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高炉煤气洗涤水配加生活污水回收的可行性研究
来源：郝志忠，程相利，吴胜利 |浏览：次|评论：0条 [收藏] [评论]
高炉煤气洗涤水配加生活污水回收的可行性研究
郝志忠1,3， 程相利2， 吴胜利1
(1．北京科技大学冶金与生态工程学院，北京100083； 2．北京科技大学
机械工程学院，北京100083； 3．包头钢铁(集团)公司炼铁厂，内蒙古包头014010)
摘 要：分析了高炉煤气洗涤水配加生活污水回收的可行性及其重要意义，并对其可行性进行了实验研究。结果 表明，两种污水混合后共同处理是可行的，处理后完全满足循环使用的水质要求。混合污水处理后，悬浮物和CODCr的含量大幅度降低，悬浮物的去除率达到98％以上，CODCr的去除率接近90％。
关键词：高炉煤气；洗涤；生活污水；循环；悬浮物
中图分类号：X756 文献标识码：A 文章编号：0449—749X(2008)11-0099—04
水资源缺乏和水域污染已成为中国经济和社会发展的制约因素，成为人们必须认真解决的重大问题。钢铁工业是用水大户，将生产过程废水处理后回用是钢铁企业节水和提高水资源利用率的重要途径。从全国情况看，钢铁企业的废水回用与世界先进水平差距很大，特别是中小型企业，一般都低于70％[1]。
l 高炉煤气洗涤水的国内外循环利用情况
日本大力提倡厂内重复用水，高炉煤气洗涤水经处理后重复使用。为减少水质污染，加古川钢厂在建设初期就特别注意防止水质污染，用水高度循环利用，水的循环率达96％。福山钢铁厂也类似，水的循环利用率为92%。俄罗斯大规模开展了企业用水密闭循环的研究。
高炉煤气洗涤废水具有水量大、水温高、悬浮物含量高等特点。以前，由于水质稳定和瓦斯泥处理等问题，国内大多数钢铁企业直流排放，成为主要污染源之一。中国钢铁企业每年产生高炉煤气洗涤废水约4．58亿t，排放量达2．73亿t，排放合格率仅约为24％[2]。
目前，中国少数大型钢铁企业高炉煤气洗涤水的循环利用率可达90％以上，大部分企业的循环处理都采用沉淀池，一部分循环使用，一部分外排。少数企业的废水未经处理直接排放，造成环境污染和水资源严重浪费。
2 高炉煤气洗涤水的处理过程
高炉煤气洗涤水一般采用沉淀处理，化学混凝法是处理高炉煤气洗涤水的主要方法，用混凝剂使水中细小颗粒凝聚吸附，结成较大颗粒并沉淀，其目的是使水中难沉降的胶体颗粒脱稳而互相聚合，增大到可自然沉降的程度。
通过投加混凝剂和絮凝剂，再经沉淀池沉降，可去除洗涤水中80％以上的悬浮物。混凝沉淀的药剂包括无机高分子絮凝剂和有机高分子絮凝剂，它们具有优异的效能，适于工业水处理。
高炉煤气洗涤水处理工艺包括沉淀、冷却、水质稳定、污泥脱水与利用等几个主要步骤，为防止产生水垢，循环水中加入阻垢分散剂。高炉煤气洗涤水处理工艺流程如图1所示。
3 高炉煤气洗涤水配加生活污水的可行性分析
高炉煤气洗涤水含有大量的悬浮物、硫化物、无机盐以及微生物等多种有害物质，一般是处理后回用。生活污水的污染物主要是BOD、COD、油类等有机形式的污染物，同时还含有氮、磷等无机形式的污染物以及细菌、病毒和寄生虫卵等生物形式的污染物，一般是将其收集到城市污水处理厂集中处理。由于其有机污染物含量高，适合采用生物法处理。
在节省处理成本和简化处理设备等方面，两种污水混合处理比单独处理更有优势。两种污水混合后，可能使水中的污染物含量降低，或产生新的污染物，也可能不发生反应，只是一种均匀的物理混合过程。
目前，混合污水处理的研究还处于初级阶段。深圳市龙田污水处理厂利用百乐卡工艺处理了工业和生活混合污水[3]；中原乙烯污水处理厂对混合污水处理原理和现场工艺条件进行了探索[4]；涟源钢铁集团有限公司进行了钢铁工业废水综合处理实践[5]，但没有加入生活污水。
在水质和污染物成分上，工业废水和生活污水有较大差异，二者都有较成熟的处理方法和工艺。国内外实践表明，工业废水与生活污水合并处理有许多优点，这些优点主要表现如下[6]：
(1)不需要单独建设生活污水处理厂，节约人力、物力和财力；
(2)两种污水合并处理有均化水质和调节水量的作用；
(3)有些有机工业废水缺少微生物生长所需要的营养组分，而生活污水中营养元素齐全，与工业废水合并处理无须投加任何营养物质，可达到很好的处理效果。
钢铁厂一般远离市区，因地理限制，厂区生活污水难以合并到城市污水处理厂，在钢铁厂单独建生活污水处理厂不经济。因此，生活污水如何在厂区内处理就成了亟待研究和解决的问题。
煤气洗涤水处理后回用要求的水质指标主要是悬浮物含量和总硬度，而生活污水这两个指标的含量都很低，对煤气洗涤水回用基本没有影响，其它成分对煤气洗涤水中污泥的回用也基本没有不利影响。因此，在地理位置、水质、水量等条件允许的情况下，建议工业废水与生活污水合并处理，以发挥企业内大型污水厂的规模效应。
4 高炉煤气洗涤水配加生活污水的意义
利用钢铁厂现有的水处理设备，实现生产和生活混合污水的有效处理，可节省单独修建生活污水处理厂的投资和运行费用，为企业创造巨大的经济效益。另外，也可减少生活污水外排量，有明显的生态效益。
当前，世界发达国家正在开展废水资源化的研究与实践。为了节约高炉煤气洗涤系统需要补充的新水，充分进行厂区污水的综合利用，减少或取消厂区生活污水外排，在厂区内部做到充分体现减量、循环、再利用的循环经济思想。
本研究是要确定利用钢铁企业现有的工业水处理设备，处理工业和生活混合污水的可行性，其结果对今后工业废水和生活污水混合处理实践具有重要的指导意义。
5 高炉煤气洗涤水配加生活污水的可行性研究
在高炉炼铁过程中，煤气洗涤水经过处理后循环使用(见图1)，但需要不断补充新水。通过综合分析和考虑，以工厂的生活污水代替新水，补充到高炉煤气洗涤水中是可行的，通过实验研究验证了这种可行性。
5．1 高炉煤气洗涤水和生活污水的水质分析
循环使用的洗涤水需要处理，主要的处理过程是去除水中的悬浮物、缓蚀和阻垢，需要控制的水质指标主要有悬浮物含量、总硬度、水温和pH值，而对COD和氨氮指标没有要求。但对生活污水来说，COD和氨氮是主要的水质指标。因此，高炉煤气洗涤水和生活污水的水质分析包括COD和氨氮。表1是处理前的煤气洗涤水和生活污水的水质。
由表1可知，构成煤气洗涤废水的主要污染物是悬浮物，该废水呈弱碱性，具有一定的胶体性质。限制生活污水回用的水质指标为悬浮物、CODCr，和NH3一N，生活污水也呈弱碱性。
5．2 高炉煤气洗涤水和生活污水混合后的水质变化
在煤气洗涤水处理前加人生活污水，然后对混合污水进行处理，可以起到一举两得的处理效果。首先，对两种污水混合后的水质变化进行分析，生活污水的配加比例是O到100％，主要分析的水质指标有：混合污水的悬浮物含量、总硬度、CODCr、氨氮、OH一含量(对应的pH值)。
通过分析可知，混合污水中的悬浮物含量、总硬度、CODCr含量、氨氮和OH—含量都与生活污水的配加比例呈线性关系，其线性拟合程度(R2)分别为0．9960、0．9974、0．994．8、0．998 3、0．9720。这说明，两种污水混合后，没有发生悬浮物、总硬度、CODCr、氨氮、OH一等污染物的化学反应，仅是均匀的物理混合。由于生活污水中悬浮物、总硬度、CODCr、氨氮、pH值指标均低于高炉煤气洗涤水的相应指标，随着生活污水加入比例的增加，混合污水的水质指标值不断降低。
5．3混合污水的处理效果
煤气洗涤水循环使用，主要要求去除悬浮物、加入阻垢分散剂和降温。通过化学混凝方法，研究混合污水中悬浮物的去除处理效果，以确定煤气洗涤水中配加生活污水的可行性。
每次取混合污水400 mL，加入混凝剂和絮凝剂，在絮凝搅拌仪上搅拌，静置沉淀后取上层清液300 mL，检测水中的悬浮物、总硬度、CODCr、氨氮、pH值等水质参数。
由混凝处理实验可知，化学混凝法对混合污水处理前后的总硬度、氨氮和OH等指标值变化较小。由于Ca2 、Mg2 、NH 4、氨和OH一都以溶解状态存在，化学混凝法对溶解物质几乎没有去除效果。对混合污水混凝处理后，污水中的悬浮物和CODCr含量大幅度降低，处理效果很明显。
图2和图3是处理前后混合污水的悬浮物含量。
从图中可以看出，经过混凝处理后，混合污水中的悬浮物含量由283．0～1 847．0 mg／L下降到5．0～13．0 mg／L，悬浮物的去除率达到98％以上，处理效果非常明显，完全满足回用水的要求(≤30mg／L)，而工厂实际运行的控制值(≤75 mg／L)要比回用标准高很多。
实验结果充分说明，高炉煤气洗涤水配加生活污水后的处理效果很好，混合污水处理后完全可以满足循环使用的要求。
图4和图5可知，混合污水的CODCr含量。
由图4和图5可知，混合污水中CODCr含量由处理前的560～1308mg/L下降到处理后的60～170mg/L，去除率接近90%，处理效果明显。由表1可知，尽管高炉煤气洗涤水没有对CODCr的含量提出要求，但混凝处理可使混合污水的CODCr含量大幅度降低，这对高炉煤气洗涤水的循环使用有很大好处。
在炼铁生产过程中，高炉煤气洗涤水需要处理后循环使用，并不断补充新水。为节约新水，解决工厂生活污水的排放和处理问题，研究了生活污水与煤气洗涤水混合后共同处理的可行性。实验结果表明，生活污水配加到高炉煤气洗涤水中共同处理是可行的，混凝处理后的悬浮物含量可小于13．0mg／L，完全满足循环使用的要求。混凝处理可使混合污水的CODCr含量大幅度降低，对高炉煤气洗涤水的循环使用有很大好处。
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