鋼鐵廠廢水處理工藝流程|方案（鋼鐵廠循環(huán)水處理流程）
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鋼鐵廠使用大量的水，包括冷卻、抑塵、清潔、溫度控制（熱處理）、運(yùn)輸廢料（灰燼、淤泥和水垢等）以及其他用途。水是一些工藝的重要組成部分，如煉焦煤的含水量、燒結(jié)混合料的造粒、鐵礦石球團(tuán)生產(chǎn)過(guò)程中的綠色球團(tuán)、蒸汽生產(chǎn)和電力生產(chǎn)、高爐渣的造粒等。
使用大量的水也會(huì)產(chǎn)生大量的廢水，其中可能含有懸浮物和許多溶解的物質(zhì)和化學(xué)品。廢水的質(zhì)量取決于水的使用過(guò)程和使用的目的。
如果鋼鐵廠未經(jīng)處理的廢水排入受納水體，其主要的環(huán)境影響是：（1）對(duì)水生生物的毒性；（2）溶解氧的減少；（3）由于懸浮物造成的淤塞；（4）味道和氣味問(wèn)題；（5）溫度上升影響溶解氧；（6）對(duì)水生生物的影響；以及（7）由于漂浮油形成的浮油等。
與原材料、產(chǎn)品和廢氣直接接觸的大量工藝水需要進(jìn)行處理，以實(shí)現(xiàn)水的再利用、水的再循環(huán)，或在排放前將污染物去除到監(jiān)管部門規(guī)定的水平。
廢水的質(zhì)量可以通過(guò)采用如今為不同工藝開(kāi)發(fā)的改進(jìn)技術(shù)來(lái)控制。現(xiàn)在也有技術(shù)可以處理廢水，以便在同一過(guò)程或其他過(guò)程中循環(huán)使用。廢水的處理也會(huì)導(dǎo)致一些固體廢料的回收，這些廢料可以被回收到工藝中，或者經(jīng)過(guò)一些進(jìn)一步的處理，從而促進(jìn)自然資源的保護(hù)。
為了保護(hù)水這一資源，現(xiàn)在有一種運(yùn)動(dòng)，不僅要防止廢水造成污染，還要處理廢水并在一個(gè)封閉的系統(tǒng)中循環(huán)使用，以減少淡水的消耗。
廢水的處理
綜合鋼鐵廠需要進(jìn)行廢水處理的主要工序包括煉焦、煉鐵、煉鋼、熱軋和冷軋以及其他操作，如酸洗、電解鍍錫和其他涂層工藝。
最重要的參數(shù)是懸浮物、油脂、苯酚、氰化物、氨和重金屬，如鉛、鋅、鉻和鎳，這些參數(shù)一般由法定機(jī)構(gòu)監(jiān)管。此外，還有幾種用于煉焦和冷軋作業(yè)的有機(jī)化合物也受到管制。下面介紹為有效處理鋼鐵廠廢水而采用的正常廢水處理工藝。
懸浮物的控制
從廢水中去除懸浮物對(duì)于鋼鐵廠中從煉焦到精軋的所有生產(chǎn)車間來(lái)說(shuō)實(shí)際上是必要的。在煙道和廢氣的清洗和冷卻過(guò)程中，固體顆粒物會(huì)懸浮在工藝水流中，爐渣造粒、除銹、軋輥和產(chǎn)品冷卻、軋機(jī)的水槽沖洗以及精整操作中的產(chǎn)品沖洗等。
通常用于去除懸浮物的方法是（i）沉淀，（ii）離心分離，以及（iii）過(guò)濾。
沉淀法也被稱為澄清法，包括通過(guò)重力沉淀。該過(guò)程通常在專門為特定應(yīng)用設(shè)計(jì)的澄清器或斜板分離器中進(jìn)行。澄清器通常是圓形的，但也可以建造成矩形的。與澄清器相比，斜板分離器的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是它們需要的地面空間要小得多。然而，當(dāng)廢水中的油脂濃度較高時(shí)，使用時(shí)需要注意。傾斜板式分離器的缺點(diǎn)是分離器底部的污泥儲(chǔ)存量小。
澄清器和斜板分離器的設(shè)計(jì)都是為了將收集的污泥從設(shè)備底部連續(xù)清除。底流污泥通常在重力作用下被濃縮，然后在幾種類型的污泥脫水設(shè)備（例如壓濾機(jī)、帶式壓濾機(jī)或離心機(jī)等）中被進(jìn)一步脫水。這樣做是為了減少污泥體積，以便在處置過(guò)程中可以輕松和經(jīng)濟(jì)地處理污泥。凝結(jié)劑，如明礬、氯化鐵、硫酸鐵、硫酸亞鐵、氯化亞鐵和商業(yè)有機(jī)聚電解質(zhì)等，經(jīng)常在澄清前加入廢水中，以促進(jìn)固體顆粒的絮凝。這增加了它們的有效尺寸，從而提高了它們的沉降率。
離心分離是一種利用離心力從水柱中去除懸浮物的技術(shù)。這種分離技術(shù)有時(shí)也被稱為旋風(fēng)分離。該過(guò)程高度依賴于顆粒大小和比重。較大的顆粒和較高的顆粒密度會(huì)提高分離性能。
通過(guò)壓力或重力進(jìn)行的多介質(zhì)或單介質(zhì)過(guò)濾，是去除細(xì)小懸浮顆粒的其他方法，這些方法通常適用于鋼鐵廠的廢水。廢水通過(guò)一個(gè)容器中的過(guò)濾介質(zhì)。該系統(tǒng)通常由若干單獨(dú)的過(guò)濾單元平行工作。有時(shí)利用側(cè)流過(guò)濾來(lái)處理一部分廢水，然后與未經(jīng)過(guò)濾的部分混合。通常情況下，過(guò)濾系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是使其具有通過(guò)過(guò)濾介質(zhì)的最高可行流速，從而使所需的尺寸和成本最小化。
在一個(gè)典型的多介質(zhì)系統(tǒng)中，廢水首先通過(guò)一個(gè)相對(duì)較粗的介質(zhì)層（如無(wú)煙煤），然后再通過(guò)一個(gè)細(xì)介質(zhì)層（如沙子）。大部分顆粒被粗介質(zhì)層去除，而細(xì)介質(zhì)層則對(duì)廢水進(jìn)行最后的拋光。多介質(zhì)過(guò)濾器一般用于廢水中油和油脂含量高的情況。高濃度的油脂會(huì)導(dǎo)致單介質(zhì)和多介質(zhì)過(guò)濾器中的介質(zhì)結(jié)垢和/或堵塞。
收集的顆粒物要通過(guò)反洗定期從過(guò)濾介質(zhì)上清除。在反洗的操作中，停止流入的廢水，讓處理過(guò)的水流，有時(shí)還有空氣，以相反的方向通過(guò)過(guò)濾介質(zhì)，將收集的固體沖走。
通過(guò)平行安裝一些過(guò)濾器單元，一個(gè)單元可以通過(guò)反洗循環(huán)，而不會(huì)造成廢水流連續(xù)處理的中斷。反洗流通常在反洗保溫箱中沉淀，固體通過(guò)濃縮器和污泥脫水設(shè)備處理。單介質(zhì)和多介質(zhì)過(guò)濾器都能使廢水流產(chǎn)生高度的透明度。然而，澄清器通常用于預(yù)處理含有大量固體的廢水，以便在過(guò)濾前去除大部分微粒。如果廢水中的固體含量較少，可以單獨(dú)使用過(guò)濾器，而無(wú)需事先澄清。
通常可以通過(guò)將水再循環(huán)到工藝中來(lái)大大減少排放到受納水流中的懸浮物和其他顆粒物的數(shù)量。然而，可行的再循環(huán)程度受到廢水中懸浮物數(shù)量和系統(tǒng)中溶解固體濃度增加的限制，這最終會(huì)導(dǎo)致管道和設(shè)備中的沉積和堵塞。因此，循環(huán)水量的某一部分總是需要作為吹氣釋放，以控制溶解性固體的濃度到一個(gè)可接受的水平。
油和脂的控制
在連鑄機(jī)、熱軋和冷軋機(jī)、酸洗、電鍍和涂層作業(yè)的廢水中通常會(huì)發(fā)現(xiàn)油和油脂。這些油來(lái)自于設(shè)備、產(chǎn)品潤(rùn)滑劑和冷卻劑、液壓系統(tǒng)以及在某些過(guò)程中應(yīng)用于產(chǎn)品的防腐涂層。油和油脂通常通過(guò)幾種方法從廢水中去除，包括撇渣、重力分離、氣浮、過(guò)濾和超濾。如果油不溶于水，則通過(guò)重力分離和撇渣將其從廢水中去除。重力油分離器通常有一個(gè)矩形的腔室，在這個(gè)腔室中，廢水流的速度被充分減緩，以便為油和油脂漂浮到表面提供時(shí)間，在那里，它們被各種可用的撇渣裝置所清除。撇渣裝置的一些例子是旋轉(zhuǎn)式滾筒撇渣器、繩索和皮帶式撇渣器，以及刮刀，它們也被用來(lái)刮除沉淀在底部的較重的固體物質(zhì)。不溶性油類也可以在多介質(zhì)過(guò)濾器中與懸浮固體一起被清除。如果油是乳化的或水溶性的，例如在廢舊冷軋液或沖洗水中發(fā)現(xiàn)的油，則需要用酸或破乳劑來(lái)處理，以打破乳狀液，然后用重力沉淀和撇渣，或用氣浮和/或膜分離技術(shù)。
撇渣可用于任何含有漂浮在表面的成分的廢水，通常用于去除游離油、油脂和肥皂。撇渣通常與氣浮或澄清一起使用，以改善對(duì)沉淀物和漂浮物的去除。撇渣器的去除效率是要漂浮的物質(zhì)的密度和廢水在池中的停留時(shí)間的函數(shù)。重力式分離器往往更適合于流經(jīng)系統(tǒng)的表面油量相當(dāng)大且穩(wěn)定的情況下使用。
氣浮工藝通常用于分離密度接近于水的密度的可漂浮物質(zhì)，因此僅靠重力無(wú)法有效分離。在浮選過(guò)程中，廢水中釋放的氣泡（通常是空氣）會(huì)附著在油和細(xì)小的固體顆粒上，使它們更快地漂浮到水面上，并以泡沫的形式被撇出。有時(shí)會(huì)使用化學(xué)添加劑來(lái)改善浮選過(guò)程的性能。
超濾過(guò)程包括使用壓力和半透性聚合物或陶瓷膜來(lái)分離懸浮在液相中的乳化或膠體材料。超濾裝置中使用的膜形成了一個(gè)分子篩，根據(jù)分子顆粒在尺寸、形狀和化學(xué)結(jié)構(gòu)上的差異，保留了這些分子顆粒。該膜允許溶劑和低分子量的分子通過(guò)。在超濾過(guò)程中，廢水被泵送通過(guò)一個(gè)管狀膜單元。水和一些低分子量物質(zhì)在0.7公斤/平方厘米到7公斤/平方厘米的壓力下通過(guò)膜。乳化的油滴和懸浮顆粒被保留下來(lái)，得到濃縮，并被不斷地清除。
重金屬的控制
監(jiān)管機(jī)構(gòu)通常限制鋼鐵廠高爐車間、鋼鐵熔煉車間以及酸洗、冷軋、電鍍和熱涂層作業(yè)的工藝水的重金屬排放。用于去除這些微量金屬的通常方法是化學(xué)沉淀，然后進(jìn)行澄清或過(guò)濾。
眾所周知，重金屬在水中的溶解度是pH值的一個(gè)函數(shù)。通常情況下，隨著pH值的增加，金屬的溶解度會(huì)降低。因此，為了去除溶解的金屬，廢水要在帶有pH值控制器的混合池中用堿性材料進(jìn)行處理。在大多數(shù)化學(xué)沉淀過(guò)程中，重金屬的分離是通過(guò)氫氧化物和硫化物沉淀。在氫氧化物沉淀中，通常使用石灰，它是最便宜的試劑，盡管苛性鈉、氫氧化鎂或其他堿性物質(zhì)有時(shí)也被用于此目的。在pH值提高到溶解的金屬以氫氧化物形式沉淀的水平后，水通過(guò)一個(gè)澄清器和/或通過(guò)一個(gè)過(guò)濾器來(lái)去除沉淀的金屬氫氧化物。通常需要添加凝結(jié)劑。在堿性pH值下使用凝結(jié)劑，如氯化鐵，會(huì)形成氧化氫表面，從而通過(guò)吸附作用提高金屬的額外去除率。其他凝結(jié)劑，如明礬、硫酸亞鐵和聚合絮凝劑也可用于改善顆粒的形成。
如果鉻以六價(jià)形式存在，它必須首先被化學(xué)還原為三價(jià)形式，才能沉淀。這種還原反應(yīng)的速度是系統(tǒng)的pH值條件的一個(gè)函數(shù)。舉例來(lái)說(shuō)，如果使用二氧化硫、亞硫酸氫鈉或廢酸洗液作為還原劑，系統(tǒng)的pH值要在2.0和3.0的范圍內(nèi)調(diào)整。六價(jià)鉻也可以在相對(duì)較高的pH值（從8.5到9.5）下用亞硫酸氫鈉還原成三價(jià)鉻。還原后的三價(jià)鉻離子會(huì)轉(zhuǎn)化為不溶性的氫氧化鉻，并通過(guò)沉淀去除。
溶解的金屬離子和某些陰離子通常被化學(xué)沉淀，并通過(guò)沉淀或過(guò)濾等物理手段去除。除了使用堿性化合物外，以下是可以使用的其他試劑。
1、金屬硫化物-除硫化鉻外，金屬硫化物的溶解度低于金屬氫氧化物的溶解度。因此，使用硫化物沉淀工藝可以提高溶解金屬的去除率。可溶性的硫化物，如硫化氫或硫化鈉，以及不溶性的硫化物，如硫化亞鐵，都可以用來(lái)將許多重金屬離子沉淀為不溶性的金屬硫化物。目前，使用有機(jī)硫化物處理廢水已成為流行的做法。通常，硫化物沉淀的過(guò)程包括澄清和過(guò)濾。
2、碳酸鹽-碳酸鹽沉淀物可用于去除金屬，方法是使用碳酸鹽試劑（如碳酸鈣）直接沉淀或使用二氧化碳將氫氧化物轉(zhuǎn)化為碳酸鹽。
化學(xué)沉淀作為從廢水中去除金屬的機(jī)制是一個(gè)復(fù)雜的過(guò)程，通常包括兩個(gè)步驟，即（i）不需要的金屬的沉淀，和（ii）去除沉淀物。在完全沉淀后，通常會(huì)有少量的金屬溶解在廢水中。殘留的溶解金屬量取決于所使用的處理化學(xué)品、金屬的溶解度和共沉淀效應(yīng)。這種方法去除任何特定金屬的效果取決于廢水中特定金屬的部分（因此也包括沉淀物）和去除懸浮固體的效果。
生物處理
生物氧化是通常用于處理焦?fàn)t和副產(chǎn)品工廠廢水的技術(shù)。這些廢水含有大量的苯酚、氰化物、硫氰酸鹽和氨，以及較低濃度的其他有機(jī)化合物，主要是因?yàn)楹羞@些物質(zhì)的焦?fàn)t原氣的冷凝。生物處理是一種傳統(tǒng)方法，用于處理來(lái)自焦?fàn)t和副產(chǎn)品工廠的廢水，然后再進(jìn)行處理。
由于生物氧化對(duì)成分負(fù)荷和pH值的波動(dòng)非常敏感，廢水首先通過(guò)一個(gè)平衡池，以平衡濃度、溫度和流量。傳統(tǒng)的生物氧化方法通常包括一個(gè)單級(jí)或兩級(jí)系統(tǒng)。在單級(jí)系統(tǒng)中，該過(guò)程被設(shè)計(jì)為在該過(guò)程的唯一階段減少有機(jī)化合物和氨。在一個(gè)典型的兩階段系統(tǒng)中，第一階段被設(shè)計(jì)為減少有機(jī)化合物，第二階段通常用于硝化作用（去除氨）。有時(shí)，通過(guò)仔細(xì)控制，碳化物和氮化物處理可以在同一個(gè)曝氣池中進(jìn)行。通常情況下，硫氰酸鹽的生物處理會(huì)導(dǎo)致廢水中的氨氣增加。這需要在生物氧化處理廠的設(shè)計(jì)中加以考慮。
這兩種曝氣系統(tǒng)通常利用活性污泥法，然后是澄清器。活性污泥過(guò)程是一個(gè)類似于污水處理廠中應(yīng)用的懸浮生長(zhǎng)過(guò)程。在曝氣系統(tǒng)中，以懸浮固體形式存在的大量微生物或生物質(zhì)（稱為活性污泥）被提供氧氣，這使其能夠減少?gòu)U水中的生物可降解成分。可以開(kāi)發(fā)出能夠有效降解苯酚和其他有機(jī)物、硫氰酸鹽、游離氰化物和氨的微生物種群。
所需的氧氣由機(jī)械表面曝氣機(jī)提供，或通過(guò)氣泡在池中擴(kuò)散，也可以不使用浸沒(méi)式渦輪攪拌器。處理后的水從池子里溢出到澄清池，活性污泥在那里被沉淀下來(lái)，循環(huán)到曝氣池中。澄清池的溢流水被排出。其他生物處理過(guò)程也可以使用，包括固定膜、填料塔、流化床和整體澄清的懸浮生長(zhǎng)過(guò)程。
污水處理
污水處理廠有兩種處理廢水的方法。以下是這些方法。
傳統(tǒng)的污水處理包括三個(gè)階段，即一級(jí)、二級(jí)和三級(jí)處理。一級(jí)處理包括將污水暫時(shí)保存在一個(gè)靜止的罐子里，重的固體可以沉淀到底部，而油、油脂和較輕的固體則漂浮到表面。沉淀和漂浮物被清除，剩余的液體被排放或進(jìn)行二級(jí)處理。二次處理可以去除溶解和懸浮的生物物質(zhì)。二級(jí)處理通常是由本地的、水生的微生物在管理的棲息地進(jìn)行。二級(jí)處理可能需要一個(gè)分離過(guò)程，在排放或三級(jí)處理之前將微生物從處理后的水中去除。三級(jí)處理通常被定義為比一級(jí)和二級(jí)處理更多的東西。處理后的水有時(shí)會(huì)在排放前進(jìn)行化學(xué)或物理消毒（例如，通過(guò)瀉湖和微濾），或者用于園藝目的。
在第二種方法中，也就是臭氧處理法，進(jìn)入的原污水通過(guò)一個(gè)條形濾網(wǎng)室，以去除粗大的懸浮物、纖維、塑料等，并被收集到一個(gè)化糞池/收容池。化糞池通常有24小時(shí)至48小時(shí)的容納能力，有適當(dāng)?shù)母糸g來(lái)分離進(jìn)入的污水中存在的重型污泥固體。污水輸送泵將原污水輸送到手動(dòng)自潔過(guò)濾器、壓力砂過(guò)濾器，然后再輸送到臭氧發(fā)生器。臭氧被注入到原污水中，并混合到一個(gè)接觸室/保溫箱中。臭氧氧化污水中的有機(jī)物，從而將污水的BOD（生物需氧量）/COD（化學(xué)需氧量）水平降低到可接受的限度。臭氧處理后的污水通過(guò)一個(gè)壓力砂濾器過(guò)濾，以去除微量懸浮物/濁度等。出水可以適當(dāng)?shù)刂匦掠糜趫@藝等方面。
終端處理
鋼鐵廠內(nèi)廢水處理的一個(gè)常見(jiàn)做法是將幾種不同類型的廢水合并到一個(gè)所謂的終端處理廠進(jìn)行處理。這種做法在處理來(lái)自各種精加工作業(yè)的廢水方面特別成功。這些廢水通常含有懸浮物、冷軋產(chǎn)生的游離油和乳化油、酸洗沖洗水產(chǎn)生的酸、以及酸洗和涂層工藝產(chǎn)生的重金屬。在一個(gè)典型的系統(tǒng)中，酸流與乳化油流混合以打破乳狀液。然后，合并的廢物通過(guò)一個(gè)重力油分離器，用石灰中和以去除酸和沉淀的重金屬，并在一個(gè)澄清器或過(guò)濾器中處理以去除固體和任何剩余的油。
斷點(diǎn)加氯
氯化是處理氨氣、苯酚和游離氰化物的技術(shù)之一。長(zhǎng)期以來(lái)，氯被用作飲用水處理設(shè)施中的生物殺傷劑，并以其強(qiáng)大的氧化潛力而聞名。當(dāng)氯氣被添加到水中時(shí)，氯分子發(fā)生水解，產(chǎn)生次氯酸和次氯酸根離子，共同構(gòu)成了可用的游離氯。堿性氯化（在有過(guò)量氯存在的情況下，pH值大于9.5）是銷毀游離氰化物的必要條件。
術(shù)語(yǔ)"斷點(diǎn)氯化"來(lái)自于觀察樣品在增加氯氣劑量時(shí)，剩余氯氣的最大減少點(diǎn)。理論上，處理氨的氯氣數(shù)量比是7.6份氯氣對(duì)1份氨。在實(shí)踐中，一般需要8：1至10：1的數(shù)量比。最佳pH值通常在6.0至7.0之間。需要注意提供足夠的氯來(lái)完成反應(yīng)，以避免形成氯胺。此外，在總的氯需求中必須考慮到苯酚、亞硝酸鹽、亞鐵、亞硫酸鹽、硫化氫、游離氰化物和其他有機(jī)物的競(jìng)爭(zhēng)需求。為了維持所需的pH值，可能還需要在廢水中添加堿度。每氧化1.0毫克/升的氨氮，就會(huì)消耗大約14.3毫克/升的堿度（以CaCO3計(jì)）。有時(shí)還需要對(duì)最終排放物進(jìn)行脫氯處理。這通常是通過(guò)添加二氧化硫、亞硫酸氫鈉或活性碳來(lái)完成。
該工藝的優(yōu)點(diǎn)是工藝性能相當(dāng)穩(wěn)定，空間要求低，并能在一個(gè)步驟中降低氨的濃度。這種處理方法的缺點(diǎn)是可能形成三鹵甲烷（THM），增加總?cè)芙夤腆w（TDS），以及相對(duì)較高的運(yùn)行成本。這就是為什么該技術(shù)通常只適用于處理小濃度的污染物，或作為拋光處理。
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