钢铁厂轧钢冷却水气浮实验研究

范廷玉　王　顺

摘 要：针对鞍山钢铁公司热轧冷却水气浮处理工艺中出现絮体悬浮且出水水质不达标的问题，进行了多组气浮实验，调整了药剂投加量及水力条件，出水水质能够稳定的达到钢铁工业轧钢水出水标准。实验结果表明：选定聚合氯化铝（PAC）、聚合氯化铁（PAF）作为絮凝剂，聚丙烯酰胺（PAM）作为助凝剂，表面活性剂选用十二烷基苯磺酸钠和油酸钠。500 mL废水中，确定浓度10%比例4∶1的PAC∶ PAF1.25 mL，0.1%PAM1 mL, 浓度1.25%、比例4∶1的油酸钠∶十二烷基苯磺酸钠0.5 mL作为最佳投加量；确定搅拌强度1 000~1 200 r/min，搅拌时间5~8 s为气浮最佳水力条件。

关键词：气浮；最佳条件；工业水标准

中图分类号：X703.1文献标识码：A文章编号：1672-1098(2008)01-0001-05

收稿日期：2007-09-04

基金项目：安徽理工大学青年科学研究基金资助项目（GD267）；安徽理工大学硕、博士基金资助项目

作者简介：范廷玉（1982-），女，江苏灌云人，硕士，主要从事水处理技术方面的研究。

Experimental Study on Air Flotation of Cooling Water for

Rolling Steel in Steel Works

FAN Ting-yu，WANG Shun

(School of Earth Science and Environmental Engineering, Anhui University of Science and Technology，Huainan Anhui 232001,China)

Abstract: In order to resolve the problems that floc occurrence in cooling water for rolling steel in air flotation process in Anshan Steel Company and effluent water quality doesnt meet demands of standards,many series of experiment were done.Bychanging dosage of flocculating agents and hydraulic conditions,effluent water quality stabilizes and meets standards for water emission from rolling steel in steel industry.Results of the experiments indicate that the optimal dosage of flocculating agents and concentration are per 500 mL waste water 1.25 mL 10% PAC∶PAF=4∶1;1 mL 0.1% PAM; 0.5 mL 1.25% sodiumoleate∶AR=4∶1.The optimal hydraulic conditions are mixing rate 1 000～1 200 r/min, and mixing time 5~8 seconds.

Key words: air flotation；optimal operation conditions；effluent-quality standards

轧钢厂热轧废水是直接冷却轧辊、轧辊轴承等设备及轧件时产生的废水，其特点是含有大量的氧化铁皮，同时用水量大，使用后温升较高。目前，国内外针对热轧废水的特点，主要采用混凝气浮、沉淀、混凝沉淀、机械除油、过滤、冷却等物理方法［1］，具体处理方案的选择由废水的水质、场地面积、处理投资等综合决定。处理后的废水一般均能循环利用。

鞍山钢铁公司是国家大型钢铁企业，拥有多个轧钢厂，热轧厂轧钢冷却水由于厂用地面积的限制，无法采用混凝沉淀的方法，2005年厂方经招标采用絮凝气浮工艺处理轧钢水，处理后循环使用，气浮设备采用进口凹涡气浮技术，靠高速旋转的涡旋叶片剪切水体达到产生大量气泡和混合药剂的目的，并且整套气浮设施占地面积小，投药量可比沉淀法投药量减少20%。但在实际运行中，原有的絮凝剂及助凝剂投加量不能满足轧钢水水量和水质的变化，出水水质不稳定，出水中有絮体下沉或悬浮，达不到SS＜50 mg/L的排水标准［2］，为了克服该厂目前的混凝剂和助凝剂不能满足该厂用水水质要求的缺点，决定调整现有气浮设备混凝剂的投加量以及进行新型助凝剂的筛选实验工作。

1 材料与方法

1.1 水质特点

轧钢冷却水中主要含有氧化铁细小颗粒，特征污染物为悬浮物，SS为200~500 mg/L， pH值为7左右，COD为10~30 mg/L，其中COD和pH值已经达到回用水的标准，在处理中仅需采取措施使出水悬浮物浓度达到回用标准SS＜50 mg/L即可。

1.2 实验方法

在若干洁净的1 000 mL烧杯中各加入原水500 mL，分别投加适量的混凝剂或助凝剂，采用六联搅拌机按照一定的搅拌强度进行混合搅拌，静置一定时间，同时观察絮体的形成和气浮效果，并测定水样的悬浮物浓度（SS）。

1.3 实验设备

试验设备包括：六联搅拌机，搅拌叶片尺寸为20 mm×60 mm，烘箱，真空泵，布氏漏斗，

电子天平，浊度测定仪等。

2 结果与讨论

2.1 絮凝剂的选择

聚合氯化铝、聚合氯化铁是水处理中常用的凝聚型絮凝剂，铁、铝氢氧化物既有吸附水中离子而产生双电层的憎水胶体的特性，又有吸附厚的水分子层产生类似胶凝的网状结构的亲水胶体的特性，且聚铝、聚铁容易制得，因此选用这两种药剂作为絮凝剂。

在相同的搅拌强度、搅拌时间条件下，将一定量的聚铝、聚铁单独与组合使用，进行混凝试验，静置观察，絮凝效果如表1所示。表1 PAC、PAF单独使用与组合使用絮凝效果

混凝剂矾花情况气泡情况沉淀速度PAC大量矾花形成，并迅速变大产生大量大气泡，附着在絮体上，易破裂下沉较慢，有少量上浮，最终下沉PAF矾花细小，絮凝速度慢没有气泡几乎无矾花沉降，悬浮其中PAC+PAF大量矾花形成，并迅速增大产生大量小气泡，附着在絮体上，易破裂下沉缓慢，部分上浮，部分下沉由表1可知，从气浮效果来看：向轧钢水中单独投加聚铝、聚铁的絮凝效果均没有同时投加二者的效果好。从生成矾花情况来看，投加PAF的水样较投加PAC和PAC、PAF混合投加的水样，不仅矾花生成速度慢而且形态细小；从气泡情况来看，投加PAC的水样和投加PAC、PAF的水样均能产生大量气泡，前者的气泡大，后者气泡小，附着在絮体上，但易破裂。PAC具有效率高、絮凝体大的优点，但适用的pH、水温范围窄，而PAF的适用pH值为4~11、水温范围宽，且用量小，二者同时使用可以提高絮凝效果，因此对该废水同时投加PAC和PAF两种混凝剂。

在相同的搅拌强度、搅拌时间下，向水样中投加不同比例浓度为10%PAC、PAF混合药剂，进行混凝试验，静置观察絮凝效果如表2所示。表2 不同比例PAC、PAF絮凝效果

混凝剂比例

PAC∶PAF矾花情况气泡情况沉淀速度2∶1形成迅速，矾花大产生少量气泡，附着在絮体上，易破裂很快下沉3∶1形成速度快，矾花大产生较多气泡，附着在絮体上，易破裂下沉速度较慢，最终下沉4∶1形成速度快，矾花较大产生大量较大气泡，附着在絮体上，易破裂下沉速度慢，部分下沉、部分悬浮

由表2可以得出，4∶1的混凝剂投加量优于其它比例的投加量，形成得絮体比较稳定，不易下沉，因此选定PAC∶PAF为4∶1,浓度10%。

2.2 助凝剂的选择

无机凝聚剂与有机絮凝剂配合使用，无机凝聚剂与有机絮凝剂的性能各有利弊，有机絮凝剂的絮凝速度快，生成絮团大，作用时不但有架桥作用，而且兼有电性中和作用；无机凝聚剂凝聚速度慢，凝聚强度大，絮团小，含水率低，其作用是通过减少表面电排斥而使微粒凝聚，但微粒凝聚物逐渐加大，达到一定程度以后加速了沉速［3］11。从经济的观点出发，在凝结过程先用价格低廉的无机凝聚剂降低微粒电荷使之逐渐形成能够自由沉降的悬浮物，再加入高分子絮凝剂，使得絮体易抱团，加速小絮体形成大块絮团的速度。

实验中选用工业中常用的聚丙烯酰胺（PAM）作为助凝剂，配制成0.1%浓度的溶液。

2.3 表面活性剂的选择和最佳用量

（1） 气浮法作为一种物化法，不仅要提高气泡质量（细微度、密集度、稳定性等），而且要改善絮粒的性质，如果能得到一种憎水性、吸附性强的絮粒，将有助于提高气浮净水的效果，因此在气浮过程中引入憎水基团可提高气浮净水效果。

（2） 混凝时产生的气泡大小和强度取决于释放空气时的各种条件和水的表面张力，而形成气泡后气泡的稳定性则取决于附加压强玃璼和水的表面张力系数玜和气泡半径玶。

P璼=2ar

气泡半径越小，泡内所受附加压强越大，要获得稳定的微细气泡，必须有足够强度的气泡膜。而轧钢废水中含有较高的溶解性无机盐，表面张力系数提高，相同半径的气泡附加压强相对增大，气泡膜牢度削弱，容易变大或破裂。所以需投加适量的表面活性剂，降低水的表面张力系数，加强气泡膜的牢度。

（3） 我国有众多的地下水源，特别在东北、华北地区，广泛使用地下水，地下水的含盐量高，表面张力大，对气浮十分不利，经常出现气泡变大破裂， 难与絮粒粘附的现象， 严重的会导致气浮失败， 可通过投加表面活性剂降低它的表面张力， 解决该问题［3］69。

为了考察多种药剂对水质的复合作用， 选用十二烷基苯磺酸钠（AR）、脂肪醇聚氧乙烯醚（AEO）、肥皂、油酸钠（浓度均配置成1.25%）作为表面活性剂，与絮凝剂和助凝剂进行配合实验，在相同的搅拌强度和搅拌时间下，依次加入絮凝剂、表面活性剂、助凝剂，实验结果如表3～表6所示。表3 PAC+PAF、PAM、AR气浮效果

实验组PAC+PAFPAMAR实 验 现 象SS/（mg•L-1）120.32絮体细小、下沉6320.62絮体较大，下沉7120.92絮体大，下沉，极少量上浮10321.22絮体大，多数下沉，少数上浮9721.52絮体大大部分上浮，少数下沉、悬浮18520.31.52絮体较少、较小，下沉690.61.52絮体较大，下沉780.91.52絮体大，下沉961.21.52絮体大，下沉641.51.52絮体大，大部分上浮，极少下沉68321.50.5絮体小，下沉9521.51絮体小，下沉8621.52絮体较大，下沉6721.53絮体较大，下沉，溶液不透明5821.54絮体大，下沉，溶液乳白色，不透明53由表3可以得出，选用PAM作为助凝剂，选用AR作表面活性剂，气浮效果不佳，不能达到迅速上浮的目的，下层溶液不透明，出水不达标。因此改用AEO，实验结果如表4所示。表4 PAC+PAF、AR、PAM、AEO气浮效果

实验组数PAC+PAFARPAMAEO实 验 现 象SS/（mg•L-1）10.7521.50.5絮体大，下沉7520.7521.51絮体大上浮133121.51絮体小，迅速结成块下沉5141.2521.51絮体小，成块下沉7251.521.51絮体大，下沉，有少量碎屑悬浮9161.521.51絮体较小，绝大部分迅速上浮，少量碎屑悬浮85

由表4所示，当投加絮凝剂0.75 mL,AR2 mL,PAM1.5 mL,AEO1 mL时， 絮体能迅速上浮， 且出水悬浮物浓度达标， 因此选用该投加量为最佳投药量。表5 PAC+PAF、PAM、肥皂水气浮效果

实验组PAC+PAFPAM肥皂水实 验 现 象SS/（mg•L-1）11.251.252絮体小，粘附大量微气泡，迅速上浮，溶液乳白色1521.251.251.5絮体大，少部分上浮，大部分下沉溶液乳白色5731.2511.5絮体小，迅速上浮，溶液乳白色2041.2511絮体较大，上浮较慢，大部分上浮，少量下沉，溶液澄清535（重复）1.250.750.5絮体蓬松较大，粘附大量气泡，全部上浮，溶液澄清4

由表5可以得出，当投加絮凝剂1.25 mL,PAM0.75 mL,肥皂水0.5 mL时，絮体可全部上浮，溶液澄清，悬浮物浓度达到轧钢水回用要求，因此选用该投加量作为最佳投药量。表6 PAC+PAF、PAM、油酸钠、AR气浮效果

实验组玾(油酸钠)∶

玾(AR)浓度

/%PAC+PAFPAMAR+

油酸钠实 验 现 象SS/（mg•L-1）11∶121.251.51.5絮体密实大块，大部分上浮591.251.51絮体密实小，上浮4222∶131.251.51絮体密实小，结块下沉8433∶111.251.50.25絮体密实大，大部分下沉901.251.50.5絮体密实大，上浮，溶液澄清171.251.51絮体密实小，上浮，溶液乳白色，NTU=13131.2510.5絮体小，渐渐变大，上浮速度慢，一半下沉10544∶11.251.2510.5絮体大，全部上浮，且速度较快，下层溶液澄清51.2510.6絮体较大，密实，下沉481.2510.4絮体逐渐变大，少部分上浮，大部分下沉731.251.250.5絮体较小，上浮速度较快，下层溶液有细小絮体悬浮561.250.750.5絮体蓬松，较小，少数上浮，大部分下沉71由表6可以看出，不同的油酸钠∶AR比值及浓度条件下，均有符合气浮条件的药剂投加量，从成本和气浮效果综合考虑，选用浓度1.25%，油酸钠∶AR比值4∶1,投加0.5 mL,絮凝剂1.25 mL,PAM1 mL，气浮效果好，且溶液澄清，以此投加量作为气浮最佳投药量。

综合表3～表6可以看出， 絮凝剂0.75 mL,AR2 mL,PAM1.5 mL,AEO1 mL；絮凝剂1.25 mL,PAM0.75 mL,肥皂水0.5 mL；絮凝剂1.25 mL,PAM1 mL，油酸钠∶AR比值4∶1,浓度1.25%，投加0.5 mL时， 均可满足轧钢水工业用水要求， 从成本价格、药液配制考虑，选用油酸钠∶AR比值4∶1，浓度1.25%，投加0.5 mL,絮凝剂1.25 mL, PAM1 mL，作为气浮最佳投药量。

2.4 最佳水力条件的确定

实验采用六联数显搅拌机，在上述已确定的混凝剂、助凝剂、表面活性剂的最佳投药量条件下，确定最佳水力条件，不同转速和搅拌时间对气浮的影响(见表7)。表7 搅拌强度、搅拌时间对于气浮效果的影响实验组数转 速/(r•min-1)搅拌时间/s实验现象絮体情况气泡情况上浮速度SS/（mg•L-1）1800＜5絮体大无气泡下沉575~8絮体较大少量，大下沉628~15絮体较大少量，大部分上浮6921 000＜5絮体较大少量，较大部分上浮905~8絮体较大大量，较小很快全部上浮38~15絮体较小大量，较小很快上浮，下层溶液有细小絮粒悬浮3431 200＜5絮体小较大量，微小很快上浮，下层溶液有细小絮粒悬浮415~8絮体小大量，微小很快全部上浮58~15絮体小大量，微小很快上浮，下层溶液有细小絮粒悬浮5941 400＜5絮体小大量，微小很快上浮，下层溶液有细小絮粒悬浮515~8絮体小大量，微小很快上浮，下层溶液有细小絮粒悬浮568~15絮体小大量，微小很快上浮，下层溶液有细小絮粒悬浮53由表7可以看出， 当搅拌强度控制在1 000~

1 200 r/min，搅拌时间控制在5~8 s,即可达到轧钢水的出水要求。

3 结论

（1） 针对鞍山钢铁公司热轧废水的气浮工艺，选定PAC、PAF作为絮凝剂，PAM作为助凝剂，表面活性剂选用十二烷基苯磺酸钠和油酸钠。

（2） 通过混凝实验， 500 mL水样中， 确定浓度10%比例4∶1的PAC∶PAF1.25 mL，0.1%PAM1 mL, 浓度1.25%比例4∶1的油酸钠∶AR 0.5 mL作为最佳投加量。

（3） 确定搅拌强度1 000~1 200 r/min，搅拌时间5~8 s为气浮最佳水力条件。

（4） 在最佳水力条件和最佳投药量条件下，热轧水通过气浮处理可以稳定的达到出水标准。

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(责任编辑：宋晓梅)