攪拌氣浮法在熱軋濁環水處理中的應用

付乾坤 ，楊大正 ，侯勇 ，田威 ，徐鵬飛 ，高恩運

（1.鞍鋼股份有限公司熱軋帶鋼廠，遼寧 鞍山 114021；2.鞍鋼集團鋼鐵研究院，遼寧 鞍山 114009；3.鞍鋼集團工程技術有限公司，遼寧 鞍山 114021；4.鞍山鋼鐵集團公司安環部，遼寧 鞍山 114009）

鋼坯熱軋時需要對其進行高壓水除鱗，還需對輥道、軋輥、矯直機前輥和直輥、分段剪后輥等進行水冷。軋鋼消耗的潤滑油和潤滑脂進入濁環系統，其與鋼坯軋制過程中脫落的氧化鐵皮和灰塵等粘附在一起形成含油濁水。這種濁水經提升泵提升至平流池入水端后經配水渠進入平流沉淀池，沉淀后形成熱軋油泥。噸鋼油耗大的熱軋線產生的熱軋油泥因含油率高，需要除油方可回收利用，傳統的熱軋油泥處理方法是焙燒或加藥清理，存在處理成本高和產生二次污染的問題。另一方面，濁環水系統中的懸浮物和含油量分別為1 000～1 500 mg/L 和 30～80 mg/L，濁水中的細氧化鐵皮、懸浮物和油易堵塞噴嘴，導致過濾器濾料板結和惡化水質，甚至會造成爆輥等事故，嚴重影響產品質量和生產順行。熱軋濁環水中的浮油和分散油約占總含油量的60%～80%，乳化油和溶解油約占20%～40%，均較難去除。國內外研究人員結合企業特點就如何降低濁環水系統中的懸浮物和含油量進行了很多探索和技術改進，希望將平流池出水懸浮物和含油量分別控制在20～30 mg/L和 5～10 mg/L。

本文介紹的熱軋濁環水攪拌氣浮法不僅凈化濁環水水質，而且還能有效降低熱軋油泥的含油率，使其作為燒結原料循環利用，廢油也被煉油廠回收利用。解決了困擾鋼鐵行業多年的環資難題，達到國際領先水平，在國內外具有廣泛的推廣應用價值。

1 傳統熱軋濁環水處理方法的缺點

（1）一次或二次沉淀法

用一個或兩個旋流沉淀池來完成除油和去除氧化鐵皮。該方法占地小，運行管理方便，但去油和去除氧化鐵皮效果較差。

（2）一次沉淀二次混凝沉淀法

濁環水經一次鐵皮坑沉淀、旋流沉淀池沉淀的同時，再加藥去油和去除氧化鐵皮。該方法工藝簡單，但懸浮物去除能力有限。

（3） 一旋、二平、三過濾法

濁環水經旋流井去除粗顆粒氧化鐵皮，再經平流池二次沉淀去除浮油和部分細顆粒氧化鐵皮后，平流池出水經過濾罐中的濾料過濾，或用高速過濾器、磁濾方式進一步凈化水質。該方法比前兩種方法水質有所提高，但浮油回收效率低、出水效果不好、過濾器濾料易板結和堵塞，需要經常更換濾料，嚴重影響水質，影響生產和軋鋼質量。

（4）纖維球過濾法

該方法有效降低水中懸浮物和含油量，但需要更換成本較高的濾料。

（5）加藥稀土磁盤過濾法

該方法通過向熱軋濁環水中投加藥劑，由稀土磁盤把氧化鐵皮和藥劑捕捉的油分和懸浮物吸到磁盤上脫附，再處理這些含油和藥劑的鐵泥。如汪穎報道了采用管道混合器加PAM（0.25 mg/L）和 PAC（0.55 mg/L），使懸浮物從 500～1 000 mg/L降為30 mg/L，油含量從40～100 mg/L降低到5 mg/L以下。該方法雖然能使水質得到有效改善，但投資和藥劑成本較高，而且含油和藥劑鐵泥需要進一步無害化處理，加藥還影響到浮油的回收利用。

（6）加藥氣浮法

該方法是向平流池濁環水中加藥，再用氣浮方法去除水中的懸浮物和油。如閆繼寧報道了向1 060 mm×150 mm×275 mm的氣浮池加入PFS混凝劑30 mg/L，調整壓力溶氣氣浮參數，凈化水質。該方法能有效降低水中懸浮物和含油量，適合對出水水質要求高時采用，但存在投資大、運行成本高和平流池底泥和廢油難處理問題。

以上處理工藝均沒有兼顧提高平流池出口水質和降低平流池底熱軋油泥含油率的研究。

2 攪拌氣浮法優勢及工作機理

2.1 攪拌氣浮法優勢

利用攪拌器或管道攪拌器產生的攪拌力，使得平流池入水中的細氧化鐵皮表面附著的部分油膜剝離至水中，然后通過高效溶氣裝置產生的微米級小氣泡將水中的油分（浮油和分散油）和懸浮物上浮至平流池表面，從而降低了平流池出水的含油量和懸浮物，同時也降低了沉入平流池底部鐵泥的含油率。

與傳統氣浮法相比，攪拌氣浮法是通過氣浮方法去除水中的油分和懸浮物，充分考慮了水中細氧化鐵皮表面油分的去除。

2.2 工作機理

表面附有油膜的懸浮物和油滴具有憎水性，它們對水分子的引力小于水分子間的引力，當它們趨近微細氣泡時，在表面張力的作用下與微氣泡粘附在一起，總比表面能降低。微細氣泡與以上懸浮物和油滴的共聚體的密度小于水的密度，密度差產生的浮力使共聚體上浮至水面，這可從傳統的氣浮理論得到解釋。進入平流池的濁水中含有表面附有油膜的細氧化鐵皮、懸浮物和油滴。濁環水中的浮油附著在細氧化鐵皮表面，在進水擾動和機械攪拌力的作用下部分油膜被剝離至水中。當平流池中通入大量微細氣泡并均勻分散在溶氣水中，絕大多數表面附有油膜的懸浮物和被從細氧化鐵皮表面剝離至水中的油滴粘附微細氣泡后，快速上浮在水面形成穩定的含微氣泡的浮油層。因此，攪拌氣浮法在降低平流池出水懸浮物和水中含油量的同時，也降低了平流池沉淀底泥的含油率。

3 攪拌氣浮法的應用

鞍鋼股份有限公司熱軋帶鋼廠（以下簡稱“熱軋廠”）1780生產線濁環水處理系統有4個平流池，總循環水量為12 000 m/h。平流池是傳統的三段式（旋流-沉淀-過濾）熱軋濁環水處理系統的一個單元，因傳統工藝設計和擴大產能等原因使得噸鋼油耗較高，加上1700生產線反沖洗水匯入1780生產線濁環水系統，2015年該廠1780生產線平流池產出油泥干基含油率高達16.1%，致使全鐵含量很高的鐵泥無法循環利用，只能通過更換濾料等方法維持生產。在不加藥的情況下把平流池出水懸浮物和水中含油量控制在40 mg/L和10 mg/L以下。

3.1 攪拌氣浮法工藝流程

為了降低平流池排出的熱軋油泥含油率并改善平流池出水水質，開展了平流池在線攪拌氣浮除油中試試驗。圖1為熱軋廠1780生產線平流池攪拌氣浮法流程圖。利用熱軋廠大修時機，在平流池入水端增加攪拌器和一次釋放器，在平流池適當位置增加二次釋放器，增加回流泵、儲氣罐和溶氣裝置，溶氣裝置產生的溶氣水通過釋放器釋氣。

圖1 熱軋廠1780生產線平流池攪拌氣浮法工藝流程Fig.1 Flow for Dissolution Air Flotation Used by Horizontal Tank in 1780 Production Line of Hot Rolled Mill

3.2 應用效果

對比2016年和2017年相同日期氣浮法改造前后平流池出口水中懸浮物和含油量情況。圖2為改造前、后平流池出口水中懸浮物和含油量的對比。由圖2（a）看出，改造后后平流池出口水中懸浮物含量總體上低于改造前。經計算，改造前平流池出口水中懸浮物29.26 mg/L，改造后降至21.52 mg/L。由圖2（b）看出，改造前平流池出口水中含油量波動較大，甚至超過限值9 mg/L，而改造后低于限值。計算得知，改造前平流池出水含油量為8.10 mg/L，氣浮后水含油量為7.82 mg/L。

圖2 改造前、后平流池出口水中懸浮物和含油量的對比Fig.2 Comparison of Suspended Solids and Oil Content at Outlet of Horizontal Tank before and after Upgrading

自2017年2月熱軋廠1780生產線平流池應用攪拌氣浮法穩定運行至今，每年回收1.72萬t平流池鐵泥并作為燒結原料利用，每年回收1 849 t廢油作為煉油企業原料利用，為企業節省大量的處置費，年創效1.13億元。減排二氧化碳、降低濁環系統過濾罐維護成本、提高鋼材表面質量，投資僅為蒸餾法的十分之一、轉底爐法的千分之一，處理過程環保、無二次污染，高度自動化、運行穩定，無需增加定員。

4 建議

在對三段式除油平流池出水水質要求不高（如懸浮物小于40 mg/L和水中油含量為9 mg/L）的情況下，可采用攪拌氣浮法。平流池出口水中浮油大部分被浮至平流池表面，但是，少量乳化油和溶解油仍在水中，氣浮法難以去除。如果企業對濁環水質提出更高要求，則建議同時采用加藥和攪拌氣浮法。

5 結語

平流池攪拌氣浮法處理熱軋濁環水可以降低平流池出口水中懸浮物和含油量，回收利用平流池底熱軋油泥中的鐵泥和廢油。鞍鋼股份有限公司熱軋帶鋼廠采用該方法后，平流池出口水中懸浮物由29.26 mg/L降至21.52 mg/L，水中含油量由8.10 mg/L降至7.82 mg/L。回收熱軋油泥中的鐵泥和廢油并節省企業處置費每年創效1.13億元。當對平流池出口水質要求較高時，可同時采用加藥和攪拌氣浮法。