt h ew i r er o dm i l lo fa n s t e e l a tt h es a m e t i m et h er e s u l th a sa nu s ea sas o u r c eo fr e f e r e n c ea n dd i r e c t e dm e a n i n gf o rt h e r e c y c l i n gt r e a t m e n to ft h es t e e lr o l l i n gc o o l i n gw a t e r k e y w o r d s ： r o dm i l lr e c i r c u l a t e dw a t e ro fh o tr o l l i n g c o a g u l a t i o n f i l t r a t i o n c o o l i n g i i i ， 东北大学硕士学位论文目录 目录 独创性声明i 摘要i i a b s t r a c t i i i 第一章引言1弟一早ji 石。l 1 1 概述1 1 1 1 轧钢废水的来源及分类2 1 1 2 轧钢废水主要污染物2 1 1 3 轧钢废水的特点和危害3 1 2 国内外热轧浊环水处理概况5 1 2 1 国外热轧浊环水处理技术及工艺概况”5 1 2 2 国内热轧浊环水处理技术及工艺概况6 1 2 3 热轧浊坏水存在问题l l 1 2 4 混凝技术1 1 1 2 5 过滤技术17 1 3 鞍钢线材厂水系统现状2 l 1 3 1 水系统构成一2 1 1 3 2 现场污水处理工艺及设施“2 2 1 3 3 现场污水处理效果分析2 3 1 4 课题来源及研究对象2 3 1 4 1 课题来源“2 3 1 4 2 研究对象2 4 1 5 研究内容2 4 第二章水样采集及检验方法2 5 2 1 试验原水样的采集2 5 2 2 检验方法2 5 2 2 1 水中悬浮物化验所需材料和方法2 5 2 2 2 水中油脂检验所需材料和仪器州小2 5 i v 东北大学硕士学位论文 目录 2 3 水质检测2 7 2 3 1 鞍钢线材厂漩流井出口水质检测一2 7 2 3 2 鞍钢线材厂过滤罐入口水质检测2 9 2 3 3 鞍钢线材厂过滤罐出口水质检测3 0 2 4 小结”3 2 第三章药剂试验内容3 3 3 1 浊环水加药方案3 3 3 1 1 实验操作步骤3 3 3 1 2 试验方法“3 4 3 1 3 试验过程“3 4 3 1 4 投加方案一3 6 3 2 净环水处理技术方案3 7 3 2 1 试验用药剂3 7 3 2 2 阻垢性能试验及结果”3 7 3 2 3 缓蚀性能试验及结果_ 3 7 3 2 4 试验结果3 8 第四章过滤试验及最终工艺确定3 9 4 1 滤料的种类及性能指标3 9 4 1 1 石英砂滤料。3 9 4 1 2 锰砂滤料3 9 4 1 3 果壳滤料4 0 4 1 4 泡沫颗粒滤珠4 0 4 1 5 石榴石滤料4 0 4 1 6 卵石承托层滤料4 l 4 2 纤维滤料4 l 4 3 鞍钢线材厂过滤器的研究4 2 4 3 1 鞍钢线材厂过滤器现有的结构形式“4 2 4 3 2 鞍钢线材厂过滤器的研究4 2 4 3 3 过滤器改造后效果“4 5 第五章冷却方式及材料的选择4 9 v 东北大学硕士学位论文 目录 5 1 冷却方式的选择4 9 5 2 冷却材料的种类4 9 5 2 1 斜折波填料4 9 5 2 2 双斜波填料5 0 5 2 3 台阶波填料51 5 2 4 冷却塔s 波填料5 2 5 2 5 折波填料参数5 3 5 2 6 折波填料的特点一5 3 5 2 7 小结5 4 第六章结论5 5 参考文献5 7 致谢6 1 v i - ， 东北大学硕士学位论文 引言 1 1 概述 第一章引言弟一早ji 苗 7 0 年代以来，国内钢铁企业相继引进轧钢工程，钢铁工业生产过程包括采选、 烧结、炼铁、轧钢等生产工艺。细锭或钢坯通过轧制成板、管、型、线等钢材。 轧钢分热轧和冷轧两类。热轧一般是将钢锭或钢坯在均热炉里加热至 l15 0 1 2 5 0 后轧制成材：冷轧通常是指不经加热，在常温下轧制。生产各种热 轧、冷轧产品过程中需要大量水冷却、冲洗钢材和设备，从而也产生废水和废液。 钢铁工业用水量很大，每炼i t 钢，约用2 0 0 2 5 0 m 3 水。钢铁工业用水量约为全国 工业用水量的2 0 ，废水排放量占全国废水排放量的1 2 【l l 。轧钢厂所产生的废 水的水量和水质与轧机种类、工艺方式、生产能力及操作水平等因素有关【2 】。日 前，国内设计并投产运行的连铸、热轧浊环水处理工艺流程，根据用户对给排水 条件要求的不同，有多种相应的处理方法，基本上能满足生产正常运行。但是， 要想保证铸坯、轧件的表面质量和内部质量，其直接冷却水水质必须提高。否则， 水中的悬浮物、油类过高，不仅对系统自身的稳定不利，还可能会堵寨喷嘴，使 喷水冷却不均匀，进而导致钢坯、轧件表面质量降低，内部质量不均。当前，热 轧工艺对浊环水水质标准己逐步提高，迫切需要对浊环水处理流程进行改造，为 了满足要求，各冶金企业相继投入资金来研究、探寻热轧浊环水处理新工艺。 热轧厂的给排水，包括净环水和浊环水两个系统。净环水主要用于空气冷 却器、油冷却器的间接冷却，与一般循环水系统一样，间接冷却水在使用过程 中仅受热污染，经冷却后即可回用1 2 1 。浊环水是直接冷却轧辊、轧辊轴承设备 及轧件时产生的废水，其含有大量的氧化铁皮和油类物质，具有水质不稳定、 色度高、使用后温度上升高等特点。直接冷却水因与产品物料等直接接触，含 有污染物质，需经处理后方可回用或串级使用【3 】。线材厂高线设备除了日常维 护需要润滑油外，在粗轧、中轧、轧辊、轴承四道工序上还要不断用油直接对 轧机、轧辊、轴承进行冷却，用油量大【4 】。其中大部分润滑油循环使用，相当 一部分油类物质随冷却水进入浊环水系统中。由于热轧废水的以上特点，处理 时主要采用沉淀、机械除油、过滤、冷却等物理化学方法，处理后的废水一般 东北大学硕士学位论文引言 均能循环利用。 结合水处理科技特点的需要，创设几门水处理的技术基础学科，是促进2 l 世纪水处理创新能力的最根本因素。试列出几门学科并略加说明1 ) 水处理过程 水力学：特别注重在池子、容器一类的约束条件下的水流结构及其形成的混合 状态；2 ) 水处理过程动力学：包括物理的、化学的和生物过程的；3 ) 水处理过 程热力学：主要是化学热力学和生物化学热力学；4 ) 水处理过程微生物学：要 包括微生物群体生态学和应用生物技术；5 ) 水处理界面物理化学；6 ) 水处理反 应器理论；7 ) 水处理过程的模拟、模型理论及实验技术；8 ) 水处理过程的应用 数学方法【引。 1 1 1 轧钢废水的来源及分类 在钢铁生产过程中排出的废水主要来源于生产工艺过程用水、设备与产品冷 却水、设备和场地清洗水等。其中7 0 的废水来源于冷却用水，生产工艺过程排 出的只占其中一小部分【6 】。轧钢废水中含有随水流失的生产用原料、中间产物和 产品以及生产过程中产生的污染物等。 按所含的主要污染物性质，钢铁工业废水通常可以分为含有机污染物为主的 有机废水和含无机污染物( 主要为悬浮物) 为主的无机废水以及仅受热污染的冷 却水，例如焦化厂的含酚氰污水是有机废水，炼钢厂的转炉烟气除尘污水是无机 废水：按所含污染物的主要成分分为：含酚氰污水、含油废水、含铬废水、酸性 废水、碱性废水和含氟废水等；按生产和加工对象分类有：烧结厂废水、焦化厂 废水、炼钢厂废水、轧钢厂废水等【6 1 。 1 1 2 轧钢废水主要污染物 轧钢过程包括热轧和冷轧两种工艺，他们所产生的污水水质有很大的不同： 其中冷轧废水污染物种类繁多，成份复杂，而且水量、成分变化较大。主要包括 三种污水：含油及乳化液污水、酸碱污水、含铬污水。热轧废水是直接冷却轧辊、 轧辊轴承设备及轧件时产生的废水，水量大、使用后水温高，主要含有大量的悬 浮物( 氧化铁皮) 和油类物质【7 】o ( 1 ) 悬浮物 2 一 东北大学硕士学位论文 引言 钢铁企业热轧浊环水中悬浮物的主要成分为粗、细颗粒氧化铁皮、泥砂等杂 质。一般国内钢铁企业出水悬浮物浓度为4 0 0 m g 1 1 5 0 0 m g l ，因不同的生产工艺 而不同。 轧钢废水中最主要的悬浮物为氧化铁皮，即为f e 2 0 3 、f e 3 0 4 、f e o 的混合物。 钢件表层占厚度2 左右为f e 2 0 3 ，中间层占厚度约1 8 为f e 3 0 4 ，内层占厚度8 0 为f e o ，具体含量与原料成份、加热温度、时间、轧制工艺、冷却方式等因素有关。 氧化铁皮是具有铁磁性的物质，在外加磁场的作用下被磁化，离开外加磁场后还 有较强的剩余磁感应强度。氧化铁皮的颗粒大到几厘米，d , n 仅仅几微米，水中 含量约几百到几千m g l 。氧化铁皮首先用格栅拦截，粗颗粒可用旋流沉淀池或 斜板沉淀池沉降并用抓斗或渣泵排出，微粒子可采用双层滤料的过滤器截留，更 细小的粒子可采用微孔压滤机或滤前加混凝剂的方法加以去除。 ( 2 ) 油类 轧钢废水中所含的油类物质主要为润滑油脂，含油量一般在2 0 - 5 0 m g l ，最 多的含量达数百m g l 。废水中的油类绝大多数是生产工艺设备润滑系统的持续 漏油，另外还有设备润滑系统的跑、冒、滴、漏等。 含油废水分为三类：第一类是以含重油为主体的废水，油在水中以w o 型存 在；第二类是以含润滑油为主体的废水，油在水中以o w 型存在；第三类是以乳 化油为主体的废水，油在水中以o w 型存在。连铸、热轧所产生的废水多属于第 二类【。 一般油品在水中成五种不均匀状态分布：悬浮油、分散油、乳化油、溶解油、 油固体物。热轧浊环水中主要含浮油，约占浊环水中总含油量的6 0 8 0 。乳 化油含量虽然比浮油少，但较难去除，约占浊环水中总含油量的2 0 4 0 。 1 1 3 轧钢废水的特点和危害 在轧钢生产中，由于热轧和冷轧的生产工艺不同，由此对给排水的要求不同， 产生的污水性质也有很大的不同。 对于热轧厂，其污水主要来源于热轧生产中的直接冷却水( 又称浊环水) ，是 直接冷却轧辊、轧辊轴承等设备及轧件时产生的，其特点是高含量的氧化铁皮和 油类物质，较高的水量，使用后的高温度，其中主要的污染物也是不同粒度的氧 3 东北大学硕士学位论文 引言 化铁皮和各种油类物质。同时由于生产过程温度过高，冷却水的温度也较高，给 环境造成一定的热污染。 由于热轧废水的以上特点，处理时主要采用沉淀、机械除油、过滤、冷却等 物理方法，处理后的废水一般均能循环利用： 热轧浊环水水质变化大，特别是其中的油份与细铁皮、泥砂等杂质“粘合”而 形成具有较大粘性的“油泥”。油泥很容易粘附在管道、用水设备和水处理设备上， 使得管道结垢腐蚀、水井积泥、设备堵塞、磨损破坏现象严重，极大程度地干扰 了生产的正常进行。处理后水质如果不能达到回用水的水质标准，将会影响轧件 质量和轧机的使用寿命，甚至影响产品质量，会给钢厂带来巨大经济损失。浊水 系统采用了封闭式设计，该系统浊水主要用于直接冷却轧机、轧辊、轴承等，其 特点是水中含有大量的氧化铁皮、油和悬浮物，水量大，水温较高，系统采用旋 流井沉降、机械除油、过滤、冷却等物理方法处理，处理后的水循环使用，循环 率达9 5 以上。氧化铁皮可在旋流井分离后回收，而大量的润滑油类、悬浮物在 平流池中分离，少量的油和悬浮物通过过滤器净化，净化后的水经冷却后回高线 车间循环使用i 圳。 热轧产品经过酸洗才能作为冷轧生产的原料，冷轧过程中需要用乳化液或棕 搁油作润滑、冷却剂，因此冷轧生产过程中将产生废酸、酸性废水及含油、含乳 化油液的废水。冷轧带钢在松卷退火及表面处理时，将产生碱性含油废水，在表 面处理过程中还将产生含酸、碱、油及含铬类废水f l 们。与浊环水相比，冷轧废水 在处理后虽能达到排放要求，由于技术和经济上的原因，一般只考虑直接排放， 很少循环利用。冷轧废水对环境的污染主要是化学污染，主要污染物是酸、碱、 乳化液及有毒金属。 冷轧污水的种类多，包括废酸、废碱废水、含油及乳化液废水。根据机组组 成不同，有时还有含铬废水及含氰酸盐废水。污水成分复杂，除含有酸、碱、油、 乳化液和少量机械杂质外，还含有大量的金属盐类，其中主要是铁盐。此外还有 少量的重金属离子和有机成分，废水变化大。由于冷轧厂各机组产量、生产能力 和作业率不同，使集中处理的冷轧废水量及废水成分波动很大。 4 一 东北大学硕士学位论文 引言 1 2 国内外热轧浊环水处理概况 热轧浊环水治理主要解决两方面的问题：一方面是通过多级净化和冷却，提高 循环水的水质，以满足生产上对水质的要求，同时减少排污和新水补充量，使水 的循环利用率得到提高。另一方面是回收已经从污水中分离的氧化铁皮和油类， 以减少其对环境的污染。处理含细颗粒氧化铁皮废水，国内设计的热连轧工程， 多采用混凝沉淀的治理方式【1 1 1 。 ( 1 ) 氧化铁皮的去除 主要是采用重力分离法，其中有旋流分离，斜板沉淀、斜管沉淀与平流沉 淀。3 a 类方法只能去除废水中的较粗颗粒的氧化铁皮颗粒，对于粉状以及与油 粘混在一起的微粒，则去除甚微。采用高分子膜过滤法，可以去除这类物质， 但由于膜易被堵塞，再生较困难，且使用寿命短，膜的制造成本较高，废水加 压膜滤的电耗高，故目前尚未普遍应用，仅在美、日等发达国家有少量使用。 ( 2 ) 油的去除 对于热轧浊循环水的处理方法和技术，国内外研究机构一直在不懈的进行 深入的研究与探讨。其目标是既要去除水中溶解的大量油类，同时兼顾去除水 中溶解的有机物( b o d ) 、悬浮物、酸碱、硫化物和氨氮等。其处理手段大体为 以物理方法分离，以化学方法去除，以生物法降解。在2 0 世纪7 0 年代，各国 广泛采用气浮法去除水中悬浮态乳化油，同时结合生物法降解c o d 。日本学者 研究出用电絮凝剂处理含油废水、用超声波分离乳化液，用亲油材料吸附油【1 2 】。 1 2 1 国外热轧浊环水处理技术及工艺概况 目前国外处理浊环水的技术较完整的工艺大体由一、二次铁皮沉淀池，过 滤器、冷却塔等主要构筑物组成，同时还设有污泥浓缩、脱水、废油治理和化 学药剂系统。二次铁皮沉淀浓缩采用自然沉淀或混凝沉淀两种方式，浊环水过 滤都采用压力过滤器，分单层和双层滤料两种，一般滤速为1 5 m h 左右，双层 滤料最高滤速可达4 0 m h 左右【13 1 。过滤器的反洗程序以压差、时间或累积流量 控制，反洗过程由可编程序控制器自动操作，并且改单一的水反洗为气、水混 合反洗。 5 东北大学硕士学位论文引言 1 2 2 国内热轧浊环水处理技术及工艺概况 过去国内热轧废水治理的重点放在分离氧化铁方面，主要采用一次铁皮坑和 二次铁皮沉淀池的处理方式【9 】。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，氧化铁皮沉降效果差，水中仍含有大量氧化铁皮，使一次铁皮坑 提升泵的磨损严重。二次铁皮沉淀池则常因清渣设备效率低、无除油设施，导致 水质变差，影响循环倍率的提高。 5 0 年代中期，根据西德多特蒙德厂的经验，国内开始研究重力式水力旋流沉 淀池【l 们。由于这种沉淀池的清渣比较方便，适于安装除油设施，处理后的水质一 d 般可接近二次铁皮沉淀池的标准。与一、二次铁皮沉淀池的处理方式比，一次投 资可节省4 0 左右。此外，水力旋流沉淀池还适合于沉井施工，所以发展很快。 当时的池型是上旋型水力旋流沉淀池【1 4 】。 7 0 年代中期，从西德引进的连铸项目中，采用了下旋型水力旋流沉淀池，在 结构、性能上又有所改进，此后国内也开始大量采用。目前，这两种型式的水力 旋流沉淀池在国内已不下几十座，并且具有多种多样的结构型式【i 引。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废水，如电除 尘器清洗废水时，都采用了混凝沉淀的方式。国内设计的热连轧工程，通过试验， 也采用了混凝沉淀的治理方式。 引进的热连轧废水治理设施，在旋流沉淀池、二次铁皮沉淀池、污泥浓缩池 等部位均设置了除油设施，其主要型式是结合清泥设备，用带式或软管式除油机 将汇集的浮油吸附分离后，集中进行治理【l 们。为了提高循环水水质，热轧废水经 沉淀处理后，往往再用单层或双层滤料的压差过滤器进行最终净化，处理情况最 佳时，出水悬浮物低于l o m g l ，含油量不超过5 m g l 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 。目前，热轧浊环水处理工艺中还存在一些 问题。平流沉淀池由于池中水位不稳定，造成除油除浊效果不理想，而且水中的 7 乳化油难以去除，这些油份与细铁皮、泥砂等杂质“粘合”而形成具有较大粘性的 “油泥”，粘附在过滤器填料上，会使高速过滤器内的滤料堵塞、板结，使过滤设 备不能正常运转，从而导致循环水质恶化，致使冷却水系统处于恶性循环中，给 循环水带来了很大危害，严重影响生产正常运行f 1 7 l 。通常在此情况下，企业选择 更换滤料来解决此问题，在生产控制好，漏油少，水中油和悬浮物含量低的情况 6 一 东北大学硕士学位论文 引言 下，一般来说运行一年更换一次滤料，有的企业甚至一年更换2 次。而更换滤料 存在着难度大、环境差、成本高等缺点。 国内热轧厂的浊环水处理流程主要由铁皮坑、除油池、旋流沉淀池、二沉池、 重力或压力过滤器及冷却塔等构筑物搭配组合而成，因生产工艺的要求和治理深 度的不同有不同的组合，但总的都要保证循环使用条件。常用的轧钢浊环水系统 大致有以下少七种工型1 7 1 。 1 2 2 1 国内热轧浊环水处理技术及工艺 ( 1 ) 一次沉淀工艺 其工艺流程见图1 1 ，仅仅用一个旋流沉淀池来完成净化水质，即可去除氧化 铁皮又有除油效果，国内还是比较常见的流程。废水在沉淀池中的停留时间为 6 1 0 m i n ，设计负荷一般采用2 5 3 0 m 3 m 2 h 。与平流沉淀池相比，占地面积小， 运行管理方便。 图1 1 一次沉淀系统工艺图 f i g 1 it h et e c h n i c ss y s t e md i a g r a ma b o u tt h ef i r s tp r e c i p i t a t e d ( 2 ) - 次沉淀工艺 其工艺流程见图1 2 ，根据生产上对水温的要求，可设冷却塔，以保证对用 水水温的要求。 图1 2 二次沉淀工艺流程图 f i g 1 2t h e t e c h n i c ss y s t e md i a g r a ma b o u tt h en e x tp r e c i p i t a t e d ( 3 ) 沉淀一混凝沉淀一冷却工艺 其工艺流程见图1 3 ，用加药混凝沉淀，进一步净化水质，使循环水悬浮物 含量可小于5 0 m g l 。 - 7 东北大学硕士学位论文 引言 图1 3混凝沉淀冷却工艺流程图 f i g 1 3t h et e c h n i c ss y s t e md i a g r a ma b o u tc o a g u l a t i n gs e d i m e n t a t i o nc o o l i n g ( 4 ) 混凝沉淀过滤冷却工艺 为提高循环水质，热轧废水经混凝沉淀处理后再用单层和双层滤料的压力过 滤器进行净化，即传统常用的是三段式处理流程，使出水悬浮物浓度达1 0 m g l ， 油含量达5 9 m g l 。前西德霍什钢铁厂1 7 0 0 m m 热轧采用该工艺，前西德曼内斯曼 迪马克公司提供的小型连铸也采用该工艺。其工艺流程见图1 4 图1 4 混凝沉淀、过滤冷却工艺图 f i g 1 4t h et e c h n i c ss y s t e md i a g r a m a b o u tc o a g u l a t i n gs e d i m e n t a t i o nf i l t e r i n gc o o l i n g ( 5 ) 沉淀一除油一过滤工艺 。 为了解决水中油含量过高的问题，并且进一步的去除其中的悬浮物，沉淀一 除油一过滤工艺逐渐盛行，并且取得了良好的效果。其工艺流程见图1 5 。 图1 5 沉淀除油过滤工艺流程图 f i g 1 5t h et e c h n i c ss y s t e md i a g r a ma b o u tp r e c i p i t a t e t or e m o v eo i l - f i l t e r - 8 - ， 一 东北大学硕士学位论文 引言 另外还出现了以1 4 和1 5 所述的工艺流程为基础的的多种变体以及许多新兴 的工艺都有较好的处理效果。 ( 6 ) 浮油回收电磁凝聚斜板沉淀工艺 这种工艺采用轧钢废水同生活污水、雨水分流的单独排水网管。将所有的轧 钢废水汇集到处理单元集中处理。废水首先由排水管网汇入一沉池和隔油池，经 过除油设施除油，再由泵提升送至电磁凝聚器磁化处理然后流入斜板沉淀器，上 清液流入蓄水池循环使用。一次铁皮坑和斜板沉淀池的氧化铁皮可送烧结厂参加 配料，回收的废油也可以重新利用。其工艺流程见图1 6 图1 6 浮油回收- 电磁凝聚一斜板沉淀工艺流程图 f i g 1 6t h e t e c h n i c ss y s t e md i a g r a ma b o u tr e c y c l i n go ff l o a t i n go i l - e l e c t r o m a g n e t i c c o h e s i o n s l a n t i n gb o a dp r e c i p i t a t e 进水悬浮物含量最高时为2 0 0 m g l ，油含量最高为1 5m g l 。采用浮油回收一 电磁凝聚一斜板沉淀的方法对热轧浊还水进行集中处理，闭路循环使用。经处理 后悬浮物含量小于5 0 m g l ，油含量低于5 m g l 。废水循环再利用使每年减少外排 废水1 1 0 2 m m 3 ，节约排放费约8 0 多万元，节约了水资源，减少了对环境的污染。 ( 7 ) 稀土磁盘工艺 稀土磁盘分离净化废水设备是由稀土永磁材料做成的磁盘一片片串装而成， 磁盘间为流水通道，通过对磁盘上磁极的布置，使磁盘问形成强磁场。当水流经 磁盘问的流道时，水中所含的磁性悬浮颗粒，受到磁场的吸引力f m 的作用，同 时也受到重力f g 和水流阻力f c 的作用，当f m 大于( f g + f c ) 在磁力方向上的分量 9 - 东北大学硕士学位论文 引言 时，颗粒向磁源方向移动，从流体中分离出来，吸附到磁盘上。磁盘以 o 1 2 5 r m i n 一5 r m i n 的转速运转，让悬浮物脱去大部分水份，运转到刮渣条时，形 成隔磁卸渣带，由刮渣轮刮入螺旋输送机，渣被输入渣池。被刮去渣的磁盘又重 新转入水中，就形成了周而复始的稀土磁盘分离净化废水过程。其工艺流程见图 1 7 。 。 执 水 泵 图l j 7 稀土磁盘的工艺流程图 f i g 1 7t h e t e c h n i c ss y s t e md i a g r a ma b o u tr a r e e a r t hd i s k 该工艺是采用物理方法除污染物，不添加任何化学药剂，不改变污水、污泥 性质，不增加污泥量，可有效地避免化学试剂造成的二次污染。与传统方法相比， 省去了一次沉淀、二次沉淀以及过滤器等，工艺流程短，节省投资，占地面积仅 为普通方法的三分之一。水处理中先除去大部分悬浮物，对循环泵的磨损减轻， 运行稳定可靠，操作维护方便，耗电也较少。 。 邯钢型棒材厂采用稀土磁盘工艺进口悬浮物平均含量为1 2 4 9 m g l ，出口平 均含量为3 0 0 m g l ，去除率为7 6 o 。 ( 8 ) 混凝气浮工艺 一 有关试验表明，当絮凝槽的进水含油2 5 5 m g l ，悬浮物的平均浓度为 1 8 3 3 m g l 时，经混凝气浮处理后，水中油的浓度平均为2 1 3 m g l ，悬浮物平均 浓度为7 9 5 m g l 。油的去除率为9 3 ，悬浮物的去除率为9 6 。 曹福等对混凝气浮工艺处理轧钢废水进行了系统的研究，采用聚合氯化铝铁 ( p a f c ) 作为絮凝剂，以冷轧车间的工业废水作为原水，用加压气浮装置进行了絮 凝研究，p a f c 为1 0 9 l 的最佳控制条件下，去除率达9 8 以上。不但投药量少、 成本低、处理时间短、去除效果显著，而且对原水p h 值、污染物质负荷具有较 强的耐冲击能力。这对实际工程可以减少基建投资，节约能耗及运行费用，具有 1 0 东北大学硕士学位论文 引言 重要的意义【19 1 。 1 2 2 2 国内热轧浊环水沉泥处理 沉淀于一次铁皮坑和旋流沉淀池的氧化铁皮颗粒较大，一般用抓斗取出后， 通过自然脱水就可进一步回收利用。从二次沉淀池和过滤器分离的细颗粒氧化铁 皮，采取絮凝浓缩后，经真空滤机或卧螺式离心机脱水、滤饼脱油后回用。 1 2 2 3 国内热轧浊环水含油废水废渣处理 含油废水用管道或槽车排入含油废水调节槽，静止分离出浮油和污泥。浮油 排入浮油槽，待废油再生利用。去除浮油和污泥的含油废水经过混凝沉淀和加压 浮上，水质得到净化，重复利用或外排。上浮的油渣排入浮渣槽，脱水后成含油 泥饼。 1 2 3 热轧浊环水存在问题 目前，对热轧车间浊环水的处理研究较多，主要技术问题是：固液分离、油水 分离和沉渣的处理。目前，国内热轧浊环水基本上都实现了循环利用，具有显著 的经济效益和环境效益。但还存在如下几个问题【2 0 】： ( 1 ) 处理效率低，处理系统占地面积大，处理工艺有待进一步完善。热轧废水 受生产情况制约，水量波动较大，当水量大时，浊环水流速加快，大量悬浮物将 无法沉淀而重复进入水处理系统，造成出水水质不稳定。 ( 2 ) 废水处理系统的水量、水质测控装备及自动加药设备薄弱【2 1 1 ，对于系统的 运行和外排情况难以实现自动监控，有待大力改进。 ( 3 ) 以化学法为主处理热轧废水时，水质受加药量影响较大。如：加药量少时， 出水水质明显下降；加药量偏大时，形成的絮体大而松散，比重轻，不易沉降， 影响出水水质【2 2 】。 ( 4 ) 对于热轧含油废水，国内常用的隔油、气浮等工艺，一般难以满足含油量 小于5 m g l 的循环冷却水水质要求。 ( 5 ) 泥饼含水率较高，污泥脱水技术有待继续完善，以有利于综合利用。 1 2 4 混凝技术 混凝的主要对象是废水中的细小悬浮颗粒和胶体颗粒，这些颗粒用自然沉降 法很难从水中分离出去。混凝是通过向废水中投加混凝剂，破坏胶体的稳定性， 东北大学硕士学位论文 引言 使细小悬浮颗粒和胶体微粒聚集成较粗大的颗粒而沉降与水分离，废水得到净化 的过程【2 3 2 5 1 。 1 2 4 1 混凝机理 混凝是通过向废水中投加混凝剂，破坏胶体的稳定性，使细小悬浮颗粒和胶 体微粒聚集成较粗大的颗粒而沉降与水分离，废水得到净化的过程。在过去3 0 年间，人们对混凝过滤机理及工艺过程进行了大量的深入研究和认识，对混凝、 过滤理论研究已从定性阐述发展到半定量或定量模型及模式，并建立了各种化学 条件下颗粒的脱稳和传输模式的数学方程，混凝过滤工艺的适用范围，出水水质 及其处理效能方面都得到了很大的扩展和提高2 9 1 。 水体中悬浮、胶态部分有机物和无机物在混凝处理过程中的去除机理是相似 的，混凝机理涉及的因素很多，如水中杂质的成分和浓度、水温、水的p h 值、 碱度以及混凝剂的性质和混凝条件等。归纳起来，混凝主要有以下四个机理。 ( 1 ) 压缩双电层：水中胶体能维持稳定的分散悬浮状态，主要是由于胶粒的 电位。当在水中投加电解质一混凝剂时，由于胶粒表面的总电位不变，当大量离 子涌入吸附层，由于电性中和作用使扩散层完全消失，( 电位为零，此时为等电 点状态，在此状态下，胶粒问静电斥力消失，胶体最容易发生凝结。 ( 2 ) 吸附电中和：胶粒表面对异号离子、异号胶粒、链状离子或分子带异号电 荷的部位等有强烈的吸附作用，由于这种吸附作用中和了电位离子所带电荷，减 少了静电斥力，降低了c = 电位，使胶体的脱稳和凝聚易于发生。此时静电引力常 是这些作用的主要方面。三价铝盐或铁盐混凝剂投量过多，混凝效果反而下降的 现象，可以从本机理解释。因为胶粒吸附了过多的反离子，使原来的电荷变号， 排斥力变大，从而发生了再稳现象。 ( 3 ) 吸附架桥( 桥连) ：主要是指链状高分子聚合物在静电引力、范德华力和氢 键等作用下，通过活性部位与胶粒和细微悬浮物等发生吸附桥连的过程。当三价 铝盐或铁盐及其他高分子混凝剂溶于水后，经水解、缩聚反应形成的高分子聚合 物，具有线性结构。这类高分子物质可被胶粒强烈吸附。聚合物在胶粒表面的吸 附来源于各种物理化学作用，如范德华力、静电引力、氢键、配位键等，哪种作 用为主取决于聚合物同胶粒表面二者化学结构的特点。因这类聚合物分子的线形 长度较大，当它的一端吸附某一胶粒后，另一端又吸附另一胶粒，在相距较远的 两胶粒问进行吸附架桥，使颗粒逐渐变大，也可能同一个胶粒吸附了多个高分子 一l2 东北大学硕士学位论文引言 聚合物，最后，各高分子再互相搭接形成粗大絮凝体，使胶体脱稳。本机理能解 释当废水浊度很低时有些混凝剂效果不好的现象。 ( 4 ) 沉淀物网捕：当采用硫酸铝、石灰或氯化铁等高价金属盐类作混凝剂时， 当投入量足够大时，可以迅速形成金属氧化物( 女i a i ( o h ) 3 、f e ( o h ) 3 ) 或带金属的 碳酸盐( 女h c a c 0 3 ) 沉淀时，水中的胶粒和细微悬浮物可被这些沉淀物在形