冷軋含油乳化液廢水處理新思路探究

【摘要】借鑒國內最新技術(shù)研究成果，結合武鋼某冷軋含油乳化液廢水處理實(shí)例，探索一種將氣浮、超濾、生化合理組合，并能靈活控制的新處理思路。經(jīng)系列工業(yè)化試驗表明，此工藝投資省、運行成本低，能很好解決冷軋含油乳化液廢水COD達標排放問(wèn)題，排水CODCr小于100 mg/L。

【關(guān)鍵詞】冷軋；乳化液廢水；氣��；超濾

1.前言

冷軋含油乳化液廢水主要來(lái)自冷軋軋機組、磨輥間和帶鋼脫脂機組、濕平整工藝及各機組的油庫排水等，其中的乳化液成分較為復雜,含有大量的礦物油或植物油、乳化劑及其它有機物,乳化程度高、 性質(zhì)穩定、去除難度較大,排水COD達標困難，是我國鋼鐵行業(yè)廢水處理的一道難題[1]。20世紀70年代，各國廣泛采用氣浮法去除水中懸浮態(tài)乳化油，同時(shí)結合生物法降解COD[2,3]，但由于當時(shí)乳化液成分變化大，影響廢水處理效果。近幾年，隨著(zhù)冷軋工藝 技術(shù)的改進(jìn)，噸材酸堿廢水排量大幅度下降，削弱了酸堿廢水對含油廢水的稀釋作用，使含油廢水處理 難度進(jìn)一步加大，國內各鋼鐵企業(yè)紛紛采用無(wú)機陶瓷膜過(guò)濾裝置，配合生物接觸氧化法降解COD[4,5,6]。 一時(shí)，“超濾+生化”工藝成了冷軋含油乳化液廢水 處理的主流。但從考察國內多個(gè)冷軋廠(chǎng)含油乳化液廢水處理系統的實(shí)際出水指標看，真正做到COD穩定達標排放的企業(yè)并不多，因此，探索新的工藝技術(shù)處理冷軋含油乳化液廢水已成當務(wù)之急。國內高校如東北大學(xué)[7]、蘇州科技大學(xué)[8]均在進(jìn)行相關(guān)技術(shù) 研究。鋼鐵企業(yè)也在進(jìn)行技術(shù)探索，例如：寶鋼[9]1800 冷軋含油乳化液廢水處理系統在超濾后增加了MBR工藝，天鐵冷軋含油廢水處理系統在超濾后增加了催化氧化裝置，等等。但到目前為止，國內還沒(méi) 有就此達成共識，形成統一的技術(shù)規范。采用的部分新工藝雖能提高處理效果，但投資和運行成本極高， 在當前行業(yè)不景氣的情況下，推廣應用較為困難。 武鋼某冷軋廠(chǎng)設計年產(chǎn)量230萬(wàn)t，其含油乳化 液廢水系統(含濃堿廢水)設計平均水量24 m3/h，工 藝采用無(wú)機陶瓷膜超濾加生物接觸氧化法。自該廠(chǎng) 投產(chǎn)2年多來(lái)，含油乳化液廢水處理系統COD一直不能穩定達到排放要求，斜板沉淀池出水CODCr一 直在1500 mg/L左右，導致整個(gè)廢水處理系統最終排口COD超標。針對目前實(shí)際運行情況，在該廢水處理工藝基礎上，探索了一種將氣浮、超濾、生物接觸氧化法合理組合，并能靈活控制的新處理思路。

2.含油乳化液廢水處理系統現狀解析

2.1水質(zhì)特征

含油乳化液廢水(含濃堿廢水)實(shí)際排放量在 300~500 m3/d，來(lái)水主要污染物指標CODCr在 10000~20000 mg/L之間，pH在9~14之間。超濾進(jìn)水CODCr在20000~35000 mg/L。生物接觸氧化池進(jìn)水 CODCr在2800~4000 mg/L。斜板沉淀池出水CODCr在 1500 mg/L左右。

2.2 原處理工藝及參數

原處理工藝如圖1所示。

設備及構筑物參數：

調節池2座，總容積1600 m3。超濾12個(gè)單元， 每單元處理能力2 m3/h，循環(huán)箱容積237 m3。生化池 1座，總容積250 m3。破乳箱2個(gè)，總容積50 m3。

2.3 運行剖析

該廠(chǎng)建成投產(chǎn)2年多來(lái)，含油乳化液廢水處理 系統COD一直未能達到排放要求。經(jīng)過(guò)調查分析 發(fā)現，造成該廢水處理系統出水COD不達標的原因主要有：

2.3.1超濾處理系統不完善，循環(huán)箱和乳化液調節 池存在嚴重皂化和COD濃度富集現象，出水COD濃度太高；

2.3.2生化池容積小，COD容積負荷率高達3.7~8.9 kg/m3.d，大大高于HJ/T337-2006標準規定（不大于1 kg/m3.d），COD去除率低；

2.3.3生化池營(yíng)養比不協(xié)調，檢測發(fā)現嚴重缺氮，細 菌繁殖不好；

2.3.4生化池間斷進(jìn)水，COD負荷沖擊大，影響生化 處理效果。

3 處理新思路

3.1新思路的提出

超濾裝置的出水水質(zhì)、運行成本與進(jìn)水COD 濃度、含油量高低密切相關(guān)。進(jìn)水含油量越高，出水 水質(zhì)越差，運行通量和周期下降，清洗頻次和運行 成本相應增加。超濾工藝的優(yōu)點(diǎn)是對COD和油的過(guò)濾效果好、對油的性質(zhì)和狀態(tài)適應性強，缺點(diǎn)是 設備投資高（處理1 m3/h水量的設備投資在40萬(wàn) 元左右），循環(huán)箱COD和油含量升高速度快，浮油 分離困難，易出現皂化，使出水水質(zhì)變差，處理成本 增加。如何降低超濾進(jìn)水COD和含油量是改善超 濾處理效果，降低運行成本的關(guān)鍵。浮選技術(shù)除油 效果好，設備投資低（處理1 m3/h水量的設備投資 在1萬(wàn)元左右），合理選配絮凝劑還對COD有明顯 去除效果，在國內石油行業(yè)有大量應用，但其處理 效果受廢水所含油的性質(zhì)和濃度影響大。如能將超 濾和浮選工藝進(jìn)行組合，用于冷軋含油廢水處理， 將是一種新的工藝思路，在國內還沒(méi)有應用案例。 存在的技術(shù)風(fēng)險是浮選出水殘留的絮凝劑是否影 響超濾運行。但從報道看，在線(xiàn)混凝超濾在國內有 成功的小試。本項研究擬以現有冷軋含油乳化液廢 水處理工藝為依托，開(kāi)展現場(chǎng)中試作，對“浮選+超 濾+生化”組合工藝的應用效果進(jìn)行驗證。

3.1.1工藝確定原則

(1)充分利用現有處理工藝設施；

(2)投資小，運行成本低；

(3)工藝調整方便，對水質(zhì)、水量變化適應性強；

(4)所選用工藝技術(shù)成熟，處理效果好、運行穩 定。

3.1.2新思路工藝路線(xiàn)

新思路工藝路線(xiàn)如圖2所示。

3.2工藝說(shuō)明

車(chē)間排來(lái)的含油乳化液廢水由調節池收集，并 調節到一定溫度和水質(zhì)要求，利用調節池內經(jīng)過(guò)改 進(jìn)的收油裝置回收上層浮油。投加適當的破乳劑 后，用氣浮法分離去除乳化態(tài)的油及污染物。用超 濾裝置截留小顆粒油珠和大分子溶解性有機物。剩 余極少量膠體狀油珠及小分子水溶性有機污染物 利用經(jīng)過(guò)馴化的微生物進(jìn)行生化降解。生化出水經(jīng) 斜板沉淀池澄清后排至酸堿廢水系統進(jìn)一步處理， 最終實(shí)現COD達標排放。

運行過(guò)程中，當水量或水質(zhì)異常變化時(shí)，可視 情況對氣浮與超濾進(jìn)行串、并聯(lián)組合運行，對工藝 進(jìn)行靈活調控。

4.工業(yè)化試驗

在工業(yè)化試驗期間，含油乳化液廢水處理量為 15 m3/h。為了不影響現有系統的處理能力，實(shí)施分 段性試驗。首先進(jìn)行生化試驗，然后進(jìn)行氣浮單機 試驗，最后在生化與氣浮試驗的基礎上進(jìn)行氣浮、 超濾、生化組合試驗。

4.1生化試驗

生化試驗分兩個(gè)階段進(jìn)行。第一階段主要觀(guān)察 改善生化池營(yíng)養比和生物結構，在進(jìn)水COD容積 負荷不變情況下的生化處理效果。試驗采取的主要 措施有：接入嗜油生物菌種，投加適量的生物酶催 化劑，添加廢水中缺乏的生物營(yíng)養元素，改善細菌 營(yíng)養比，并對細菌進(jìn)行適當馴化。

通過(guò)40天的試驗觀(guān)察，第一階段生化池的 COD平均去除率從原來(lái)的50%提高到了80%以上， 試驗前后生化池的進(jìn)出水COD數據見(jiàn)表1。

從表1數據看，改進(jìn)生化池營(yíng)養比和細菌結構后，能夠改善生化處理效果，提高COD去除率，但出水COD還是較高，不能實(shí)現COD達標排放。

第二階段生化試驗主要觀(guān)察降低生化池COD負荷，同時(shí)改善營(yíng)養比和生物結構時(shí)的生化處理效果。試驗采用小試裝置，處理水量選100 L/h和200 L/h，乳化液經(jīng)過(guò)破乳后連續進(jìn)生化池，生化池容積 3 m3。試驗方法與第一階段基本相同。

通過(guò)50天的試驗觀(guān)察，馴化結束后，生化池容積負荷在0.96~1.28 kg/m3.d的條件下，COD平均去除率在93%以上，兩種負荷條件下生化池進(jìn)出水COD數據見(jiàn)表2。

從表2數據看,在連續進(jìn)水條件下,當生化池容積負荷在1 kg/m3.d左右,生化效果很好,COD去除率高,能夠滿(mǎn)足廢水達標排放需要。

4.2氣浮試驗

本次試驗采購了一套處理能力為15~20 m3/h 的溶氣氣浮裝置。在氣浮試驗前，先進(jìn)行小試初步篩選破乳劑和絮凝劑的種類(lèi)，試驗中嚴格控制pH 在不同破乳劑的最佳反應范圍內，從觀(guān)察氣浮浮渣和出水COD的測量數據來(lái)控制各種藥劑的投加量，氣浮試驗的數據如表3所示：

從表3數據看，氣浮出水COD值比超率低，波動(dòng)幅值也相對較小，能減輕對生化池的沖擊。

4.3 氣浮、超濾、生化組合試驗

氣浮、生化試驗取得良好的效果后，將氣浮、超 濾、生化串聯(lián)組合試驗，試驗前將超濾循環(huán)箱進(jìn)行 徹底清洗（如不清洗循環(huán)箱，超濾通量會(huì )快速下 降）。試驗水量10 m3/h，連續進(jìn)水。

在系統調試穩定后，試驗持續了一周時(shí)間。通 過(guò)觀(guān)察發(fā)現，試驗的前1~2天，超濾裝置的COD去 除率很低，僅15%左右。但隨著(zhù)時(shí)間的延長(cháng)，其出水 COD逐步下降，最終穩定在500 mg/L以下。超濾的 平均通量與沒(méi)有氣浮相比高50%以上，運行周期可 延長(cháng)一倍以上。試驗代表性數據見(jiàn)表4所示。

實(shí)現轉爐濁水循環(huán)后，系統新水補水量由改造 前的580 m3/h降低到220 m3/h,節約新水360 m3/h. 年節約新水量=360 m3/h×24 h×320 d=276.48萬(wàn)m3/年； 則年節約新水費=年節約新水量×新水價(jià)格 =276.48萬(wàn)m3/年×1元/m3=276.48萬(wàn)元

轉爐濁水循環(huán)后，年節約新水276.48萬(wàn)m3，噸鋼耗新水指標下降0.3 m3/t.

6.3社會(huì )效益分析

循環(huán)水系統工藝設施經(jīng)過(guò)改造后，提高了循環(huán)水重復利用率，重復利用率由改造前的77.6%提高到92.4％。采用水質(zhì)穩定技術(shù)，保證循環(huán)水的水質(zhì)， 使水處理技術(shù)水平有所提高。降低噸鋼新水耗量，部分解決水資源短缺問(wèn)題。新水消耗量降低后系統 的外排水量隨之減少，實(shí)現了重復利用減少了環(huán)境污染。作者: 舒純，李楊樹(shù)，鐘付偉