炼钢保护渣生产废水处理研究

王岳阳，张群安，孙志鹏，杜朝军

(1.南阳自然环境工程评估中心有限公司，河南 南阳 473000； 2.南阳理工学院 生物与化学工程学院，河南 南阳 473004)

炼钢保护渣废水是指在炼钢保护渣生产过程中产生的污染性废水，由冷却水、冲洗水、除尘水组成。冷却水主要用于冷却维护预熔渣过程中柱塞泵、水磨机、球磨机等设备，以及预熔料过程中水淬冷却高温原料。冲洗水来自于每日两次对设备和地面的清洗过程。冲洗水中的污染物主要是各设备中残余的预熔渣物料、药剂、成品等多种物质。炼钢保护渣生产中，除了二氧化硅、氧化钙等基本组成材料，还需要加入炭黑、石墨等骨架材料及熔剂材料，在优化产品性能的同时，也造成冲洗废水成分复杂的问题。除尘废水包括水喷淋塔除尘水以及麻石水膜除尘水，其污染物主要是数目众多的悬浮物质。水喷淋塔废水是预熔渣工序中，处理造粒塔废气所产生的废水。麻石水膜除尘水是预熔料工序中，对预熔炉废气采用麻石水膜法除尘后产生的废水。该废水是一种碱度高、色度高、悬浮物量含量高的废水，需进行处理达标后才能外排。

1 实验部分

1.1 药品原料及实验仪器

表1 主要仪器

表1(续)

表2 实验用药品

1.2 实验步骤

(1)对炼钢保护渣生产废水进行静置过滤处理；

(2)用量筒量取100 mL经过预处理的废水，置于250 mL烧杯中；

(3)向烧杯中投加一定量的絮凝剂进行处理。在复配处理实验中，将不同种类的絮凝剂按不同顺序、不同添加量进行投加；

(4)在药物投加过程中，对废水进行5 min中速搅拌处理；

(5)对废水进行20 min静置处理后，观察废水絮凝处理效果，最终检测处理后废水的COD、NH3-N值。

2 结果与讨论

2.1 聚合氯化铝单独处理废水的效果

前9组实验通过在相同的反应条件下，每次增加2 mL药量的方法，找出大致的最佳投药量。在前9组实验中，前7组废水的处理效果随着药量的增加而变好，自第4组开始出现较为明显效果，在第7组处理效果最好；从第7组实验开始，废水的处理效果不再随着药量的增加而变好，甚至有逐渐变差的趋势。由于前9组实验各投加药量间有2 mL的差量，为精准找出聚合氯化铝的最佳投药量，增加3组试验。经3组实验对照发现，当投药量为14 mL时，废水处理效果最好，但废水仍然较为浑浊。本次实验探究发现，聚合氯化铝对废水有一定的处理效果，但达不到废水处理要求。

表3 聚合氯化铝单独处理实验

2.2 聚丙烯酰胺单独处理废水的效果

由于聚丙烯酰胺为有机高分子絮凝剂，处理效果较无机絮凝剂好，本次实验每次增加1 mL的药物投加量。试验发现，自第18组实验出现较为明显效果，当药剂投加量为9 mL时，处理效果最好，但废水仍然较为浑浊。当药物投加量大于9 mL后，废水处理效果逐渐变差，有出现溶液再稳现象的趋势。本次实验探究发现，聚丙烯酰胺对废水有较好的处理效果，但达不到废水处理要求。

表4 聚丙烯酰胺单独处理实验

2.3 聚合氯化铝和聚丙烯酰胺复配处理废水的效果

由于聚合氯化铝和聚丙烯酰胺单独使用均达不到废水处理要求，本次实验将两种絮凝剂配合使用处理废水。为确定聚合氯化铝和聚丙烯酰胺的配合使用对废水是否有效果，采用两种絮凝剂单独使用时的最佳投药量。按工业常用复配流程，先向废水中投加14 mL的聚合氯化铝溶液，再加入9 mL的聚丙烯酰胺溶液，经搅拌后静置处理。对处理后溶液进行观察，水体出现较为明显的分层现象，溶液颜色变浅，絮凝效果较好。通过试验，可确定聚合氯化铝和聚丙烯酰胺的复配使用对废水有较好的处理效果，可作为炼钢保护渣废水的处理方法。

2.3.1 最佳药剂投加顺序

本实验进行4组实验，通过保持药量不变，改变药剂投加顺序的方法进行探究。在实验中，第19组与第20组互为对照，通过处理效果的对比，发现第19组的效果远好于第20组。为避免是偶然现象，以另一种投加药量为不变条件，再次进行实验。若实验结果仍是第21组处理效果好于第22组，则可确定最佳药剂投加顺序。由实验结果对比可得，先投加聚合氯化铝，再投加聚丙烯酰胺的使用顺序为最佳。

表5 确定药剂投加顺序实验

2.3.2 最佳药剂投加量

由聚合氯化铝单独处理实验可知，其较为有效的药量使用范围是8～14 mL，为确保实验的准确性，将使用范围扩大为4～18 mL。同理，本实验中聚丙烯酰胺的药量使用范围为4～12 mL。为防止单次实验效果不准，每次实验重复进行2～3次，直至效果相似。在本实验中，先保持一种药剂投加量不变，另一种药剂依照使用范围依次改变。例如，先保持聚合氯化铝投加量为4 mL不变，将聚丙烯酰胺投加量由4 mL依次增加到12 mL进行实验，本序列实验结束后，将聚合氯化铝投加量改为5 mL，再进行依次实验。实验结果先进行色度、水体分层情况等方面的对比，再通过测定COD值及氨氮含量进行对比。实验中，在同序列实验中，选出实验效果最好的样品，进而与下一序列实验进行对比，依次往下，选出本次实验中处理效果最佳的样品。经过两百多次试验后，得出向废水中投加12 mL PAC和8 mL PAM进行处理时，效果最好。

2.4 炼钢保护渣废水脱色处理效果

经实验研究发现，絮凝处理对废水有一定的脱色效果。废水经处理后颜色变浅，水体有明显的分层现象，但色度仍较高。为达到控制色度的目的，本实验对废水进行脱色处理实验。实验先向100 mL炼钢保护渣废水中先投加12 mL PAC和8 mL PAM进行絮凝处理，再向废水中添加活性炭、过氧化氢、次氯酸钠等物质进行脱色处理。

表6 废水脱色试验

实验23废水色度未发生变化，实验24和实验25废水色度均发生降低。经实验结果对比发现，过氧化氢和次氯酸钠都有较好的氧化脱色效果，但次氯酸钠处理时间短、脱色效果更好。通过进一步实验发现，向100 mL的处理前废水投加12 mL PAC和8 mL PAM进行絮凝，再投加1 mL的次氯酸钠进行脱色，处理效果最好。废水经絮凝和脱色处理后，色度已符合污水处理厂进厂标准。

经检测，处理前废水的COD值为1607.52 mg/L，氨氮含量为30.19 mg/L。处理后废水的COD值为342.72 mg/L，COD去除率为77.53%；处理后废水的氨氮含量为3.66 mg/L，废水处理的氨氮去除率为87.9%，处理后废水能够满足污水处理厂进水标准。

3 结论

通过向废水投加絮凝剂的方法，降低了废水的COD值与氨氮含量，使处理后废水达到污水处理厂进厂标准。在实验中，以处理后废水的COD值和氨氮含量为考察指标。经过多次实验，确定了聚合氯化铝和聚丙烯酰胺的复配使用为废水的最佳处理方法，找到了废水处理的最佳药物添加量。通过添加活性炭、过氧化氢、次氯酸钠等药品对废水进行脱色实验，得到较好的脱色效果。实验得出的较佳实验条件为：每100 mL炼钢保护渣生产废水中先投加12 mL PAC(质量分数为5%)和8 mL PAM(质量分数为0.1%)进行絮凝处理，再投加1 mL次氯酸钠溶液(有效浓度为10%)进行脱色，这样处理后的废水能够满足污水处理厂进水指标，达到排放要求。