煉鋼保護(hù)渣生產(chǎn)廢水處理研究

王岳陽，張群安，孫志鵬，杜朝軍

(1.南陽自然環(huán)境工程評估中心有限公司，河南 南陽 473000； 2.南陽理工學(xué)院 生物與化學(xué)工程學(xué)院，河南 南陽 473004)

煉鋼保護(hù)渣廢水是指在煉鋼保護(hù)渣生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的污染性廢水，由冷卻水、沖洗水、除塵水組成。冷卻水主要用于冷卻維護(hù)預(yù)熔渣過程中柱塞泵、水磨機(jī)、球磨機(jī)等設(shè)備，以及預(yù)熔料過程中水淬冷卻高溫原料。沖洗水來自于每日兩次對設(shè)備和地面的清洗過程。沖洗水中的污染物主要是各設(shè)備中殘余的預(yù)熔渣物料、藥劑、成品等多種物質(zhì)。煉鋼保護(hù)渣生產(chǎn)中，除了二氧化硅、氧化鈣等基本組成材料，還需要加入炭黑、石墨等骨架材料及熔劑材料，在優(yōu)化產(chǎn)品性能的同時(shí)，也造成沖洗廢水成分復(fù)雜的問題。除塵廢水包括水噴淋塔除塵水以及麻石水膜除塵水，其污染物主要是數(shù)目眾多的懸浮物質(zhì)。水噴淋塔廢水是預(yù)熔渣工序中，處理造粒塔廢氣所產(chǎn)生的廢水。麻石水膜除塵水是預(yù)熔料工序中，對預(yù)熔爐廢氣采用麻石水膜法除塵后產(chǎn)生的廢水。該廢水是一種堿度高、色度高、懸浮物量含量高的廢水，需進(jìn)行處理達(dá)標(biāo)后才能外排。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 藥品原料及實(shí)驗(yàn)儀器

表1 主要儀器

表1(續(xù))

表2 實(shí)驗(yàn)用藥品

1.2 實(shí)驗(yàn)步驟

(1)對煉鋼保護(hù)渣生產(chǎn)廢水進(jìn)行靜置過濾處理；

(2)用量筒量取100 mL經(jīng)過預(yù)處理的廢水，置于250 mL燒杯中；

(3)向燒杯中投加一定量的絮凝劑進(jìn)行處理。在復(fù)配處理實(shí)驗(yàn)中，將不同種類的絮凝劑按不同順序、不同添加量進(jìn)行投加；

(4)在藥物投加過程中，對廢水進(jìn)行5 min中速攪拌處理；

(5)對廢水進(jìn)行20 min靜置處理后，觀察廢水絮凝處理效果，最終檢測處理后廢水的COD、NH3-N值。

2 結(jié)果與討論

2.1 聚合氯化鋁單獨(dú)處理廢水的效果

前9組實(shí)驗(yàn)通過在相同的反應(yīng)條件下，每次增加2 mL藥量的方法，找出大致的最佳投藥量。在前9組實(shí)驗(yàn)中，前7組廢水的處理效果隨著藥量的增加而變好，自第4組開始出現(xiàn)較為明顯效果，在第7組處理效果最好；從第7組實(shí)驗(yàn)開始，廢水的處理效果不再隨著藥量的增加而變好，甚至有逐漸變差的趨勢。由于前9組實(shí)驗(yàn)各投加藥量間有2 mL的差量，為精準(zhǔn)找出聚合氯化鋁的最佳投藥量，增加3組試驗(yàn)。經(jīng)3組實(shí)驗(yàn)對照發(fā)現(xiàn)，當(dāng)投藥量為14 mL時(shí)，廢水處理效果最好，但廢水仍然較為渾濁。本次實(shí)驗(yàn)探究發(fā)現(xiàn)，聚合氯化鋁對廢水有一定的處理效果，但達(dá)不到廢水處理要求。

表3 聚合氯化鋁單獨(dú)處理實(shí)驗(yàn)

2.2 聚丙烯酰胺單獨(dú)處理廢水的效果

由于聚丙烯酰胺為有機(jī)高分子絮凝劑，處理效果較無機(jī)絮凝劑好，本次實(shí)驗(yàn)每次增加1 mL的藥物投加量。試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，自第18組實(shí)驗(yàn)出現(xiàn)較為明顯效果，當(dāng)藥劑投加量為9 mL時(shí)，處理效果最好，但廢水仍然較為渾濁。當(dāng)藥物投加量大于9 mL后，廢水處理效果逐漸變差，有出現(xiàn)溶液再穩(wěn)現(xiàn)象的趨勢。本次實(shí)驗(yàn)探究發(fā)現(xiàn)，聚丙烯酰胺對廢水有較好的處理效果，但達(dá)不到廢水處理要求。

表4 聚丙烯酰胺單獨(dú)處理實(shí)驗(yàn)

2.3 聚合氯化鋁和聚丙烯酰胺復(fù)配處理廢水的效果

由于聚合氯化鋁和聚丙烯酰胺單獨(dú)使用均達(dá)不到廢水處理要求，本次實(shí)驗(yàn)將兩種絮凝劑配合使用處理廢水。為確定聚合氯化鋁和聚丙烯酰胺的配合使用對廢水是否有效果，采用兩種絮凝劑單獨(dú)使用時(shí)的最佳投藥量。按工業(yè)常用復(fù)配流程，先向廢水中投加14 mL的聚合氯化鋁溶液，再加入9 mL的聚丙烯酰胺溶液，經(jīng)攪拌后靜置處理。對處理后溶液進(jìn)行觀察，水體出現(xiàn)較為明顯的分層現(xiàn)象，溶液顏色變淺，絮凝效果較好。通過試驗(yàn)，可確定聚合氯化鋁和聚丙烯酰胺的復(fù)配使用對廢水有較好的處理效果，可作為煉鋼保護(hù)渣廢水的處理方法。

2.3.1 最佳藥劑投加順序

本實(shí)驗(yàn)進(jìn)行4組實(shí)驗(yàn)，通過保持藥量不變，改變藥劑投加順序的方法進(jìn)行探究。在實(shí)驗(yàn)中，第19組與第20組互為對照，通過處理效果的對比，發(fā)現(xiàn)第19組的效果遠(yuǎn)好于第20組。為避免是偶然現(xiàn)象，以另一種投加藥量為不變條件，再次進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。若實(shí)驗(yàn)結(jié)果仍是第21組處理效果好于第22組，則可確定最佳藥劑投加順序。由實(shí)驗(yàn)結(jié)果對比可得，先投加聚合氯化鋁，再投加聚丙烯酰胺的使用順序?yàn)樽罴选?/p>

表5 確定藥劑投加順序?qū)嶒?yàn)

2.3.2 最佳藥劑投加量

由聚合氯化鋁單獨(dú)處理實(shí)驗(yàn)可知，其較為有效的藥量使用范圍是8～14 mL，為確保實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確性，將使用范圍擴(kuò)大為4～18 mL。同理，本實(shí)驗(yàn)中聚丙烯酰胺的藥量使用范圍為4～12 mL。為防止單次實(shí)驗(yàn)效果不準(zhǔn)，每次實(shí)驗(yàn)重復(fù)進(jìn)行2～3次，直至效果相似。在本實(shí)驗(yàn)中，先保持一種藥劑投加量不變，另一種藥劑依照使用范圍依次改變。例如，先保持聚合氯化鋁投加量為4 mL不變，將聚丙烯酰胺投加量由4 mL依次增加到12 mL進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，本序列實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，將聚合氯化鋁投加量改為5 mL，再進(jìn)行依次實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果先進(jìn)行色度、水體分層情況等方面的對比，再通過測定COD值及氨氮含量進(jìn)行對比。實(shí)驗(yàn)中，在同序列實(shí)驗(yàn)中，選出實(shí)驗(yàn)效果最好的樣品，進(jìn)而與下一序列實(shí)驗(yàn)進(jìn)行對比，依次往下，選出本次實(shí)驗(yàn)中處理效果最佳的樣品。經(jīng)過兩百多次試驗(yàn)后，得出向廢水中投加12 mL PAC和8 mL PAM進(jìn)行處理時(shí)，效果最好。

2.4 煉鋼保護(hù)渣廢水脫色處理效果

經(jīng)實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，絮凝處理對廢水有一定的脫色效果。廢水經(jīng)處理后顏色變淺，水體有明顯的分層現(xiàn)象，但色度仍較高。為達(dá)到控制色度的目的，本實(shí)驗(yàn)對廢水進(jìn)行脫色處理實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)先向100 mL煉鋼保護(hù)渣廢水中先投加12 mL PAC和8 mL PAM進(jìn)行絮凝處理，再向廢水中添加活性炭、過氧化氫、次氯酸鈉等物質(zhì)進(jìn)行脫色處理。

表6 廢水脫色試驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)23廢水色度未發(fā)生變化，實(shí)驗(yàn)24和實(shí)驗(yàn)25廢水色度均發(fā)生降低。經(jīng)實(shí)驗(yàn)結(jié)果對比發(fā)現(xiàn)，過氧化氫和次氯酸鈉都有較好的氧化脫色效果，但次氯酸鈉處理時(shí)間短、脫色效果更好。通過進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，向100 mL的處理前廢水投加12 mL PAC和8 mL PAM進(jìn)行絮凝，再投加1 mL的次氯酸鈉進(jìn)行脫色，處理效果最好。廢水經(jīng)絮凝和脫色處理后，色度已符合污水處理廠進(jìn)廠標(biāo)準(zhǔn)。

經(jīng)檢測，處理前廢水的COD值為1607.52 mg/L，氨氮含量為30.19 mg/L。處理后廢水的COD值為342.72 mg/L，COD去除率為77.53%；處理后廢水的氨氮含量為3.66 mg/L，廢水處理的氨氮去除率為87.9%，處理后廢水能夠滿足污水處理廠進(jìn)水標(biāo)準(zhǔn)。

3 結(jié)論

通過向廢水投加絮凝劑的方法，降低了廢水的COD值與氨氮含量，使處理后廢水達(dá)到污水處理廠進(jìn)廠標(biāo)準(zhǔn)。在實(shí)驗(yàn)中，以處理后廢水的COD值和氨氮含量為考察指標(biāo)。經(jīng)過多次實(shí)驗(yàn)，確定了聚合氯化鋁和聚丙烯酰胺的復(fù)配使用為廢水的最佳處理方法，找到了廢水處理的最佳藥物添加量。通過添加活性炭、過氧化氫、次氯酸鈉等藥品對廢水進(jìn)行脫色實(shí)驗(yàn)，得到較好的脫色效果。實(shí)驗(yàn)得出的較佳實(shí)驗(yàn)條件為：每100 mL煉鋼保護(hù)渣生產(chǎn)廢水中先投加12 mL PAC(質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%)和8 mL PAM(質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.1%)進(jìn)行絮凝處理，再投加1 mL次氯酸鈉溶液(有效濃度為10%)進(jìn)行脫色，這樣處理后的廢水能夠滿足污水處理廠進(jìn)水指標(biāo)，達(dá)到排放要求。