【技术】高标准环保要求下 轧钢废水处理发展趋势如何

轧钢生产过程中会产生大量的废水，这些废水如果直接排放，不仅污染环境，而且造成水资源的严重浪费。因此，各轧钢厂需要对其废水进行处理，以达到国家轧钢废水排放标准或者厂内相应回用标准。2012年，我国颁布了新的《钢铁工业水污染物排放标准》(GB123456—2012)，该排放标准对钢铁企业轧钢废水处理提出了新的要求，钢铁企业必须对原有技术进行改造和升级，才能满足日益严格的环保标准。

　　1热轧废水处理工艺及现状

　　1．1热轧废水处理工艺

　　1．1．1絮凝一沉淀一过滤工艺絮凝一沉淀一过滤工艺是最传统的热轧废水处理工艺，首先对收集的废水进行初沉淀，去除其中大颗粒的悬浮物，然后送至二次沉淀池，进行絮凝沉淀。处理后浮油用刮油机或撇油机收集去除，废水则加压送至过滤器进行过滤冷却，最后按不同压力分别送至用户循环使用，其典型工艺流程见图1。

　　该工艺可以去除废水中大部分的悬浮物和油类物质，处理后固体悬浮物(ss)≤20mg／L、油类≤5mg／L。絮凝法广泛应用于国内外含油废水处理中，包括化学絮凝和电絮凝。化学絮凝主要是向废水中投加絮凝剂，通过絮凝剂的聚合和吸附等作用将废水中的悬浮物和油类物质去除；电絮凝主要是通过外加电压产生凝聚。目前钢铁企业普遍采用化学絮凝法，选用的絮凝剂多为无机高分子絮凝剂和有机絮凝剂，如聚合氯化铝(PAC)、聚合硫酸铁(PFS)、聚硅硫酸铝(PASS)、聚丙烯酰胺(PAM)等。沉淀法是水处理中最基本的方法之一，通过沉淀法可以去除废水中大部分颗粒较大的悬浮物，并有一定的除油效果。常用的沉淀设备有平流式沉淀池和旋流式沉淀池。过滤法可以将废水中的悬浮物和胶体杂质去除，特别是去除沉淀法不能滤器有石英砂过滤器、活性炭过滤器、核桃壳过滤去除的微小粒子和细菌。根据滤料不同，常用的过器等，根据实际情况可单独使用也可联合使用。

　　1．1．2沉淀一絮凝一气浮一过滤工艺：沉淀一絮凝一气浮一过滤工艺主要以絮凝一气浮一曝气组合的方式取代了絮凝一沉淀一过滤工艺中的二次沉淀池。该方法适用于对处理后水质要求较严格或原水水质较差的热轧废水处理；处理后油类≤5mg／L，铁≤1mg／L，SS≤20mg／L，化学需氧量(COD)去除率60％一80％。气浮法又称浮选法，就是在废水中通入空气，使水中产生大量的微气泡，微气泡与水中的乳化油和密度接近水的微细悬浮颗粒相粘附，粘合体因密度小于水而上浮到水面，形成浮渣，从而加以分离去除。气浮法又分为溶气气浮、布气气浮和电解气浮，目前应用较多的为溶气气浮。

　　1．1．3稀土磁盘工艺：稀土磁盘技术是最近几年我国新开发的热轧废水处理技术，主要是利用稀土永磁材料的磁场轧外运力作用，使热轧废水中的铁磁性物质微粒通过磁场力的作用吸附在稀土磁盘表面；对于非磁性物质微粒和乳化油，采用絮凝技术或预磁技术，使其与磁性物质粘合，一起吸附到磁盘表面去除。根据轧钢废水特性，稀土磁盘技术可以和其他技术组合，形成多种稀土磁盘工艺，如沉淀一稀土磁盘一过滤、沉淀一絮凝一稀土磁盘一过滤、沉淀一絮凝一稀土磁盘一气浮等工艺。典型的沉淀一絮凝一稀土磁盘一过滤工艺如图2所示，

　　图2中虚线框内的设备按用户需求决定取舍。该方法处理后SS≤20mg／L，油类≤5mg／L，废水循环率大于95％。

　　1．2热轧废水处理现状：目前，国内热轧废水的处理主要采用絮凝、沉淀、稀土磁盘、气浮、过滤等组合工艺对水中的SS和油类物质进行去除，表1列出了国内部分钢厂热轧废水处理情况。

　　从表1可以看出，国内钢厂热轧废水处理主要采取絮凝+沉淀+过滤工艺，处理效果基本可以满足再生水用作直流冷却水和洗涤用水的水质标准，但不能满足补充水和工艺用水要求稀土磁盘工艺作为一种新兴的热轧废水处理工艺，因其具有占地面积小、投资少、运行维修费用低和能够实现油泥全部回收等优点，最近几年在热轧废水处理领域得到了较快的发展。此外，包钢对钢渣吸附+陶粒过滤工艺处理热轧废水进行了研究，出水SS<5．5mg／L，含油量<3．5mg／L；武钢对改性纤维球过滤工艺进行了中试研究，出水SS<7mg／L，含油量<5mg／L。但这些工艺还处于实验室阶段，没有在工业上推广应用。

　　2冷轧废水处理工艺及现状

　　目前国内外冷轧废水的处理，主要是根据废水的种类和性质，建立相对独立的供排水系统，分质进行处理。韩国浦项轧钢废水的处理主要是按含氯量的高低进行分类收集，各自进行再生处理。国内钢厂主要按酸碱废水、含油及乳化液废水(以下简称含油废水)、含铬废水分别进行处理，处理后达到回用标准在厂内直接循环使用，达不到标准的混入钢厂污水综合处理管道进行再处理。

　　2．1酸碱废水处理工艺及现状：对于冷轧酸碱废水，目前主要采用中和法处理。中和法是根据废水的pH值，采用中和一絮凝一沉淀一过滤的工艺进行处理。对于呈酸性的废水，一般投加生石灰或石灰乳进行中和；对于呈碱性的废水，投加废酸进行中和。高密度污泥法是近几年新开发的酸碱废水处理工艺，目前已应用在日本JFE钢厂、美国ARMCO钢厂、国内宝钢、唐钢和柳钢等。与中和法相比，该方法设置一个污泥反应池，并将沉淀池内一定数量的污泥回送至中和池循环使用，从而提高污泥浓度，减少污泥处置费用。该工艺具有沉淀效率高、污泥脱水性能好、系统稳定等优点。

　　图3为JFE钢厂的高密度污泥处理工艺流程，采用该工艺后，污泥固含量由22％提高至45％，相对污泥产生量减少50％。

　　2．2含油废水处理工艺及现状2．2．1含油废水处理工艺：冷轧含油废水是冷轧废水中最难处理的一类污水，具有排放量大、水质变化幅度大、化学稳定性好、处理难度大等特点。目前，钢铁企业普遍应用絮凝法、气浮法、过滤法、生物法、膜分离法处理冷轧含油废水，采用的工艺主要有气浮一过滤一生物接触氧化、超滤一生物接触氧化／生物滤池一过滤、超滤一膜生物反应器(MBR)。(1)气浮一过滤一生物接触氧化工艺：气浮—过滤—生物接触氧化工艺流程如图4所示。

　　气浮法主要用于去除废水中的油类物质，过滤法用于去除废水中的SS和部分油类物质，生物接触氧化用于降解废水中的COD。实际应用中，也有部分企业根据实际需要在生物接触氧化后增加过滤器或MBR。生物接触氧化法是生物膜法的一种，其技术实质是在生物反应池内填充填料，部分微生物以生物膜的形式固着生长在填料表面，废水以一定的流速流经填料，在微生物的作用下，有机污染物被降解去除。MBR是将膜技术与微生物技术相结合的一种先进的废水处理新工艺，该工艺首先利用生物技术降解水中的有机污染物，然后利用膜排放技术过滤SS和水溶性大分子物质。MBR作为一种污水处理新工艺，具有处理效率高、占地面积小、出水水质好、运行管理简单等优点。(2)超滤一生物接触氧化／生物滤池一过滤，吸附工艺超滤一生物接触氧化／生物滤池一过滤／吸附典型工艺流程如图5所示，

　　该工艺在冷轧含油废水处理中应用较为广泛。超滤法是膜分离法中的一种，通过超滤可以有效去除含油废水中的SS和油类物质，生物接触氧化／生物滤池可以降解废水中大部分的COD，而在生物法后增加过滤或吸附工艺，可以进一步提高出水水质。超滤是一种新型含油废水处理技术，近几年在冷轧含油废水处理中应用广泛。超滤法原理是利用超滤膜，采用错流过滤的方式，在一定压差和紊流流动的情况下，使废水中大部分极性分子通过膜，而所有非极性分子(如胶体微粒)和相对分子质量较大的物质被截留，从而净化废水。超滤法具有分离效率高、能耗低、分离过程中无相变、出水油含量低、工艺本身不产生污泥、维护管理方便等优点，但也存在一次性投资大、膜易污染、难清洗、寿命短等缺点。超滤法的关键在于开发成本低、寿命长、易清洗、稳定性好的新型超滤膜。(3)超滤一MBR工艺：超滤一MBR工艺首先将含油废水经调节池调出水节后用纸带过滤机过滤，再进入超滤系统进行油水分离，超滤出水进入MBR进一步处理。该工艺处理效率高、出水水质好，但需要严格控制操作条件与工艺参数，减轻膜污染，提高膜组件的运行稳定性和处理能力。2．2．2含油废水处理现状：目前，国内冷轧含油废水中的SS和油类物质得到了较好的控制，但部分钢铁企业对COD的处理仍然达不到最新颁布的《钢铁工业水污染物排放标准》中对COD的排放要求。表2列出了国内部分钢铁冷轧含油废水的处理情况。

　　2．3含铬废水处理工艺及现状：冷轧含铬废水是轧钢废水中危害性最大的一类废水。我国对铬的排放标准为：六价铬离子≤0．5mg／L，总铬≤1．5mg／L。目前，钢铁企业已经通过工艺的改进和新型无铬钝化液的使用，使含铬废水的产生量大大减少。而对于产生的含铬废水，主要是通过化学还原沉淀法进行处理。我国宝钢冷轧含铬废水采用废酸还原处理后，出水Cr6+<0．5mg／L，满足国家排放标准。此外，宝钢还对生物法处理彩涂和硅钢高浓度含铬废水进行了中试研究，出水Cr6+的平均浓度分别为0．02mg／L和0．04mg／L。与传统化学还原法相比，生物法具有工艺流程简单、运行成本低、污泥产生量少以及六价铬的去除率高等特点。武钢硅钢厂对亚硫酸钠一微电解串联技术进行了中试研究，出水水质好，且不产生二次污染。

　　3轧钢废水处理工艺发展趋势

　　从目前轧钢废水的处理现状来看，其工艺将呈现下面的发展趋势：(1)稀土磁盘工艺将逐步用于热轧废水处理领域。从热轧废水处理工艺的现状看，传统絮凝+沉淀+过滤工艺已经不能满足日益严格的环保标准。稀土磁盘工艺作为一种新的热轧废水处理工艺，近几年得到了广泛的发展，现已作为钢铁行业热轧废水处理最佳可行技术被推广。稀土磁盘工艺能够较好的去除水中的悬浮物和油类物质，并且实现油泥的全部回收，符合循环经济的理念，是未来热轧废水处理的发展趋势。此外，最新的研究还将磁盘技术与生物技术相结合，利用膜生物反应器的原理构造磁生物反应器。(2)以超滤法为代表的膜分离法将广泛用于冷轧含油废水处理领域。膜分离法作为一种新型废水处理技术，具有其他废水处理方法不可比拟的优点。膜分离技术主要有微滤、超滤、反渗透和纳滤。超滤技术作为新的油水分离技术，已经广泛应用在冷轧含油废水处理领域。此外，MBR将以其特有的优点成为21世纪最有发展前景的工业污水处理和中水回用技术。(3)生物法将用于冷轧含铬废水的处理。尽管目前生物法还没有用于冷轧含铬废水处理，但从宝钢的中试结果看，生物法处理冷轧含铬废水，工艺流程简单，系统具有较强的耐冲击负荷的能力，单位铬去除成本较低，铬去除效率高，污泥产生量少，适合未来的环保要求。但生物法处理含铬废水，出水中容易带有一定的色度，可以在生物法后增加活性炭吸附工艺对色度进行去除。(4)轧钢废水中有效成分的回收利用将是未来废水处理工艺的发展方向。目前轧钢废水的处理还只是考虑对污染物的去除，而较少的考虑废水中各种有效成分的回收利用，如利用酸洗废液和酸洗漂洗水中的铁和酸进行含铬废水的还原处理；利用酸洗废液和酸洗漂洗水中的酸和盐对乳化液进行破乳；利用酸性废水和碱性废水本身的中和；对含铬酸、废油与乳化液的再生回收等。因此，在轧钢废水进行分类处理的基础上，充分回收利用钢厂资源将是未来废水处理工艺发展方向。(5)轧钢废水治理将从末端治理为主向源头控制为主转移。在轧钢工艺的选择上，应逐步淘汰资源、能源消耗大，污染物排放量大，水资源消耗大的工艺；在废水处理工艺的选择上，应尽量选择能源消耗低、无二次污染的技术，如生物法、膊分离法等；在轧制油和钝化液的选择上，尽量选择环保型产品。

　　4结语

　　轧钢废水的处理，对于钢铁企业减少污水排放和新水补充量，提高废水循环利用率具有重要的意义。在轧钢废水处理工艺的选择上，应充分考虑废水的种类、水量、成分和排放制度，因地制宜地选择净化组合工艺。此外，对于冷轧废水必须分质进行处理，尤其是含铬废水，在治理前绝不能与其他废水混合，这样有利于降低处理难度，减少运行费用并提高处理效率。未来应积极开发废水深度处理新工艺和新型水处理药剂，高效、低成本地处理轧钢废水。