太鋼冶煉綜合廢水集煉鐵?燒結(jié)?煤氣洗滌?煉鋼?連鑄等生產(chǎn)工藝用水為一體,并混有廠區(qū)少量生活污水,是典型的鋼鐵工業(yè)綜合廢水,其含有大量的懸浮物?有機(jī)物?膠體?金屬離子和無機(jī)鹽,水質(zhì)指標(biāo)變化幅度較大?其廢水處理工程采用了壓力溶氣氣浮(DAF)技術(shù),并于2000 年投入使用?然而自投用以來,DAF 一直未連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行, 存在的主要問題是:氣浮池出水水質(zhì)達(dá)不到工序控制指標(biāo)(油≤5mg/L), 導(dǎo)致后工序纖維球過濾器運(yùn)行負(fù)荷增大?頻繁反沖洗;設(shè)備選型與實(shí)際工藝現(xiàn)狀不匹配,如釋放器堵塞現(xiàn)象嚴(yán)重,池面沒有微氣泡溢出;氣浮泵進(jìn)水管設(shè)置的手動型射流吸氣閥,既影響溶氣罐的“氣水比”調(diào)控操作又增加氣浮泵的沖擊負(fù)荷?2007 年在單套DAF 裝置試驗(yàn)性改造的基礎(chǔ)上,對冶煉廢水處理的氣浮系統(tǒng)從設(shè)備?工藝?設(shè)施等方面進(jìn)行了優(yōu)化性改造,實(shí)現(xiàn)了設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行?工序水質(zhì)指標(biāo)達(dá)標(biāo)?筆者介紹了DAF 在鋼鐵工業(yè)綜合廢水 中處理的應(yīng)用情況,以期為國內(nèi)同行提供參考?

1 工藝流程簡介

1.1 廢水處理工藝流程

來自各生產(chǎn)單位的工業(yè)廢水經(jīng)管道或暗涵等最終匯入總廢水明渠,進(jìn)入污水處理系統(tǒng)?首先經(jīng)機(jī)械格柵去除較大的雜物?漂浮物,經(jīng)渣漿泵提升至中心配水井, 第一次投加PAC 和PAM;4 座輻流沉淀池的出水經(jīng)方形明渠自流匯合進(jìn)入機(jī)械反應(yīng)池,在反應(yīng)池前端再次投加PAC 和PAM, 經(jīng)充分?jǐn)嚢杌旌虾筮M(jìn)入12 格氣浮池?氣浮池出水經(jīng)水泵加壓送至纖維球過濾器處理后,進(jìn)入廠區(qū)回用水池循環(huán)使用?廢水處理工藝流程如圖1 所示?

1.2 水質(zhì)指標(biāo)廢水處理系統(tǒng)水質(zhì)指標(biāo)見表1?

2 氣浮系統(tǒng)

壓力溶氣氣浮適用于處理低濁度?高色度?有機(jī)物含量高?含油量高的廢水,其特點(diǎn)是:水力負(fù)荷高,氣浮池緊湊,產(chǎn)生的氣泡不僅微細(xì)?力度均勻?密集度大,而且上浮穩(wěn)定,對液體擾動微小?本工程中氣浮系統(tǒng)的工藝流程見圖2?

2.1 主要設(shè)計參數(shù)

氣浮池共12 格,分為6 個氣浮單元,每2 個氣浮池構(gòu)成1 個氣浮單元,配1 套氣浮回流泵?1 套壓力溶氣罐2 格氣浮池?系統(tǒng)總處理水量3 500 m3/h,單格氣浮池處理水量約300 m3/h?單個池子尺寸18 m×5.5 m×2.5 m, 有效水深2.0 m, 停留時間為35 min,回流比40%,溶氣罐壓力0.50 MPa,釋放的氣泡D 20~40 μm?

2.2 主要設(shè)備

氣浮系統(tǒng)的主要設(shè)備包括壓力溶氣系統(tǒng)?溶氣釋放系統(tǒng)?氣浮池和刮泥刮渣機(jī)等,其主要設(shè)備及工藝技術(shù)參數(shù)見表2?

回流比是指經(jīng)氣浮設(shè)施處理后的溶氣水量與待處理水量的比值?原設(shè)計回流比為40%,由于設(shè)計的回流比較高,即氣浮泵的流量大,因此實(shí)際運(yùn)行中出現(xiàn):氣浮池的處理負(fù)荷增加?HRT 縮短?回流氣浮泵的電機(jī)功率相應(yīng)增大等問題?為此通過調(diào)節(jié)每格氣浮池內(nèi)8 套釋放器支管DN 50 閥門的開度,將回流比由40%降低為18%~22%, 即每格氣浮池的回流水量由100 m3/h 降低為45~55 m3/h, 不僅保障了氣浮的處理效果,還有效減少了電能消耗,6 套氣浮單元至少可節(jié)約電費(fèi)5.83 萬元/a?

3.2 空氣的導(dǎo)入方式

原設(shè)計采用射流吸氣方式, 并在氣浮泵的進(jìn)水管道上安裝DN 50 射流式吸氣閥?按照這一吸氣方式, 運(yùn)轉(zhuǎn)中水泵利用負(fù)壓將常壓狀態(tài)下的空氣裹挾導(dǎo)入,在葉輪的離心旋轉(zhuǎn)下,將氣體打碎?溶解,進(jìn)而形成飽和溶氣?然而在運(yùn)行中發(fā)現(xiàn),由于是在水泵的進(jìn)水管導(dǎo)入空氣, 所以直接對水泵的穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)產(chǎn)生了負(fù)面影響,致使水泵檢修較為頻繁,軸承運(yùn)轉(zhuǎn)壽命不足2 個月?另外氣浮泵的每次開停,都必須調(diào)整吸氣閥的開度,操作比較繁瑣,而吸氣閥的開度大小,將決定回流水中空氣的溶解度?

調(diào)整優(yōu)化時,將生產(chǎn)現(xiàn)場管道中的壓縮空氣(壓力值≥0.5 MPa)通過D=20 mm 的管道直接引入氣浮裝置的溶氣罐,不僅有效減緩了氣浮泵的振幅,使軸承運(yùn)轉(zhuǎn)壽命大于4 個月, 而且便于生產(chǎn)運(yùn)行的管理,簡化了操作環(huán)節(jié)?

3.3 溶氣罐結(jié)構(gòu)和氣水比的調(diào)控

原有溶氣罐內(nèi)部無附屬部件或填料, 外部未設(shè)置液位等檢測儀器?水相和氣相在溶氣罐內(nèi)的混合,即氣水比的調(diào)控效果差?溶氣罐內(nèi)水位高低是影響氣浮效果的重要因素?水位太高,縮小了水氣接觸的有效容積,溶氣效果不好;水位太低則缺乏必要的緩沖水深,氣體會穿過水層進(jìn)入氣浮池形成大氣泡,氣浮效果也不佳?對溶氣罐采取以下的優(yōu)化改進(jìn):在溶氣罐內(nèi)部設(shè)置多孔隔板,并裝填規(guī)格為D 75 mm×75 mm 階梯環(huán),材質(zhì)為聚乙烯,填充厚度為0.6 m;在溶氣罐罐體高度的1/2 處安裝液位浮球開關(guān), 在壓縮空氣管道上安裝電磁閥?

隔板的設(shè)置和階梯環(huán)的裝填, 增加氣水接觸面積90 m2,改善了溶氣罐內(nèi)空氣在水中的溶解?浮球液位開關(guān)和電磁閥相連鎖,罐內(nèi)液位高,電磁閥通,補(bǔ)入壓縮空氣;罐內(nèi)液位低,電磁閥斷,切斷壓縮空氣?由此較為成功地解決了氣水比調(diào)控問題?

3.4 接觸區(qū)的結(jié)構(gòu)設(shè)置

氣浮池的接觸區(qū)表面積和隔墻高度, 是影響氣浮效果和出水水質(zhì)的重要因素?含氣絮凝體的水平分速度有限, 如果氣浮池接觸區(qū)表面積過大或隔墻的高度較高,當(dāng)水平分速度為零時,含氣絮凝體仍處于接觸區(qū)的區(qū)域內(nèi),導(dǎo)致雜質(zhì)的二次沉降?原氣浮池設(shè)置的接觸區(qū)容積偏大,停留時間約120 s;隔墻的高度較低,約1.2 m?

參照相關(guān)專業(yè)手冊和成熟案例, 對氣浮池的結(jié)構(gòu)作出調(diào)整:縮小接觸區(qū)容積, 水力停留時間≤60 s〔1〕;增加隔墻的高度,使其低于池內(nèi)水面0.20~0.25 m?隔墻的頂部設(shè)置傾角45°導(dǎo)板,傾斜導(dǎo)板的寬度約120 mm?導(dǎo)板的設(shè)置,使氣泡附著物出接觸區(qū)前先折流上浮,從而提高氣浮效果?

3.5 接觸區(qū)泥砂沉積的影響

待處理廢水在進(jìn)入氣浮池前,SS≤60 mg/L?隨著運(yùn)行周期的延長, 部分顆粒物或雜質(zhì)沉積于接觸區(qū)內(nèi),過流斷面相應(yīng)地減小,氣泡附著物的合速度矢量更會向下偏轉(zhuǎn)〔2〕?如此,部分絮狀物的上升速率減弱?針對這一現(xiàn)象,要增強(qiáng)氣浮效果,盡可能地增大接觸區(qū)的過流截面, 使出該區(qū)的水流在水平方向上的速度值降低,合速度逼近垂直方向?對密度大的雜質(zhì)和懸浮物含量較高的來水, 應(yīng)強(qiáng)化前工序的預(yù)沉處理,控制氣浮池的進(jìn)水SS≤40 mg/L,氣浮池的進(jìn)水流速控制在0.1 m/s 以下?

接觸區(qū)與分離區(qū)的原有隔墻, 其底部與砼池底為一體澆筑成型?改進(jìn)的鋼制隔墻底部與池底預(yù)留約100 mm 間隙,便于接觸區(qū)內(nèi)的積泥排泄,保障了接觸區(qū)容積和過流截面?同時修訂崗位操作規(guī)程,將原有氣浮池底部積泥清理周期由1 次/季度調(diào)整為1 次/月?

3.6 釋放器的選型

廢水處理系統(tǒng)最初采用TJ 型釋放器,出口通道易被水中的雜質(zhì)堵塞,影響氣浮效果,釋放器的清理工作較為頻繁?改進(jìn)后全部采用D=50 mm 的TV 型釋放器,并安裝在距進(jìn)水端池壁≤200 mm?池底部≤200 mm 處?TV 型釋放器具有的優(yōu)點(diǎn):當(dāng)出現(xiàn)堵塞時,接通壓縮空氣即可使下盤下移,增大水流通道而使堵塞物排出?

4 優(yōu)化后氣浮處理出水效果

優(yōu)化后氣浮處理出水效果達(dá)到了要求的控制指標(biāo),結(jié)果見表3?

5 結(jié)論

(1)在對鋼鐵企業(yè)廢水的處理中,采用部分回流加壓氣浮法可有效提高油?COD 去除率, 系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定,滿足回用水質(zhì)要求?

(2)通過對溶氣罐的改進(jìn),增加隔板?裝填階梯環(huán)?浮球液位開關(guān)和電磁閥等,溶氣效果得到提高,自動調(diào)整氣?水混合比,便于生產(chǎn)操作?穩(wěn)定運(yùn)行?

(3)泵后進(jìn)氣方式優(yōu)于泵前進(jìn)氣,可延長氣浮泵運(yùn)轉(zhuǎn)周期;在保障氣浮池出水水質(zhì)指標(biāo)前提下,適當(dāng)降低回流比,節(jié)省電能消耗?