冷轧酸性废水处理设施的设计与运行

金亚飚，刘 勇，袁 军，王乐为，李志霞，王倩煜

（1.宝钢工程技术集团有限公司，上海 201900；2.宝钢不锈钢有限公司，上海 200431；3.上海遂川环保有限公司，上海200941）

冷轧酸性废水处理设施的设计与运行

金亚飚1，刘 勇2，袁 军3，王乐为1，李志霞1，王倩煜1

（1.宝钢工程技术集团有限公司，上海 201900；2.宝钢不锈钢有限公司，上海 200431；3.上海遂川环保有限公司，上海200941）

冷轧废水是冶金行业内最难处理的废水之一。冷轧废水包括中性盐及含铬废水、酸性废水、浓油废水、稀油含碱废水、平整液废水等。本文就宝钢不锈钢有限公司配套建设的冷轧酸性废水处理设施的设计和运行进行了介绍和分析，可作为相似工程中的借鉴和参考。

冷轧；酸性废水；处理设施；运行管理

1 概述

宝钢不锈钢有限公司拥有国内先进的冷轧生产线，年产冷轧不锈钢和碳钢二百余万吨，是国内重要的冷轧不锈钢和碳钢生产基地之一。冷轧废水是冶金行业内最难处理的废水之一。冷轧废水包括中性盐及含铬废水、酸性废水、浓油废水、稀油含碱废水、平整液废水等。

本文就宝钢不锈钢有限公司配套建设的冷轧废水处理的酸性废水处理设施的设计与运行进行了介绍和分析，供实际工程或生产实践参考。

2 冷轧酸性废水的来源

酸性废水主要来自于不锈钢热带退火酸洗机组、不锈钢冷带酸洗机组、碳钢酸洗机组以及酸再生站等排放的废水，主要成分包括 HNO3、HF、HCl、H2SO4以及金属元素，具有很强的腐蚀性。TFe约为 1500～7000mg／L，SS约为 100～200mg／L，pH＜2。

3 冷轧酸性废水处理工艺流程

酸性废水处理设计能力为150m3／h。

来自主生产线的酸性废水以及含铬废水处理设施处理后的出水首先进入调节池储存，调节池起到水量调节的功能，保证后续处理线能在相对稳定的流量下运行。

调节池内废水经提升泵进入一级 pH调节池，一级 pH调节池内投加石灰，搅拌中和废水；为了保证废水完全中和，废水重力自流至二级pH调节池，在二级 pH调节池内投加石灰，进行中和，同时为了保证污泥絮凝效果，在二级 pH调节池内投加PAC；因废水中还有一定量的亚铁离子（Fe2＋），在一级、二级 pH调节池内均进行曝气，将亚铁离子 （Fe2＋）氧化成铁离子 （Fe3＋），以污泥的形式除去废水中的铁离子；中和后的废水重力自流至反应澄清池。

反应澄清池内投加PAM，废水经两个中和罐后形成了大量的污泥，污泥在反应澄清池内沉淀，上清液溢流至清水池；为了减少石灰耗量，提高絮凝反应效果，反应澄清池部分污泥回流至一级 pH调节池；清水池废水经提升泵送至冷轧废水过滤系统做进一步处理，废水过滤后达标排放。

整个工艺流程主要是化学反应过程，发生的主要化学反应有：H＋＋OH－→H2O；Fe2＋＋2OH－→Fe（OH）2；Ni2＋＋2OH－→Ni（OH）2；Ca（OH）2＋2HF→CaF2＋2H2O；Ti2＋＋2OH－→Ti（OH）2；Cr3＋＋3OH－→Cr（OH）3；2Fe（OH）2＋O2＋H2O →2Fe（OH）3；Ca（OH）2＋H2SO4→CaSO4＋2H2O；Mo2＋＋2OH－→Mo（OH）2。

酸性废水处理工艺流程为：酸性废水→调节池→一级 pH调节池→二级pH调节池→反应澄清池→清水池→冷轧废水过滤系统。

4 冷轧酸性废水处理设施的主要构筑物和设备

4.1 含酸废水调节池和分配池

含酸废水调节池用于接收钢厂的含酸废水，钢厂排出的流量不定的间歇流废水在该池得到均化，从而为系统的后续构筑物提供稳定流量的废水。

两个调节池尺寸分别为 22m×5m×6.5m，总有效容积约1320m3。分配池尺寸为2m×2m×2m。

位于两个调节池之上的分配池用于混合钢厂来的各种类废水并通过分配池上的出口阀门将其分配入一个或两个调节池中。调节池设计成两种运行模式，一是同时将废水排入两个调节池，此时在120m3／h的流量下废水停留时间为 11h。二是仅将废水排入一个调节池，则在120m3／h的流量下废水停留时间为 5.5h，而另一个调节池则用于紧急事故排放并保证在调节池检修期间系统也能正常运行。

调节池出水通过耐腐蚀离心泵送入一级pH调节池。

调节池、分配池均采用钢筋混凝土池内衬玻璃钢。

4.2 一级、二级 pH调节池

一级和二级pH调节池用于调节含酸含铬废水的pH。30m3／h含铬废水和120m3／h含酸废水混合后，总流量达到150m3／h。每座 pH调节池的尺寸为Φ5m×4m，有效容积为75m3。设污泥回流量为160m3／h，则各 pH调节池的停留时间约为15min。

池中的 pH计用于检测并调节 pH调节池内含酸废水的pH。废水pH通过投加石灰浆后，被调节到8～11的范围内。每个pH调节池设置 pH计以控制石灰投加量。此外，压缩空气将通过一个池子底部的布气系统通入 pH调节池内，将亚铁离子氧化为三价铁离子。并且，在二级 pH调节池中，加药剂量泵将会投加 PAC以帮助颗粒物混凝。各池内还设有单速搅拌机，用于保证废水充分混合同时避免污泥在 pH调节池内沉积。

从污泥回流槽回流的加石灰的污泥从污泥回流槽自流入一级 pH调节池。加过石灰的污泥有助于提高废水pH和金属沉淀。

回流污泥加石灰工艺有两个目的。首先减小石灰的加药量，从而减少污泥产生量和石灰总用量。并且，更重要的是，由此可形成更密实的污泥颗粒，从而相对于一般金属氢氧化物污泥来说，能够得到更好的沉淀和浓缩效果和过滤性能。设一台单速搅拌机混合含酸废水、石灰浆和回流污泥。

一级pH调节池出水自流入二级 pH调节池，然后二级pH调节池出水自流入两个反应澄清池进行污泥沉淀。调节池下游的流量计用于控制到一级pH调节池的废水流量。

一级、二级pH调节池工作原理见图1。

一级、二级 pH调节池均为碳钢内衬 FRP材质。搅拌机的轴和叶片材质为碳钢衬胶。调节池顶部加盖。

4.3 反应澄清池

反应澄清池是在一个池子内集合了混合、混凝、絮凝、固／液分离、自动污泥沉淀和固体回流等功能。反应澄清池为上流式固体接触单元。二级pH调节池出水平均分配入两个澄清池。单个反应澄清池容积约为 470 m3，在最大流量75m3／h，停留时间约为6h。每个澄清池有效表面积约为78m2，因此，在设计最大流量 75m3／h下，每个澄清池表面溢流率约为 1.0m3／h·m2。

阴离子絮凝剂在反应澄清池内，通过澄清池中心锥筒内的单速搅拌机与废水充分混合。阴离子絮凝剂有助于含酸废水中悬浮固体的混凝和絮凝。当废水上流式运动时，固体颗粒沉淀形成污泥床，该污泥床可作为一个滤床过滤更小的颗粒，从而进一步促进沉淀反应的完成。

每个反应澄清池出水通过池顶边缘的 V形堰溢流进入集水槽，然后流入清水池。沉淀的污泥通过澄清池底部的污泥耙不断搅拌。反应澄清池底污泥通过螺杆泵不断送入污泥浓缩池脱水和污泥回流池。

反应澄清池工作原理见图2。

反应澄清池为钢筋混凝土结构内壁防腐，反应刮泥设备采用碳钢衬胶涂环氧。4.4 污泥回流池

反应澄清池底部沉淀的部分污泥用污泥泵送入污泥回流池，在此投加石灰从而得到敷有石灰的污泥。通过该工艺形成密实的固体颗粒，然后污泥自流入一级pH调节池。污泥回流池尺寸为Φ3m×2.5m。

污泥回流工艺受一个位于排泥管线上的带可调节控制器的气动管夹阀控制，使污泥回流率达到15∶1。回流污泥添加石灰。污泥回流池内污泥排入一级 pH调节池处理。回流加石灰污泥将使进入反应澄清池的废水中固体含量达到 10% （质量百分比）。反应澄清池排泥含固率超过10% （质量百分比）。

污泥回流池为碳钢内衬 FRP材质。搅拌机的轴和叶片材质为碳钢衬胶。污泥回流池顶部不加盖，仅设搅拌机桥架。

4.5 清水池

清水池用于储存反应澄清池出水。此外，清水池用于检测含酸含铬废水在排出含酸废水处理系统之前是否达到了废水排放标准。因此，清水池安装有铬检测装置，用于检测该池内废水的铬含量。清水池为不规则形状，有效容积约为 70m3，在流量150m3／h时停留时间约为 30min。清水池出水送冷轧废水过滤系统。清水池为钢筋混凝土结构内壁防腐。

5 冷轧酸性废水处理设施的运行管理

5.1 含酸废水调节池和分配池的运行管理

调节池出水提升泵可在现场手动开／停或通过控制室自动控制。当该泵自动运行时，主要受控于泵下游的电磁流量计。该流量计用于检测废水流量并跟踪含酸废水系统处理废水总量。操作员在控制室输入所需流量，流量计将调节泵的变频器以维持该流量恒定。但当调节池液位太高或者太低时，泵优先受两个调节池的液位计控制。

调节池上液位计设超高、高、低和超低液位。若其中一个调节池液位达到高位，液位计发出高位报警。但此时系统不动作，因为在两个调节池的共用池壁上端设有三角堰用于使废水自动溢流至第二个调节池。因此如果第二个调节池正用作紧急事故池并没有装满，则该溢流堰将避免第一个调节池的液位升到超高位。如果两个调节池的液位都达到超高，控制室将会显示超高液位报警。此时操作员必须关闭钢厂总进水管上的手动阀，以避免含酸废水处理系统漫溢。

若调节池液位降至低位以下，液位计发出调节池低位报警，但系统不动作。

若调节池液位降至超低位以下，控制室提示调节池超低位报警，则调节池出水提升泵停止运行。5.2 一级、二级 pH调节池和污泥回流池的运行管理

一级 pH调节池出水、二级pH调节池出水和污泥回流池出水皆是通过重力自流，因此这三个池子没有流量控制。

单速搅拌机可在现场手动开／停或通过控制室自动控制。

一级 pH调节池出水、二级 pH调节池内的pH计将分别控制一个石灰投加管线上的气动控制隔膜管夹阀，从而使pH被调节到 8～11。石灰加药管线上还设有一个手动隔膜阀，在必要的时候可手动切断石灰加药线。

加入二级 pH调节池的混凝剂投加量根据含酸废水处理系统调节。

5.3 反应澄清池的运行管理

反应澄清池内快速搅拌机和泥耙可在现场手动开／停或通过控制室自动控制。扭矩仪可在泥耙扭矩到达最大允许值时停止泥耙电机。此外，当扭矩达到高位时将会报警。

阴离子絮凝剂加入反应澄清池帮助污泥沉淀。为保证合适的絮凝剂加药量，絮凝剂加药泵可通过主控制室控制。

反应澄清池污泥泵2用1备，可在现场手动开／停或通过控制室自动控制。只要澄清池内有污泥，污泥泵都应保证连续运行。此外，操作人员应定期切换运行的泵和备用泵，以保证所用泵都能运行良好。

反应澄清池内的污泥界面仪设高位、正常和低位。在正常运行过程中，泥位应维持在正常位置（在试车时确定）。泥位可通过排泥管线上的气动管夹阀控制。该管夹阀将使特定流量的污泥进入污泥浓缩池，其余污泥进入污泥回流池。回流污泥和废弃污泥比约为15～30∶1。当澄清池内正常污泥泥位下降，则管夹阀稍微关闭，从而使更多污泥回流。当澄清池内正常污泥泥位上升，则管夹阀稍微开大，使更多污泥进入污泥浓缩池。从而可维持反应澄清池内恒定的污泥位。如果反应澄清池泥位达到高位 （在试车时确定），则污泥界面仪将报警提示澄清池内污泥正在不受控制地增加。如果反应澄清池泥位达到低位 （在试车时确定），则污泥界面仪将报警提示澄清池内污泥正在不受控制地流失。当泥位高位或者低位报警时，操作人员必须重新设置回流污泥比，使泥位回到正常位置。排泥气动管夹阀位于污泥泵下游。污泥界面仪的设定值应在试车时调节。此外，控制排泥管夹阀的另一个方案是，当澄清池内扭矩超过高位 （在试车时确定）时，管夹阀打开使更多的污泥排入浓缩池。

5.4 清水池的运行管理

液位计用于控制清水池内废水液位。清水池出水泵1用1备，可在现场手动开／停或通过控制室自动控制。液位计设超高、高、低和超低液位。由液位控制水泵的启停。

一个铬检测装置用于控制清水池出水管上两个气动蝶阀。Cr6＋监测器通过一个分光光度计在线监测废水中Cr6＋的含量。如果 Cr6＋浓度低于排放限值，通往冷轧废水过滤系统的蝶阀将会开启。如果Cr6＋浓度高于排放限值，通往冷轧废水过滤系统的蝶阀将会关闭，通往含酸废水分配池的蝶阀将会开启。此时，废水需要经过整个含酸废水处理系统重新处理。

6 冷轧酸性废水处理设施出水水质

酸性废水处理设施出水水质：TFe约为 10～20mg／L，SS约为100～200mg／L，pH约为 8～11（在冷轧废水过滤系统中会进一步调节pH）。

7 小结

冷轧酸性废水处理设施自 2007年建成投产以来，一直运行稳定，满足生产要求。

Design and Operation of the Acid Wastewater Treatment Facility of Cold Rolling Mill

JIN Ya-biao1，LIU Yong2，YUAN Jun3，WANG Le-wei1，LI Zhi-xia1，WANG Qian-yi1
（1.BAOSTEEL Engineering＆Technology Group Company Limited.Shanghai 201900 China）

The cold rolling mill waste water is difficult to treat in the steeling works.It consists of the neutral salt and chromium－containing wastewater，acid waste water，heavy oil wastewater，light oil wastewater，flat liquid wastewater.This paper introduces the design and operation of the acid wastewater treatment facility of the cold rolling mill of BAOSTEEL Stainless Steel Company.It can be used for reference in the similar engineering.

cold rolling；acid wastewater；treatment facility；operational management

X75

A

1673－9655（2013）03－0051－04

2012－12－18

金亚飚 （1975－），男，高级工程师，学士，主要从事工业水处理研究。