冶金企业污泥状况及回收利用研究

冶金企业污泥状况及回收利用研究摘要文章综述了冶金企业各种污泥状况及回收利用研究，分别阐述了含铁尘泥、炼钢污泥、转炉污泥、轧钢污泥、有色冶金污泥的利用工艺、设备及利用技术的开发，最后对整个冶金企业污泥状况作以总结，强调了回收利用研究冶金企业污泥的重要意义。关键词：污泥，污水，利用，污染The Sludge Condition and Recycling Use Research of Metallurgical IndustryWen Xiaoxia (Xian University of Architecture & Technology, Xian ShannXi 710055)AbstractThe article summarized the metallurgical industrys each kind of sludge condition and the recycling use research, elaborated the utilization craft, the equipment and the use technology development of the iron dust putty, the steel-making sludge, the converter sludge, the steel rolling sludge and the colored metallurgy sludge separately, finally made a summarization of the entire metallurgical industrys sludge condition, emphasized the significance of recycling use research of metallurgical industrys sludge.Key Words: sludge ，sewage ，utilize，pollution1. 引言随着工业技术的飞速发展，在一大批高新技术产业崛起的同时，可持续发展战略已成为当代社会发展的另一个主题，工业的飞速发展带来的是资源的大量开采消耗，副产品的研制与生产，废料的堆积与环境污染的日趋严重，因此解决普遍存在的环境污染问题，开展全面资源综合利用和技术攻关，越来越受到社会的关注。冶金工业的发展产生了大量的对环境有影响的废水和废渣，对废水的处理将不可避免的产生大量的工业污泥，对这类工业污泥如果不加治理将会对环境造成严重的二次污染。因此，开展深层次的技术研究，建立起可持续发展的环保经济，越来越受到生产者的关心和重视。2. 污泥处理工艺及设备2.1污泥处理工艺污泥处理是污水处理系统的重要组成部分，在污水处理过程中，要产生大量污泥，其数量约占处理水量的0.3%0.5%左右。污泥中含有大量的氨、氮、油、重金属离子等有害物，因此污泥需要及时处理，以便确保污水处理厂能够正常运行及确保污水处理效果，使有害有毒物质得到妥善处理或利用，使容易腐化发臭的有机物得到稳定处理。本钢污水处理厂污泥处理系统采用机械脱水方式，设备是通过PLC进行控制，其自动化程度较高，从高密池排出的污泥，浓度为7%15%，污泥含水率高，易于对环境造成污染，必须对污泥进行脱水，从高密池底部定期排出的泥经泥泵送到泥处理的污泥混合池，由二台隔膜泥浆泵送到二台厢式压滤机进行脱水，隔膜泥浆泵与厢式压滤机采用是一对一的配置，在自动状态下，隔膜泥浆泵和厢式压滤机选择在“自动”位置，按动“恢复工作”按钮，再按动厢式压滤机“起动”按钮，厢式压滤机将连续完成，翻板关闭压紧板压紧启动对应隔膜泥浆泵进料进料压力达到设定值进料完毕中心吹风翻板打开压紧板拉开卸料滤布清洗工作，厢式压滤机通过液压系统将滤板压紧，开始时隔膜泥浆泵电机频率为50Hz，将污泥打入全自动厢式压滤机内，污泥中的水分被强制通过滤布排出，隔膜泥浆泵电机工作频率随着压滤机滤室压力升高而逐渐下降，当压滤机滤室压力达到设定值时，隔膜泥浆泵停止工作(泥饼含水率在45%左右)，开始卸料，产生的泥饼卸入汽车内外运。 一般认为进行机械脱水的污泥，比阻值在（0.10.4）109s2/g之间为宜，而工业污水处理经过初次沉淀的污泥比阻值(4.76.2) 109s2/g，所以污泥机械脱水前要进行预处理，最常用的是化学调节法，化学调节法是在污泥中投加混凝剂、助凝剂等，使污泥凝聚，提高脱水效果。高分子聚合物作为混凝剂的投加量以占污泥干固体重量的1%以下。本系统采用向压滤机内直接投加聚丙烯酞胺-PAM，来降低污泥的比阻值，提高压滤机脱水效果。2.2主要设备本钢污水处理厂污泥处理系统所选的主要设备隔膜泥浆泵和全自动厢式压滤机。2.2.1隔膜泥桨泵性能参数： 压力：1.2MPa 流量：50 m3/h 输送介质浓度：065% 输送介质最大颗粒：1.0 mm 电机功率：22KW2.2.2隔膜泥菜泵技术特点： 选用德国生产的型号是HMD-G-50-0500型隔膜泥浆泵，该泵采用高性能的隔膜片，将所输送的含有固体颗粒的矿浆介质与活塞缸的全部零件完全隔离开，不会造成任何零件磨损。该泵的双隔膜破裂报警装置可以确保任何一个隔膜破裂均可实现自动报警并自动停车，从而保证活塞缸不会因隔膜片的破裂造成污染，该泵真正实现了无泄漏运行，便于设备的日常维护保养。由于该泵具有根据出口压力自动调流量功能，能极大的提高了厢式压滤机的工作效率，因此选用泵为厢式压滤机供料。2.2.3全自动厢式压滤机性能参数： 压紧方式：液压 排液方式：明流 过滤面积：560平方米 滤板数：141块 滤室数：142块 滤室容积：8.5立方米 油缸压力：24MPa 过滤压力：1.2MPa2.2.4全自动厢式压滤机技术特点： 选用无锡通用生产的型号是03 (47) XMK560U/1500 - U型全自动厢式压滤机，该机采用双向中间进料、液压自动压紧、自动拉板、自动保压、自图1污泥处理工艺图动清洁、自动回转式集液集料及多机集料装置的集中控制，该机是间隙操作的加压过滤设备，应用于固液分离，可以过滤粘度大，颗粒细的各种悬浮物料，效率较高，劳动强度低（见图1）。3. 含铁尘泥的特性及其合理利用含铁尘泥主要包括：高炉污泥和转炉污泥。从高炉煤气净化洗涤污水处理回收的高炉污泥，主要成份为 TFe 36%、C 12%、CaO 2.1%及少量SiO2 等，其中前三项成份为有效利用成份，用于烧结矿生产最为合适，即在有效利用TFe 成分的同时，又可利用 C 和 CaO，节约烧结燃料和辅料CaO的消耗；从转炉烟气除尘污水处理回收的转炉污泥，主要化学成分为 TFe 59%、CaO 7.3%、C 1.06%、SiO21.85%、S 0.16%、P 0.049%，其中前三项是可利用成份，即可适应球团高铁品位的要求，又可满足含C 成份少的要求，防止球团炉内烧成粘接事故，用于球团矿的生产最为合适，另外有害成份S 和P所占比例小，污泥掺用比例相对不大（3%4%），对炼铁和炼钢生产质量基本没有影响。经过科学分析和试验结果证实，将高炉污泥用于烧结矿的生产，转炉污泥用于球团矿的生产是科学合理的综合利用方法。4. 炼钢污泥4.1炼钢污泥的物化性能炼钢污泥的物化性能因转炉工况的变化和除尘回收系统的不同而有所不同。这种污泥的特点是： （1）粒度细，200目含量达94；粘度大，容易成球，不易与其他物料混合；含水高达3040，较难脱水。研究发现，这种污泥在自然状态下存放1530天，含水量仅下降3%5% （2）化学成分波动大，品位高，碱性物含量也较高（见表1）4.2国内炼钢污泥利用工艺目前，国内对炼钢污泥的利用一般是经短流程处理后供炼钢作为金属料、冷却剂、造渣剂或作为含铁料供烧结矿生产使用。（1）污泥造块工艺炼钢污泥经自然堆放、水分渗透挥发后，掺入含铁料、生石灰、膨润土或焦粉等搅拌混合，再由专用设备挤压成椭块体，经竖炉焙烧后供转炉作为造渣剂、冷却剂使用。（2）生石灰消化工艺炼钢污泥与生石灰按一定比例配料混合，完全消化后形成松散、无粉尘的粉状物料，或与钢渣、高炉灰等物料进一步混合后形成松散料，进入烧结配料工序，参与烧结矿生产。（3）泥浆管道输送工艺 炼钢污泥加水稀释成浓度为15%20%的泥浆，经加压泵加压后，通过管道输送到烧结原料混合，以泥浆水代替工业水加入烧结料参与烧结矿生产。（4）工艺分析由以上三种工艺可以看出，前两种工艺存在占用场地和二次污染问题，第三种工艺实现了污泥不落地，环保较好。由于炼钢污泥粘性大、易沉降，该工艺容易发生管道、阀门、喷头堵塞现象，同时烧结生产对水分有一定要求，因而配加量也有限，而且系统投资也较大。因此，国内现有的污泥处理工艺仍不够完善，有必要进一步研究开发。4.3 炼钢污泥利用技术的开发4.3.1开发利用的原则力求将炼钢污泥顺利地加入烧结配料系统并利于与其它物料的混合，降低污泥在贮存、输送和混合过程中粘、堵设备及自成球问题。能将配加炼钢污泥的混合料灵活地用于马钢第一炼铁总厂的三台烧结机。尽可能降低污泥对该厂厂区的二次污染。投资尽可能少，并预留增加污泥用量的空间。4.3.2炼钢污泥贮、供料装置由于常规料仓作为污泥贮、供料手段，实现均匀出料难度较大。提出大倾角、宽下底、小容积的受料仓。根据单面仓壁污泥下滑72的临界角和小仓底易形成料拱的试验结果，设计出仓容4m3倾角大于720、底部宽500800 mm的倒梯形料仓。下部采用滚桶纵向给料，以解决污泥挂仓壁、堵仓口、出料难、供料不稳及人工处理不便等问题。4.3.3炼钢污泥打碎装置由于炼钢污泥含水高、粘性大，采用对辊将其打碎。通过固定对辊间隙、在辊面设置焊点等方法，高速旋转的对辊甩掉粘附在辊面上的污泥，且保证其沿规定扇面落在移动的料面上，形成厚度小于4mm的污泥碎片。试验表明，电源频率25Hz时打碎量最小，对辊表面粘料严重、两边仓壁料片较厚；60Hz时，打碎量较小，污泥碎片既不均匀也不易被带走；50Hz时，打碎量大且均匀。表明一定的对辊转速区间能满足污泥打碎的需要。4.4炼钢污泥利用系统在烧结中的应用4.4.1炼钢污泥利用系统及配加方法 马钢炼钢污泥利用系统主要由滚筒给料机、胶带运输机和对辊打碎机三部分组成，另外还有污泥矿槽、行车抓斗和电气设备(见图2)。单系统污泥处理能力为510t/h，年处理量可达4万t 。图2 马钢一烧结炼钢污泥配加系统及配入点示意图配入点的选择：为了使炼钢污泥与其它原料很好地混和制粒，同时保证在输送过程中，下有底料上有敷料，不粘结皮带和设备，污泥配入点选择在马钢第一炼铁总厂烧结区(下称“一烧结”)三台烧结机共用的混匀料场配矿槽的3#和4#料仓(共8个料仓)中间。这样即使在配加过程中形成一些较大“污泥球”，也能在多次抓料、翻料过程中被破坏掉，不至于给烧结生产带来较大影响。配加方法：专用自卸汽车把钢厂炼钢污泥拉到烧结混匀料场污泥矿槽，由行车抓斗将污泥从矿槽装入滚筒给料机；在电气设备控制下，污泥由滚筒给料机缓缓给出，经胶带运输机连续地到达对辊打碎机，高速运转的对辊将污泥打碎后撒落在配料皮带移动的料面上，进入烧结混匀系统参与烧结生产。炼钢污泥配加系统与烧结混匀系统的衔接。4.5转炉污泥转炉在吹氧冶炼过程中，钢液翻腾及熔体表面气流爆裂溅起大量细微金属液滴，使一定量的铁和铁的氧化物蒸发井随炉气逸出，同时加料过程中散料的细微颗粒也被炉气带入烟道大量的烟气流经文氏管时，高速的烟气冲击喷入的水相，使水一次雾化成小于烟尘粒径100倍的水滴，水滴捕集和润湿烟尘，互相碰撞凝聚成较大的含尘水滴，使含尘烟气得到净化但伴随大量含尘有害物质进入水体，形成转炉烟气除尘污水。4.5.1转炉除尘污水污泥处理技术难点(1)转炉除尘污水水质随吹炼周期的变化波动幅度大，R.浮物的变化范围在几百mg/L到几万mg/L之间，污水中所含悬浮物较细，仅靠自然沉降难以达到水质净化要求。 (2)转炉冶炼投加石灰造渣时，大量石灰粉进入水处理系统，使pH值达到1213，总硬度550 mg/L(以CaCO3计)，高硬度、强碱性污水在运行中造成泵叶轮、冷却塔、文丘管结垢，被迫经常检修清理，严重时大量污水直接外排。(3)转炉污水中含大量粗颗粒R.浮物，易造成管道堵塞、水泵磨损、排泥困难、过滤机故障，给沉淀池带来较大的冲击负荷，系统须优先解决粗颗粒预脱除问题。(4)转炉污泥粒度细、物料粘，要解决脱水回收利用问题，以往多采用真空过滤力一式，效率低、维修量大、滤带寿命短、污泥含水率高，滤出的污泥小成饼，呈稀泥状易引起一次污染。4.5.2 转炉除尘污水污泥处理(1)水质净化三钢转炉污水处理工艺流程见图3图3 转炉污水处理流程（2）污泥处理 转炉污泥的主要成分由铁的氧化物和其他炉料氧化物所组成，各种氧化物所占的比例受生产情况和吹炼期小同而差异，污泥粒径平均，6以下的颗粒所占比例较大，因含氧化钙而粘度大，腐蚀性强，液固分离困难。三钢污泥处理采用污泥压榨过滤和泥浆泵送烧结两种方法。 日常采用泥浆泵送烧结工艺，即经浓缩机浓缩后含水率75%85%的泥浆，用砂浆泵直接输送至烧结一次混合机内，实现含铁污泥的综合利用烧结生产非正常情况下则采用污泥带式压榨过滤带式压滤脱水是应用化学能和机械能相结合的方法来处理微细粒物料脱水的技术工艺工作过程是：经过絮凝处理后的污浆均匀地分配在滤带上，通过两条既接触又分开滤带的连续移动，把污泥送进重力脱水区和挤压脱水区在支承和挤压辊的作用下，通过滤带把污泥中的水分滤出和挤压出去，最后形成滤饼(含水率为26%30%)被卸落。（3）操作运行管理应注意的问题 (1)在炼钢吹氧工艺中，部分石灰粉还未与钢液接触，就被吹出炉外，尤其是粒度小的石灰小能进熔池而随烟气进入除尘系统从炼钢工艺上筛掉细颗粒的石灰粉末，既能减少污泥量和降低污水pH值，又可减少结垢通过采用先进的留渣操作工艺，即结合溅渣护炉技术，使溅渣后的残渣保留在炉内，供下一炉冶炼作为初渣使用，利用终渣碱度高、温度高井且有一定的氧化铁含量的特点，促使下一炉早成渣，节省石灰耗日前下钢的吨钢石灰耗己从原来110 kg降至48 kg，使除尘污水的水质明显改善，由原来的高碱高硬结垢型水质逐渐转变为弱碱低硬型水质。 (2)由沉淀池进水的连续分析结果证明，石灰进入沉淀池后1小时即全部溶解生成Ca(OH)2，而是伴随污泥沉淀后逐渐生成Ca(OH)2，停留时间越长，溶解越充分，造成污水的硬度升高，因此及时排除沉淀池底部泥浆，对减少翻池现象，改善出水水质有着重要意义。 (3)要完成水质加药系统，污泥溶药罐体积应满足絮凝剂配制所需钝化时间，采用压缩空气搅拌，避免机械搅拌力一式将絮凝剂分子链打断，影响药剂效果。 (4)转炉污泥直接配入烧结原料中，不仅节省了配料用水，还使配料均匀，避免了块状污泥带来的配料小均匀现象在操作中应控制泥浆水分含量，做好输送、关停调度工作，停泵后必须及时清洗管内积存泥浆，以防淤积阻塞。 (5)为了最大限度的利用污水自身富集的Na+以提高对烟气中CO2的吸收，保证整个系统密闭程度是运行控制的关键因素，否则Na+随循环水排污而流失，影响水质稳定运行系统适量加入钠盐的同时，要尽可能减少水的流失和漏损，降低污泥的含水率，提高烟气净化系统的脱水率，减少机械水的损失污泥生产的滤出水必须返回系统，同时加强循环水井及泵水量的调节控制，防止溢流。另一方面不允许其他系统排水或溢流水进入本系统，以维护系统水质、水量的平衡。5 轧钢污泥5.1轧钢污泥的物理化学性能指标轧钢污泥外观为褐黑色稠泥状，形成了水、油、渣相互包溶的稀稠状态。经取样试验室分析(指二次沉淀池排出污泥)，其平均粒度100，其中含48.3%的水分，含10.2%的高沸点混合油，含41.5%的氧化铁。再经供干、减压分馏等过程，最后得到的轧钢污泥的主要成分见表2.生产用油的主要种类：壳牌N46.N150工业齿轮油、N320工业齿轮油，气轮机油等。5.2轧钢污泥干馏回收原理水、油、氧化铁粉包容状态下的轧钢污泥，在一般自然情况下无法使其水分完全蒸发。把轧钢污泥置入加热炉内使油渣室温度上升并控制在100左右，从而使水分蒸发排空，再继续升温到350左右，使油蒸发产生油气，再将蒸发的油气由混合油利用相似相溶原理在喷淋塔喷淋吸收。挥发了水和油的轧钢污泥，经自然冷却后得到了无水分和含油量小于0.5%的氧化铁粉，其TFe 67%。工艺原理如图4。表2 轧钢污泥的主要成分图4 轧钢污泥回收混合油及氧化铁粉原理5.3轧钢污泥蒸馏回收氧化铁粉和混合油的工业试验装置 轧钢污泥回收混合油和氧化铁粉的工业试验装置主要由3个系统组成，即轧钢污泥脱水系统，轧钢污泥脱油系统，混合油吸收系统。轧钢污泥脱水系统：主要设备为干燥器。在干燥器内，控制温度为100左右，将轧钢污泥中的水分蒸发，失去水分的轧钢污泥由螺旋输送机送入轧钢污泥脱油系统。 轧钢污泥脱油系统：主要设备为干馏室。在干馏室，将炉窑温度控制在350左右，在隔绝空气的情况下，轧钢污泥中的混合油及在脱水系统没有完全脱除的水分挥发为油水蒸气，油水蒸气靠自然抽力进入混合油吸收系统。为安全起见，在干馏室设有防爆阀，防止空气混入而引起爆炸。混合油吸收系统：主要设备为吸收塔。在混合油吸收系统中，采用相似相溶的原理，由混合油喷淋吸收油水蒸气，回收的混合油流入混合油贮槽。混合油中的废水进入污水处理系统。其工艺流程如图5所示。5.4该工业装置的技术先进性与可靠性分析(1)该装置可实现自动化操作以减轻劳动强度。整个系统实现了PLC控制，在干燥器及干馏室均有温度传感器，温度信息反馈给PLC,PLC发出指令，通过调节风机阀门及燃烧器以维持干燥器及干馏室在指定的温度范围内。(2)该系统热效率较高，能实现节能降耗。干馏室产生的高温烟气用于干燥系统，在干燥器内，不需要另外干燥能源就能达到物料干燥的目的。(3)该工艺符合国家发展循环经济的产业政策。该工艺的实施，能实现轧钢系统渣泥的资源化利用和工业生产的可持续发展，消除环境污染。图5 轧钢污泥回收氧化铁粉及混合油工艺流程5. 有色冶金污泥5.1有色冶金污泥的来源与危害冶金工业在生产过程中产生大量酸性废水。对这类废水处理目前通常采用石灰中和沉淀处理。使重金属以氢氧化物的形式沉淀析出，产生大量含Cu、Sn、As的混合污泥。这些污泥含有大量的重金属氢氧化物沉淀和化学石膏，若任其随意堆放，会对环境造成严重的危害，主要表现在以下几方面： (1)侵占土地，据估算，每堆积11t固体废弃物需占地1亩。一些国家固体废弃物侵占的土地为：美国200104ha，英国为60104ha，波兰为50104ha。2000年我国工业固体废弃物占地约7104ha。 (2)污染土壤，土壤是固体废弃物的载体，同时也是许多细菌、真菌等微生物聚居的场所。这些微生物与其周围环境构成一个生态系统。在大自然的物质循环中，担负着碳循环和氮循环的一部分重要任务。污泥中有害成分经风化、渗入土壤后，能杀死土壤中微生物，破坏土壤的腐解能力，导致草木不生。 (3).污染水体，污泥颗粒细小，其中的污染物质易溶出，随降水和地表径流进入湖泊、河流，或随风飘迁落入水体能使地面水污染：随渗漏水进入土壤则使地下水污染；直接排入河流、湖泊、海洋，又能造成更大的水体污染。成堆储存的废渣，在大风吹动下会随风飘逸，扩散到很远的地方。 因此，对这类含重金属离子的工业危险固体污泥必须对其进行稳定化处理，使其转变为非危险性无害固废。很多年来，许多科学家和工程技术人员为利用这类工业废物做了大量的研究工作，就目前的发展现状来看，对这类冶金污泥的利用率还很低，大型工程如公路基层、井下填充、建筑材料还没有真正有效的。使用。根据冶金污泥的成分分析，利用其物理化学特点，开展大规模的利用研究。实现这类污泥的无污染处理与处置，对国民经济的发展和环境的改善将起到重要的作用。5.2 目前国内外对污泥的处理处置方法及存在的问题由于有色冶金污泥有着体积大和毒性强的特点，对于该类固体废弃物的处理应遵循减量化资源化无害化的原则。近年来对工业固体废弃物的污染控制提出了许多新思路。最具代表性的是清洁生产的思路，即从工艺入手，结合技术改造，在污染发生源消除污染物的产生。无疑这一思路前景是诱人的，但就我国目前实际情况来看，由于许多生产工艺相对落后，资源利用率不高，废物产生可能性较多，实现全面清洁生产还有很长一段路需要走。对于已经产生的含重金属有害废弃物，主要是采用以下的几种方法：5.2.1固化处理目前，国内外对有毒有害固体废弃物的处理方法，主要是将该废物固化处理，然后再考虑综合利用。所谓固化处理是利用物理化学方法将有害废物掺合并包容在密实的惰性基材中，使其稳定化的一种过程。固化过程有的是将有害废物通过化学转变或引入某种稳定的晶格中的过程：有的是将有害废物用惰性材料加以包容的过程。 固化技术首先是从处理放射性废物发展起来的，欧洲、日本已应用多年，近年来，美国也很重视此技术。今天，固化技术己应用于处理电镀污泥、砷渣、汞渣、铬渣和锅渣等。日本法规规定应用固化技术处理的危险废物包括含Hg、Cd、Cr,、As、PCBS的污泥。美国环境保护局(EPA)对固化技术适用于处理的危险废物种类有炼油厂污泥及副油渣、电炉炼钢产生的灰渣及污泥、铅基引爆剂生产产生水处理污泥、电镀污泥、金属表面处理产生的重金属污泥等。我国己将此技术应用于处理电镀污泥等方面。5.2.2生产建筑材料有毒有害工业污泥的固化处理仍然只是一种消纳治理的方法，一些先进的国家已从消纳治理转向研究二次资源再生循环利用。如日本用焚烧后的污泥灰制成熔融固体砖或其它建筑材料。5.2.3回收有价成分对于有色冶金污泥中的各种有毒物质，可以采用火法冶金方法、沉淀法、中和法和湿法冶金法去除，同时可以获得多种有价金属。工业废物数量庞大，种类繁多，成分复杂，处理相当困难。日前只是有限的几种工业废物得到充分利用，如美国、瑞典等国利用了钢铁渣，日本、丹麦等国利用了粉煤灰和煤渣。其他工业废物仍以消极堆存为主，部分有害的工业固体废物采用填埋、焚烧、化学转化、微生物处理等方法进行处置；有的投入海洋。一些工业废物已制成多种产品，如制成水泥、混凝土骨料、砖瓦、纤维、铸石等建筑材料；提取铁、铝、铜、铅、锌等金属和钒、铀、锗、铝、铣、钦等稀有金属：制造肥料、土壤改良剂等。此外，还可用于处理废水、矿山灭火，以及用作化工填料等。我国自建国以来，即提倡工业废渣的综合利用，已创出了符合国情的技术路子，即以大宗利用为主，兼顾多功能、高效能的利用。在取得环境效益和社会效益的同时，注意尽