PVA凝胶球在高炉煤气洗涤水处理工艺中的应用

郭海宁，丑鹏飞，杨 柳

（沙钢集团有限公司，江苏张家港 215600）

引言

高炉煤气洗涤水是炼铁工序清洗和冷却高炉煤气过程中产生的一种废水，废水成分复杂，含有大量的悬浮物、酚氰、硫化物、无机盐以及锌金属离子等。为解决高炉煤气洗涤循环水的水质稳定问题，国内学者［1-2］对循环水结垢、腐蚀问题开展了大量的研究工作，并提出了相关建议措施。但随着煤气洗涤水循环次数增加，电导率富集，系统腐蚀、结垢的风险增加；同时，煤气洗涤水水质COD、氨氮、总氮浓度较高。因此，高炉煤气洗涤循环水安全、环保隐患凸出，如何开路处理是一个值得研究的课题。

日本某公司在传统聚乙烯醇（PVA）载体基础上成功研发的PVA 凝胶小球，是一种亲水性好、具有良好细菌栖息性的新型微生物固定化载体，具有容积负荷高、CODCr 及TN 去除率高等明显的技术优势，在生活污水、印染废水、果汁废水等废水处理方面取得了相关成果［3-4］，但在冶金行业高炉煤气洗涤水处理上的应用少有报道。

对此，本文对沙钢高炉煤气洗涤水预处理PVA凝胶球的应用进行分析和总结，以期为钢铁行业高炉煤气洗涤水处理的研究与工程应用提供参考。

1 工程概况

1.1 煤气洗涤循环水系统概况

沙钢5 800 m3高炉为国内最大型高炉，设计年产铁 450 万 t，于 2009 年投产；3 座 2 680 m3高炉设计年产铁650万t，于2005年全部投产。为降低煤气含尘量，早期配套建设2套高炉煤气洗涤循环水系统，循环水量合计约5 000 m3/h。

煤气洗涤循环水系统通过投加液碱、缓蚀阻垢剂以及混凝絮凝剂，以降低锌含量、减缓系统腐蚀和控制系统悬浮物。随着循环水系统无限循环，电导率、氯离子、氟化物、COD、氨氮、总氮等水质指标浓度过高，不符合安全环保生产需求。因此，在场地紧张的情况，需采用高负荷处理技术对高炉煤气洗涤循环水进行处理，确保其出水符下游工序接收标准。

1.2 设计进出水水质

设计水质参数见表1。

表1 高炉煤气洗涤水预处理装置设计进出水水质

1.3 工艺流程图

工艺流程见图1。

图1 高炉煤气洗涤水预处理装置工艺流程图

2 工艺简介

2.1 工艺原理简述

高炉煤气洗涤水原水首先进入闭式冷却塔进行降温，闭式冷却塔放置于调节池之上，仅占有少量高度空间，降温后的废水自流进入调节池；调节池废水通过提升泵进入混凝沉淀池，池内加入液碱、脱氟药剂、PFS/PAM 进行混凝沉淀，将水中的重金属离子、氟离子、悬浮物等物质分离，降低生化系统压力；经混凝沉淀后的废水自流进入PVA 反硝化池和PVA 硝化池，池内投放PVA 凝胶球取代传统的活性填料，适当投加营养源剂、定期投加耐盐菌种和调配硝化液回流比，从而进行高效的反硝化和硝化反应，出水进入后续的二级A 池再次进行反硝化脱氮，最终出水采用MBR 膜工艺进行泥水分离，取代常规的二沉池设计，减少占地面积，得到澄清并符合设计的出水。

2.2 构筑物和设备参数

构筑物和设备参数见表2。

表2 高炉煤气洗涤水预处理装置构筑物和设备参数

2.3 系统调试及运行结果

调试期间，将PVA 凝胶球、污泥以及耐盐菌种投放到PVA 反硝化池、PVA 硝化池以及MBR 膜池，经过不断提高运行负荷，培养、驯化微生物，反硝化池PVA 凝胶球最终呈黑色，说明球内寄存了大量的厌氧菌；硝化池PVA 凝胶球最终呈黄色或者棕色，说明球内寄存了大量好氧菌。具体外貌见图2。

图2 PVA凝胶球外观形貌

预处理COD进出水质情况如下：

由图3知，原水进水水质COD 在500～850 mg/L。0～6天PVA硝化池出水COD在800 mg/L，出现反弹，主要是曝气反映阶段物质溶解所致；9～36 天，COD浓度由570 mg/L 降至120 mg/L，去除率达到80%，COD 容积负荷达到1.3 kg/（m3·d）；36 天后，COD 出水稳定在120 mg/L 以下。MBR 膜池出水COD 稳定在80 mg/L以内，去除率约85%。

图3 COD进出水浓度及去除率

预处理氨氮进出水质情况如下：

由图4 知，原水进水水质氨氮在300～500 mg/L。PVA 硝化池出水氨氮持续下降，主要是引入污泥中存有大量硝化菌；15 天后，氨氮浓度处理到5 mg/L，去除率约99%。MBR膜池出水稳定在5 mg/L以内。

图4 氨氮进出水浓度及去除率

预处理总氮进出水质情况如下：

由图5 知，原水进水水质总氮在350～500 mg/L。PVA 反硝化池出水总氮含量在碳源及时投加情况下持续下降，36 天后，总氮浓度由480 mg/L 降至51 mg/L，去除率约89%；最终二级反硝化池出水稳定在10 mg/L以内。

图5 总氮进出水浓度及去除率

预处理氟化物进出水质情况如下：

由图6 知，原水进水水质氟化物在20～30 mg/L，在投加脱氟药剂情况下，去除效果明显，混凝沉淀池出水稳定在10 mg/L以内，去除率60%以上。

图6 氟化物进出水浓度及去除率

3 小结

通过实践，发现PVA 凝胶球+活性污泥法适用于高炉煤气洗涤水的预处理。PVA 硝化池COD 容积负荷达到0.8～1.0 kg（/m3·d），COD 出水稳定在120 mg/L 以下，氨氮去除率99%，出水低于5 mg/L。PVA 反硝化池总氮去除率约89%，二级反硝化出水总氮低于10 mg/L。混凝沉淀池氟化物去除率60%以上，出水低于10 mg/L。