持续回收！利用过程动态分离法处理钢铁废水固废
1 前言
在钢铁生产中，各工艺过程不断产生废水。废水通常很脏，并含有高浓度的悬浮固体和其他污染物。必须先从废水中去除这些污染物，然后才能将其进行内部循环再利用或排入到环境中去。与其他行业一样，由于《清洁水法》的要求，钢铁制造工艺都配备了完善的废水处理工艺设备。因此，钢铁行业不仅能够回收利用大部分水，而且还能够将一小部分清洁水排入公共水道。然而，现有的废水处理技术是以净化水质为导向的。在当前的废水处理过程中，污染物仅仅是通过沉降、混凝、絮凝、沉淀和过滤从水中转移到固体废物中。结果，当水变得洁净时，废水处理固体废物变脏且充满污染物，有时甚至有害。如何回收废水处理固体废物仍然是钢铁制造过程所要面临的挑战。
本文将描述过程动态分离的技术框架，以及原安赛乐米塔尔美国公司（现为克利夫兰—克利夫斯矿业公司）应用该技术生产清洁、干燥和可回收废水处理后的固体废物的一些研究案例。
2 使用涡旋浓缩器去除转炉熄弧器废水中的砂粒
原安赛乐米塔尔美国公司（现为克利夫兰—克利夫斯矿业公司）的一家转炉（BOF）炼钢厂在其转炉废气净化系统中配备了熄弧器。熄弧器内安装一系列水流喷嘴。在转炉设备运行时，喷嘴注入雾化水以冷却热废气。一部分水蒸发变成蒸汽，随转炉废气一起流走。其余的水冲洗废气，并将灰尘颗粒带入废水处理系统。
图2是熄弧器废水处理系统的方框图。将补充水泵入第二混合罐中，以便可以有足够流量的废水被泵至沉淀箱而不会引起管道堵塞问题。熄弧器废水被顶装至拖箱中。砂粒沉淀在拖箱底部，然后溢流废水带着未沉降的固体，与其他废水流一起流入沉淀池以作进一步处理。
在现行实践中，拖箱定期移至排水现场，在那里将其中的泥浆倾倒在地面上，然后倒出固体并回收。
这种操作有许多缺点。首先，由于拖箱并不是有效的分离器，因此其中的泥浆具有很高的水/固体比（大于9∶1）。拖箱移至排水现场时，携带大量的水，既浪费又不安全。其次，由于分离效率差，熄弧器泥浆中的许多固体无法被分离，而且要将带有溢流水的拖车箱留在下游废水处理系统中。这将导致高昂的废水处理成本和较高的不可回收废水处理污泥产生率。第三，当固体在排水现场被回收时，固体经常被地面上的异物污染，固体的可回收性因此而降低。第四，仍是因为分离率低，拖箱固体中含有大量的锌。因此，迫切需要以高的分离效率原位生产干燥固体。
选择配备了脱水分级机的涡旋浓缩器用以研究熄弧器浆液中的砂粒分离。图3是集成的浓缩器和分级机的流程图。涡旋浓缩器与原有拖箱前面的管道连接。熄弧器废水切向流入浓缩器。废水中的悬浮固体沉淀并落至浓缩器底部，净水浮起并作为溢流排出。底流带走沉淀的固体，并切向流入分级室。分级机脱水并排出固体。
该研究是一项全面的工业试验。涡旋浓缩器接收所有直接进入拖箱的熄弧器废水。对入口废水和出口废水进行采样。分析了进水和出水试样中总悬浮固体的浓度。分析了分离固体以及从进水试样和出水试样中回收的固体的尺寸分布和化学组成。使用以下公式评估分离率：
式中，η是分离率（wt%），Sin和Se是进水和出水试样中的悬浮固体浓度（g/cc，每立方厘米水样中固体的克数）。
该试验持续了4天，用涡旋浓缩器处理了22炉次产生的熄弧器废水。每生产一炉钢平均可收集587kg砂粒。砂粒中的平均水分含量为约17 wt％。分离率在95％-98％之间。进水悬浮固体、出水悬浮固体和分离砂粒试样中的平均锌浓度分别为0.17％、1.63％和0.08％。结果便是，利用涡旋浓缩器将悬浮固体从转炉熄弧器废水中动态分离，可得到极为干燥的回收固体，而且分离率高，回收固体中的锌也明显减少。分离出的固体从脱水分级机中排放到容器中的情况如图4所示。
3 热轧厂废水中氧化铁皮的强磁分离
一个热轧带钢厂有两个氧化铁皮坑来接收热轧过程废水。1＃坑接收来自加热炉出料端、第一除鳞辊道和几个粗轧机的废水。2＃坑接收来自最后几个粗轧机、第二除鳞辊道和精轧机的废水。两个坑中的废水被合并，泵送至多介质过滤池中。
在1＃坑用抓斗，而在2＃坑则用链刮板机回收沉降在氧化铁皮坑中的轧机氧化铁皮。2＃坑不断产生油性氧化铁皮，它们无法被烧结厂回收利用，因为该氧化铁皮中高浓度的油会令烧结厂排放出高挥发性的有机化合物（VOC），并可能在烧结厂废气净化系统的布袋除尘器中引发火灾。降低氧化铁皮内的油浓度是一项巨大的挑战。
图5是2＃坑示意图。该坑由五个池组成。第一个池已经停用。第二和第三个池分别接收1＃和2＃精轧水槽的废水。粗轧水槽废水在氧化铁皮坑之前分流，分别流入4＃和5＃池。水槽中的废水高速流动，以防止氧化铁皮颗粒在水槽内的沉淀和堵塞。每个运行的池都有一个链刮板机。在设备运行期间，链刮板机不断将氧化铁皮从氧化铁皮坑内清除。拖箱位于链刮板机的出料端，链刮板机将氧化铁皮装入拖箱。
本次研究选择了1.1T永磁体。将磁铁安装在碳钢杆上，并放置在水槽中。磁铁吸住氧化铁皮颗粒。氧化铁皮被回收并进行分析。同时，从拖箱中取样并进行分析。图6显示的是安装在碳钢杆上的1.1T磁体回收的氧化铁皮。
试验持续了三天。磁铁和链刮板机回收的样品中的平均油浓度如图7所示。显然，较之于现有的坑内沉降和链刮板机静态分离回收的氧化铁皮样品，使用强磁体通过过程动态分离回收的氧化铁皮样品中的油浓度明显更低。
本文为部分内容，详情请参阅《世界金属导报》24期B14。