冷轧酸性废水处理污泥减量化技术探讨

许晓婴

（宝山钢铁股份有限公司，上海 201900）

1 概述

某不锈钢公司冷轧工艺产生大量含重金属离子的酸性废水，需经废水处理站处理后才可以达标排放，在废水处理过程中产生大量含重金属离子的污泥。

酸性废水主要来自不锈钢热带退火酸洗机组(SS-HAPL)、不锈钢冷带退火酸洗机组(SS-CAPL)、碳钢酸洗机组(CS-CPL)、混酸再生站(ARP1)、盐酸再生站(ARP2)、新酸站等。此外，碳钢热镀锌机组(CSCGL)的淬水冷却段和锌锅地坑的含锌废水及碳钢连退机组(CS-CAL)的淬水槽地坑含SS 废水进入本酸性废水处理系统；来自不锈钢热带退火酸洗机组(SS-HAPL)和不锈钢冷带退火酸洗机组(SS-CAPL)的中性盐及含铬废水也进入本酸性废水处理系统。

酸洗废水采用石灰中和、混凝沉淀和过滤工艺进行处理，处理后的污泥中含有大量重金属和氟化钙的混合物，属危险废弃物。

本文结合不锈钢公司冷轧酸性废水处理改造对于冷轧酸性废水处理污泥减量化技术进行探讨。

2 水处理工艺改进思路

原水处理工艺流程为：酸性废水和含铬废水处理设施处理后的出水→一级pH 调节池(投加石灰并曝气)→二级pH 调节池(投加石灰、PAC并曝气)→反应澄清池(投加PAM)→清水池→过滤系统→达标排放。

针对酸性废水处理采用石灰作为中和药剂及实际操作过程中因过量投加石灰造成石灰消耗量大、进而造成污泥量大的情况，对废水处理站酸性/含铬废水处理工艺进行污泥减量改造，通过对酸性废水工艺流程的改造，将石灰中和的传统处理工艺改为先用液碱中和、后用石灰中和的新型处理工艺。

在液碱中和段主要生成以重金属氢氧化物为主的污泥，在石灰中和段主要生成氟化物为主的污泥，通过在两个阶段pH 值的调整，尽量抑制或减少CaSO4的生成，并在处理工艺中尽量减少石灰的过量投加，从而减少最终污泥量，降低有害废弃物的处置费用。

3 系统设计

3.1 水处理流程

经工艺改进后的水处理系统流程为：酸性废水和含铬废水处理设施处理后的出水→新增预处理池→(投加石灰)一级pH 调节池(投加NaOH 并曝气)→二级pH 调节池(投加NaOH 并曝气)→反应澄清池(投加PAM)→新增一级氟反应槽(投加HCl、石灰及PAC)→新增二级氟反应槽(盐酸、石灰及PAC)→新增斜管沉淀池(投加PAM)→新增中间水池→过滤系统→达标排放。

3.2 系统反应

含铬废水二级还原后进入酸性废水调节池与酸性废水合并，废水经调节后用泵先输送至新增预处理池，在此处投加石灰，对pH 值进行初步调节后再进入现有一级、二级中和槽，中和槽内投加的药剂由石灰改为NaOH，使废水中的金属离子生成不易溶解的金属氢氧化物沉淀，实现重金属分离。重金属沉淀物中，主要成分为镍，三价铬和铁，同时有一部分的氟化物生成沉淀。经现有反应澄清池分离后重金属污泥进入现有污泥浓缩及压滤系统。

经反应澄清池分离后的出水由现有出水泵提升至新增一、二级氟反应槽。第一级氟反应槽内投加HCl和石灰调节pH值，同时石灰与氟离子反应沉淀，并投加PAC 辅助沉淀；第二级氟反应槽继续投加盐酸、石灰及PAC，PAC 在石灰与氟离子反应同时起到混凝作用。

反应后的废水通过新增配水槽分两路进入两套新增斜管沉淀池，在斜管前端絮凝反应区投加PAM，加强沉降性。反应区内设机械搅拌器缓慢搅拌以加速混凝反应,而后进入氟沉淀区，沉淀物在氟沉淀区得到沉淀并与水分离，污泥采用泥斗排泥的方式。

斜管沉淀池排出污泥由新增渣浆泵输送至污泥浓缩池进行污泥浓缩及后续处理。斜管沉淀池出水流入新增中间水池，由新增提升泵提升至现有废水处理站的砂滤配水池，回归现有废水处理站后续处理工序。

4 系统运行

4.1 废水收集和调节

含铬废水进入含铬废水调节池。含铬废水调节池功能是废水的收集和废水水质水量的调节，可以保证后续化学还原系统的常流量稳定操作。

废水调节池配备两台废水输送泵，两台泵一用一备，作用是将调节池的含铬废水提升至下游的化学还原处理构筑物。调节池顶部配有一台超声波液位计，测量得到的液位信号与输送泵的开停连锁控制。

酸性废水进入酸性废水调节池。废水调节池功能是废水的收集和废水水质水量的调节，可以保证后续pH调节系统的常流量稳定操作。

废水调节池配备两台废水输送泵，两台泵一用一备，作用是将调节池的酸性废水提升至下游的构筑物。调节池顶部配有一台超声波液位计，测量得到的液位信号与输送泵的开停连锁控制。

上述系统均利用废水处理站已建系统。

4.2 重金属离子去除

4.2.1 pH 调节

酸性废水（包含含铬废水）先进入预处理槽(新增装置)，投加石灰初步调节pH 值，由pH 探头控制投加石灰的量，从而调节废水的pH 值到4～6。在pH预处理槽内设有曝气管，压缩空气通过曝气系统进入罐内，以助于将二价铁离子氧化为三价铁离子，并起到调节均匀搅拌的作用。pH预处理槽顶部安装了搅拌器。

经过预处理槽的酸性废水进入一级中和槽，在一级中和槽内安装有浸入式pH 探头。通过氢氧化钠加药阀门(新增装置)来控制氢氧化钠的投加量，从而调节废水的pH 值到8.3～8.8，以满足Ni2+和其它重金属的氢氧化物沉淀范围，pH调节池顶部安装了搅拌器。

一级中和槽出水采用连通管方式进入二级中和槽，二级中和槽内安装有浸入式pH 探头。氢氧化钠加药阀门(新增装置)来控制氢氧化钠的投加量，从而调节废水的pH 值到8.3～8.8，以满足Ni2+和其它重金属的氢氧化物沉淀范围。pH 调节池顶部安装了搅拌器。在反应池内设有曝气管，压缩空气通过曝气系统进入罐内，以助于将二价铁离子氧化为三价铁离子，并起到调节均匀搅拌的作用。

经过两级中和处理后废水的pH 值在8.3～8.8左右，实际为碱性废水。

4.2.2 氟离子去除

澄清池出水由泵提升至新增的氟反应槽系统，用于生成氟化钙沉淀物。在氟反应槽进口安装有在线氟离子仪，用来测量进水氟离子浓度。

氟反应池为二联槽，含有两个工作区，分别为反应槽I和反应槽II。

氟反应槽I 的反应时间为25 min，最大流量反应时间为20 min。采用石灰作为沉淀反应剂，用石灰加药阀门来调节石灰的投加量。改造增加的PAC 计量泵来实现PAC 投加。在氟反应槽I内安装有浸入式pH探头，用以通过控制HCl加药阀门来调节HCl的投加量，从而调节废水的pH值到达到反应的最佳pH值范围。氟反应槽I顶部安装了搅拌器。

氟反应槽II 的反应时间为25 min，最大流量的反应时间为20 min。在此反应槽中补充投加石灰乳，用石灰加药阀门来调节石灰的投加量。在氟反应槽II 内安装有浸入式pH 探头，用以通过控制盐酸加药阀门来调节盐酸的投加量，从而调节废水的pH值到达到反应的最佳pH值范围。改造增加的聚铝化合物计量泵来实现PAC 投加。氟反应槽II 顶部安装了搅拌器。

经过氟反应池处理后的废水含F-可以降至10 mg/L 以下，废水的pH 值在8.3～8.8 左右，实际为碱性废水。处理后的废水由配水槽配水至两路并联沉淀系统。

新增的斜管沉淀系统，用于沉淀氟化钙沉淀物。斜管沉淀系统共有2套并联。斜管沉淀系统含有2个工作区，分别为絮凝区和斜管沉淀区。

单个絮凝区安装2台慢速搅拌器。改造增加的高分子聚合物螺杆计量泵来实现PAM投加。

单个斜管沉淀区的沉淀槽内安装有PVC 斜管，斜管可以增加沉淀效率和加强泥水分离效果。考虑采用低表面负荷设计沉淀槽，设计表面负荷是1.25～1.4 m3/(m2·h)。

4.2.3 最终过滤

斜管沉淀池的上清液通过重力自流入中间水池[新增构筑物]，并由提升泵提升至原有的过滤器配水槽中。两台水泵一用一备。提升泵设有旁路，旁路进入最终的排水监测槽。

为了保证废水出水SS达标，采用原有的上流式砂滤器作为精过滤器，来去除悬浮颗粒物。

4.2.4 出水监测

砂滤器出水由重力方式进入出水监测池。出水监测池内安装有浸入式pH 探头和SS 探头向PLC递送监测到的pH值和SS值。

当废水达标排放时，关闭回流阀门，开启排放阀门，将废水排入废水收集管网。当废水不能达标排放时，开启回流阀门，关闭排放阀门，将废水回流至酸性废水分配池。

5 小结

本次改造取得了非常显著的效果，采用新工艺后，污泥减量效果显著，减量可达15%以上。药剂费用也得以大幅降低，总废水处理费用（包括污泥处置费和药剂费用）较原工艺有大幅下降，在同等水质水量条件下，下降幅度达25%以上，能产生显著的经济效益。