PAC在鋼鐵綜合廢水深度處理中的應用研究

中冶京誠工程技術有限公司，北京 100176

鋼鐵工業作為我國國民經濟的重要支柱產業，產生的經濟效益巨大，但是帶來的環境污染也非常嚴重，鋼鐵廠產生的廢水會直接污染周圍水質。目前鋼鐵廢水常規處理方式主要為沉淀過濾，該處理方式存在不少的問題。在回用水含鹽量過高的情況下，會直接影響回用水質量。針對目前我國鋼鐵廠廢水處理中存在的問題，需要加強對廢水深度綜合處理的研究，在鋼鐵廠廢水深度處理中應用新的處理工藝，解決回用水中含鹽量較高的問題。

1 進一步改進膜法預處理工藝的必要性

鋼鐵行業生產中會產生大量廢水，且廢水水質不穩定，含有較多浮油。一般情況下，綜合廢水常規處理后還存在一部分微量油，如果直接采用膜法處理含油廢水將造成嚴重的膜污染。目前廢水深度處理采用的是雙膜（UF/RO）工藝，其中涉及的超濾技術對油有一定的去除效果，可以有效保護反滲透膜。但是此種處理工藝采用的膜是用有機材料生產的，清洗膜難度系數較大。為此，需要深化膜法預處理工藝的研究，促使該工藝進一步優化。

砂濾在膜法預處理中的應用可以進一步減少懸浮物，對后續膜法運行起到保護作用。但是砂濾并不能去除廢水中的油，因此結合現場實際情況開展了直接砂濾—超濾以及利用聚合氯化鋁（PAC）微絮凝—砂濾—超濾兩種試驗，研究PAC微絮凝對出水水質的影響。

2 試驗方法

2.1 試驗用水

此次試驗用水來自某鋼鐵廢水處理濾池出水，其中原水水質情況如下：化學需氧量（COD）為22.3mg/L、油含量為2.4mg/L、濁度為0.85NTU。

2.2 試驗裝置

此次試驗砂濾是由3種級配的石英砂濾料填充在砂濾罐中，砂濾罐高度為1.5m、直徑為1.0m。超濾膜使用中空纖維膜，主要成分是聚醚砜，采用錯流式。另外此次試驗還配備1套反滲透裝置。

2.3 試驗測定方法

采用鉻酸鉀法監測COD；采用《鍋爐用水和冷卻水中油含量的測定》（GB/T 12152—2007）中的紫外分光光度法監測油含量；采用TDT-1型濁度儀對濁度進行現場檢測。

3 試驗討論

3.1 PAC去除COD的效果

此次試驗中PAC去除COD的效果見表1。

表1 PAC去除COD的效果

由表1可以看出，沒有投加PAC的砂濾和超濾的去除COD的能力較差，原因是原水中所含的COD含量較低，經過傳統的廢水處理方式去除有機物比較困難，但可以采用投加PAC進行微絮凝-砂濾的處理工藝去除。細菌、微生物、大分子糖類物質以及膠體等可以通過超濾去除，而該工藝去除有機物的效果相對較差。此試驗采用的UF膜截留的分子量為60000D，因此分子量不足60000D的小分子有機物可能會構成小于16.1mg/L的COD。PAC投加后砂濾的COD去除率稍微下降，原因與PAC形成的小絮體有關，為微生物的附著提供了條件，從而引起COD去除率的降低。

3.2 PAC去除油的效果

此次試驗中PAC去除油的效果見表2。

表2 PAC去除油的效果

此次試驗原水來自濾池出水，要想將含油量控制在同一水平顯然是不可能的。因此，試驗將原水含油量范圍劃分為兩組，分別是大于1mg/L和小于1mg/L。結果顯示含油量在原水中大于1mg/L，微絮凝-砂濾處理工藝的油去除效果較好。直接過濾工藝的砂濾出水油含量盡管也能維持在0.5mg/L，但是66.7%的去除率與前者相比較低。原水含油量在小于1mg/L時，兩種處理工藝的油去除率差異性較小，較為接近。

PAC投加后的去油效果與原水水質有直接的關系。砂濾可以截留一些懸浮物，這些懸浮物盡管有一定的吸附作用，但是由于砂粒表面積的制約也影響了其吸附作用，廢水中的油分子絕大多數為溶解油，而砂粒縫的存在促使溶解油透過砂濾器。即便原水中的含油量極少，砂濾透過的油含量也不會無限降低；相反，因為此試驗加入的微量混凝劑含量較少，原水中油含量達到了一定程度，油分子會與PAC接觸吸附，可能形成較大的絮體并被石英砂攔截下來，可見微絮凝-砂濾處理工藝中砂濾所起到的物理截留作用要遠遠大于吸附作用，因此在原水含油量較大的情況下砂濾起到的作用才更為顯著。

為了探究微絮凝-砂濾處理工藝的運行是否穩定，此次研究對該系統連續做了120h的試驗，得出的試驗結果見表3。

表3 連續工況下油處理效果

由表3可知，連續工況下的油處理效果與間歇工況下的油處理效果相比更差，可見兩種處理方法均存在長時間運行下砂濾趨向于穿透的情況，此時吸附攔截能力較差，油去除率不高。進入超濾后的含油量上升，在UF的去油能力沒有達到飽和之前，含油量越大，油去除率也越大。然而，此現象并不符合長期運行工況的特質，特別是原水中含油量在突然增加的情況下會破壞UF膜。在連續工況下，盡管兩種廢水深處理工藝的油去除能力都有所下降，但是相比較而言，微絮凝-砂濾處理工藝去油效果高于直接過濾。在原水含油量較高的情況下砂濾前投加PAC可以將原水中的微量油去除。

3.3 PAC去除濁度的效果

試驗中原水濁度的平均值小于1NTU，在下雨天濁度會大于1NTU。原水水質的變化會影響砂濾出水情況，超濾出水濁度平均值在0.1NTU以下。投加PAC后微絮凝試驗過程中不同單元的出水濁度見圖1。

圖1 不同單元的出水濁度

微絮凝-砂濾處理工藝中砂濾的濁度去除率稍低于直接過濾，但是在超濾階段投加PAC，濁度去除效果會更加顯著，幾乎能去除所有的懸浮物，加上受濁度儀自身精度的影響，超濾出水濁度應該在0～0.05NTU。如果松散結構的顆粒或者絮凝體上附著了懸浮物，即便是透過砂濾進入UF膜也存在被截留的情況。由此可見，投加PAC可以有效去除濁度。

3.4 超濾膜跨膜壓差（TMP）的變化情況

此次試驗中衡量膜污染情況所采取的指標是跨膜壓差，其中運行期間微絮凝超濾的污染影響結果見圖2。結果顯示，超濾膜跨膜壓差增長更快的為直接砂濾處理模式，運行期間PAC沒有投加時超濾的TMP增長了10kPa，而PAC投加后超濾的TMP逐漸穩定下來。結合上述分析的油去除效果，如果PAC形成的膠體因黏附了有機油分子而被阻截在砂濾罐中，要想恢復砂濾的過濾效果只需要做簡單的水力沖洗即可。而不投加PAC時，廢水經砂濾后直接進入超濾膜，會導致超濾膜孔堵塞，此時單純依靠簡單的水力沖洗效果不明顯，即便是通過化學清洗也不能達到原來的過濾效果。

圖2 運行期間微絮凝超濾污染影響

4 結束語

綜上所述，原水中的含油量大于1mg/L時，微量投加PAC有較好的去油效果，不過在沒有達到超濾容納油的極限之前，PAC對超濾出水油含量的影響不明顯。應用微絮凝-砂濾處理工藝存在砂濾出水濁度偶爾有小幅度升高的情況，但從整體應用情況來看，微絮凝-砂濾處理工藝可有效去除濁度。此外，微絮凝-砂濾處理工藝也能夠抑制超濾膜產生不可逆污染問題，對UF膜TMP的增長起到抑制作用。