试析唐钢高炉煤气洗涤废水处理方法的研究 53页

东北大学硕士学位论文唐钢高炉煤气洗涤废水处理方法的研究姓名：张勇申请学位级别：硕士专业：化学工程指导教师：牛盾;武学泽20050701n东北大学硕士学位论文摘要唐钢高炉煤气洗涤废水处理方法的研究摘要水资源是国民经济发展的重要资源之一。水资源短缺将是21世纪全球面临的共同问题。随着我国经济的迅速发展，水资源消耗和水质污染状况日益严重，破坏了人类生态环境，限制和影响了国民经济的可持续发展。因此，开展废水的综合治理研究，提高水资源的利用率，具有重要重大社会意义。钢铁行业属高耗水行业，高炉煤气洗涤废水是钢铁企业的主要工业废水之一，具有水量大、水温高、悬浮物含量高等特点。开展高炉煤气洗涤废水的治理技术研究，对降低吨钢耗水指标、改善水资源的有效开发利用具有重要意义，同时，对提高高炉的安全高效生产具有重要作用。本研究的目的就是筛选高效、经济的絮凝方法，对高炉煤气洗涤废水进行絮凝处理，改善水质和滤后污泥的脱水性，提高水资源的利用率。针对高炉煤气洗涤废水的特点，为了提高高炉煤气洗涤废水的化学絮凝处理效果，通过对唐钢二炼铁厂高炉煤气洗涤废水的絮凝实验，筛选出用无机高分子絮凝剂聚合硫酸铁(PFS)配加聚丙烯酰胺(PArd)处理高炉煤气洗涤废水的方法，并得出了最佳实验条件，对絮凝机理进行了探讨分析。研究表明，聚合硫酸铁(PFS)配加聚丙烯酰胺(PAM)处理高炉煤气洗涤废水具有吸附性好、脱稳能力强的特点，悬浮物去除率可达95％以上，其絮凝效果远远优于其它无机高分子絮凝剂。关键词：高炉煤气洗涤废水悬浮物絮凝剂污泥脱水性聚合硫酸铁(PFS)IIn东北大学硕士学位论文AbstractStudyOnBlastFurnaceGasWashingWastewaterofTangShanIron&SteelCO．Ltd．AbstractThewaterresourceisoneoftheimportantresourcesofnationaleconormcdevelopment．Theshortageofwaterresourcewillbeacommonproblemfacedintheworldinthe21stcentury．Withtherapiddevelopmentoftheeconomyofourcountry，thestatusofwaterresourceconsumptionandwaterpollutionisgettingseriousdaybyday．Ithasdestroyedthehumanecologicalenvironment，limitedandinfluencedthesustainabledevelopmentofnationaleconomy．So，promotingtheresearchofcomprehensiveadministrationofwastewaterandimprovingtheutilizationratioofthewaterresourcewillhavegreatvaluesofsocialeffect．Thesteelindustrybelongsto1lighwaterconsumingindustries．Blastfurnacegaswashingwastewaterisoneofthemainindustrialsewageofanironandsteelenterprise．Itischaracteristicofgreatoutput，hightemperatureandhighturbidity．Advancingthetreatment，controlandrecyclingresearchesofgaswashingwastewaterinironandsteelenterprisewillhaveaveryimportantvalueforimprovementofeffectivedevelopmentandutilizationofthewaterresourceandreducingfreshwaterconsumption，Meanwhile，itwillalsohaveaveryimportantroletoenhancethesafeandhigh—efficientproductionofblastfulTlaces．Theobjectiveofthepresentresearchistoseekforaeconomicandhi曲’efficientflocculentmethodtotreatmentblastfurnacegaswashingwastewatersoastolmprovewaterqualityanddehydrationpropertyoffilteredsludge．Itwillbeprotecttheindustrialecologicalenvironmentoftheironandsteelenterpriseandimprovetheutilizationratioofwatelresource．ConsideringthecharacteristicsofblastfurnacegaswashingwastewaterandinlIIn东北大学硕士学位论文Abs订actordertoimprovethechemicalflocculadontreatmenteffect，chemicalflocculadontestwascarriedonblastfurnacegaswashingwastewaterofthesecondironmakingplantofTangshangironandsteelCompany．wefindthatinorganicmaeromoleculeflocculant—Polymerferricsulphate口FS)combined诵tllpolyacrylamide(PAM)isbettermethodoftreatment，meanwhile，theoptimumexperimentconditionhasobtainedformthetest，theflocculationmechanismwasalsodiscussed．Theresultsindicatethatthismethodmadebypresentprocesshasfeaturesofgoodadsorptionandstrongdestabilization．Morethan95％suspendedflocCanberemoved，itsflocculationeffectismuchbetterthanotherinorganicmacromoleculeflocculant．Keywords：BlastFurnaceGasWashingWastewater，SuspendedFloc，Flocculant，SludgeDehydrationProperty，Polymerferricsulphate(PFS)IVn独创性声明本人声明所呈交的学位论文是在导师的指导下完成的。论文中取得的研究成果除加以标注和致谢的地方外，不包含其他人己经发表或撰写过的研究成果，也不包括本人为获得其他学位而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中作了明确的说明并表示谢意。学位论文作者签名：弓确日期：弘晒．7．f。学位论文版权使用授权书本学位论文作者和指导教师完全了解东北大学有关保留、使用学位论文的规定：即学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人同意东北大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索、交流。学位论文作者签名：日期：另外，如作者和导师不同意网上交流，请在下方签名；否则视为同意。学位论文作者签名：签字日期：导师签名：签字日期：n东北大学硕士学位论文第一章绪论1．1水资源使用现状第一章绪论帚一早珀下匕地球表面上水的覆盖面积约占四分之三。水是宝贵的自然资源，是人类生活、动植物生长和工农业生产不可缺少的物质。水是一切生命机体的组成物质，是生命发生、发育和繁衍的源泉。生产和生活用水，基本上都是淡水。地球上全部地面和地下的淡水量总和仅占总水量的0．63％。随着社会发展和人们生活水平的提高，生产和生活用水量在不断上升。人类年用水量已近4×1012m3，目前拥有世界入D40％的约80多个国家正面临着水源不足，：至1]2010年，不论是发展中国家还是发达国家的城市都将面临严重的缺水问题。据分析，l}1J2050年地球上缺少饮用水的人还可能达N20亿人之多，最缺水的国家达20个之多。联合国早在1977年就向全世界发出警告：水资源不久将成为继石油危机之后的另一个更为严重的全球性危机。近年来多种渠道的报道都在告诫人类面临着水源危机，据估计，全球对水的需求，每20年将增加一倍，但水的供应却不会以这种速度增加，使工农业生产和人民的健康受到威胁。我国的水资源有：地面水年经流量约2．61×1013m3，地下水储量约3X1012m3，冰山每年融水量约5×10¨m3，扣除三者重叠部分，我国总的水资源约有2．7X10”m3，虽居世界第六位，但按人口平均计算(按12亿人口计)，我国人均水资源仅有2250m3，只有世界人均占有量的1／4。加上我国水资源的分布很不均衡，在西北、华北等缺水地区更显贫乏。目前全国有180多个城市缺水，其中40个城市严重缺水。全国每天共缺水880万立方米，全国约有4000万人，300多万头牲畜吃水困难。人类不但需水量大，而且随着工农业的迅速发展和人口增长，排放的废污水量也急剧增加，使许多江、河、湖、水库甚至地下水等都遭受不同程度的污染，使水质下降。而水质的优劣直接关系到工农业生产能否正常进行，关系到水生生物的生长，更关系到人体的健康。在水资源如此贫乏的我国，每天排入水体的废水量达3．0×10“11q3，其中工业废水约占80％，85％的废水未经处理变直接排放，n东北大学硕士学位论文第一章绪论使有限的水资源受到严重污染。宝贵的水资源没有能够得到有效的利用，浪费严重是一个值得重视的问题。中国各大城市中工业用水的重复使用率一般只有25％，如济南市30％，石家庄只有20％。重复使用率最高的京、津、沪等城市虽达到50％以上，但仍比美国的60％，日本的69％低。与国际上水重复使用率70％-90％的先进水平相差甚远。再如：我国炼1t钢需用水20一30t，日本只用水3—5t；我国造lt纸用水300-400t，国外先进水平只用20t，差距相当大。生产1t化肥耗水2t，发100度电耗水lt，纺织1000m棉布需用水5t，这些数字相当于先进国家的几倍至几十倍【”。综上所述，我国的水资源现状异常严峻，如要逐步缓解当前的水资源危机，必须在控制水资源的使用量、提高水资源的利用率、控制废水的排放量等方面多做工作。对水资源做到尽可能少用新水、少污染新水、多治理废水。1．2水体污染水体污染主要指由于人类的各种活动排放的污染物进入河流、湖泊、海洋或地下水等水体中，使水和水体的物理、化学性质发生变化从而降低了水体的使用价值。水体污染会严重危害人体健康，据世界卫生组织报道，全世界75％左右的疾病与水污染有关。常见的伤寒、霍乱、胃炎、痢疾和传染性肝炎等疾病的发生与传播都和直接饮用污染水有关。水体污染有两类：一类是自然污染，另一类是人为污染，而后者是主要的。自然污染主要是自然因素所造成，如特殊的地质条件使某些地区的某些或某种化学元素大量富集，天然植物在腐烂过程中产生某种毒物，以及降雨淋洗大气和地面后挟带各种物质流入水体，都会影响该地区的水质。人为污染是人类生活和生产活动中产生的废污水对水体的污染，包括生活污水、工业废水、农田排水和矿山排水等。此外，污染气体及气溶胶的沉降，废渣和垃圾倾倒在水中或岸边，或堆积在土地上，经降雨淋洗流入水体，都能造成污染。根据国家环境保护总局发布的环境质量公报显示，1996年除农业污水排放外，全国污水排放总量达4．2X1010t，其中工业废水排放量约27×1010t，县及县以上企业2．06×1010t左右，乡镇企业6．0×109t左右；生活污水排放量1．5×10。t左右。1991—1995年县及县以上工业废水排放量呈平稳态势，而乡镇工业废水和2n东北大学硕士学位论文第一章绪论生活污水排放增长明显，年增长率分别为17％、6～7％。目前的水污染以有机污染为主。1996年排放污水中化学需氧量COD排放量达2．0X107t左右，其中县及县以上7．0X1010t，乡镇工业6．7X106t，生活污水6．3X106t。到目前为止，乡镇工业和生活污水中COD排放量将超过县及县以上企业而成为主要污染源【21。1．2．1生活污水生活污水是指居民在日常生活中所产生的废水，主要包括生活废料和人的排泄物，包括厨房洗涤、沐浴、洗衣等废水以及冲洗厕所等污水。废水的成分及其变化取决于居民的生活状况、生活水平及生活习惯。污染物的浓度则与用水量有关。生活污水的水质特征是水质较稳定，但浑浊、色深且具有恶臭，呈微碱性，一般不含有毒物质。由于生活污水适于各种微生物的生长繁殖，所以往往含有大量的细菌、病毒和寄生虫卵1．2．2工业废水工业废水是指工业生产所排放的废水。由于工业类型、生产工艺及用水水质、管理水平的不同，使各类工业废水的成分与性质千差万别。工业废水中除冷却水等较清洁的生产废水外，都含有各种各样的污染物：有的含有大量的有机污染物质；有的含有毒有害物质：有的物理性状十分恶劣，成分十分复杂。这类工业废水必须经处理后方能排入水体或城市下水道系统1．2．3农业废水随着农药与化肥的大量使用，农业径流排水已成为水体的主要污染源之一。施用于农田的农药与化肥除一小部分被植物吸收外，大部分残留在土壤或漂浮于大气中，经降水洗淋、冲刷及农田灌溉排水，残留的农药与化肥最终会随降水及灌溉排水径流排人地面水体或渗入地下水中。此外，农业废弃物(包括农作物的秆、茎、叶以及牲畜粪便等)也会随各种途径带入水体中，造成水体的污染。n东北大学硕士学位论文第一章绪论1．3钢铁工业水使用及治理现状钢铁工业用水量很大，每炼lt钢，约用200～250m3水，在钢铁生产过程中排出的废水，主要来源于生产工艺过程用水，设备与产品冷却水，设备和场地清洗水等。70％的废水来源于冷却用水，生产工艺过程排出的只占一小部分。废水含有随水流失的生产用原科、中间产物和产品以及生产过程中产生的污染物。钢铁工业在生产过程中，几乎所有工序都要用到水，都有废水排放，其特点是废水量大，污染面广。据1999年统计，我国钢铁行业用水总量为215亿t，外排废水量约为32．09亿t。废水中主要有：酚1058多t；氰化物1322多t；化学耗氧量24万多t；石油类12860多t。由此可见，钢铁工业废水是污染环境的主要废水之一。国家“九五”、“十五”期间推广应用了节水技术和节水工艺，冶金工业用水得到很大的改善，全行业吨钢工业用水由1996年的231．92m3／t降到1999年192．82m3／t，下降幅度为17％。吨钢耗水量由41．73m3／t降到28．79m3／t，降低了12．94m3／t，下降幅度31％，循环率提高了3％。宝钢是我国钢铁行业的节水示范企业，2000年吨钢耗新水6．11m3，2001年降N5．03m3，工业用水重复利用率达96．56％。目前，钢铁行业工业用水存在主要问题：(1)供水水质清浊不分，造成补水量大，如直接冷却水和间接冷却水在同一系统处理：(2)循环设施不完善，二次污染严重，造成补水量大；(3)水质稳定措施不完善，排水量大，补水量增加；(4)生产工艺用水量大，造成补水量大。如高炉冲渣水，目前大多采用水冲渣法，lt渣需约10t水，若采用转鼓渣法粒化装置的工艺，Nlt渣只需1t水；高炉煤气洗涤现在绝大多数采用湿法，用水量大，污染严重，若采用干式除尘工艺，将大为改善；连铸二次冷却采用气水喷雾替代目前广泛使用的水冷方式，将节水40—50％【3州。4n东北大学硕士学位论文第一章绪论1．4钢铁工业节水趋势及节水新技术钢铁企业把生产过程排出的废水及其污染物作为有用资源加以回收利用并实行高度循环或闭路循环，包括水和污染物的循环，其实质是模拟自然生态的无废料生产过程，是最优化过程。高度循环和闭路循环用水技术，必将成为控制钢铁企业水污染的最佳技术，并越来越受到要们的重视，是今后发展的必然趋势。1．4．1钢铁冶金废水主要分类14．1．1生产工艺过程废水，主要指高炉、转炉煤气洗涤废水和高炉冲渣废水，水量大，污染严重。14．1．2设备间接冷却水，这种废水水温较高，水质污染小，但要求水质稳定，以减少对设备的腐蚀和结垢。14．1．3设备和产品的直接冷却废水，主要特征是含有大量的氧化铁皮和少量润滑油脂，必须进行处理方可循环使用。1．4．2主要节水新技术随着钢铁工业的迅速发展，无论是对水资源的节约，还是环境的保护，都要求钢铁行业不断探索节约用水技术，提高用水效率，减少排污，保护环境，保护水资源。围绕钢铁工业用水开展了大量技术研究和新技术的推广。1．4．2．1“干法”除尘技术。高炉煤气及转炉烟气除尘，一股均为湿式洗涤工艺，如转炉烟气洗涤水中含尘量占炉子产钢量1％-2％，当吹氧时含尘量达10000mg／L以上；高炉煤气洗涤后污水中悬浮物含量一股在1000--4000mg／L，并含酚、氰等有害污染物质。因此湿法除尘不仅消耗水量，还带来水体污染。目前高炉煤气洗涤不少已被“干式”除尘取代，如济钢、邯钢、柳钢等。转炉烟气净化在宝钢三期引进了300t转炉干式除尘工艺，取消了原一、二期转炉庞大的湿法除尘水处理系统。这不仅解决了缺水地区用水，而且根除了污染。1．4．2．2“干熄焦”技术。这是一项炼焦工艺中熄焦工艺的新技术，它除了可提高焦炭质量之外，利用干熄焦时的余热发电，而取消了湿熄焦设施，节约了水的消耗，减少了大气和水体污染，是具有节能、节水的先进工艺。n东北大学硕士学位论文第一章绪论1．4．2．3空气冷却器。钢铁厂冷却水占全部用水80％左右，其中高炉、炼钢、连铸工艺部分设备的间接冷却水在高热负荷强度下运行，水质为软水或除盐水，以密闭循环冷却水系统运行，其水温下降依靠空气冷却器散热片，把热量传递至空气中。与常规使用的冷却塔降温设旖比较，节水约4％一7％。这一节水技术己在唐钢、包钢、邯钢、太钢高炉炉体冷却部分、天津大无缝的电炉、连铸结晶器及马钢连铸结晶器等使用。以邯钢两座高炉炉体冷却为例，年节水量约350万m3，这在严重缺水地区的邯钢来说，相当于增产24万t钢的用水量(按1999年邯钢用水指标计)。但是密闭循环水系统及空冷器节水技术的采用，需与工艺设备的相关技术要求结合。一是设备的供水温度一定要高于当地最热季节的空气干球温度15℃；二是整个循环水系统有密闭运行条件。1．4．2．4节水型冷却塔。钢铁厂生产用水约有80％用于冷却水，冷却水由间接冷却水和直接冷却水两部分组成。20世纪了70年代开始从国外引进先进技术的企业和自行设计的改扩建单项工程，分别采用了净、浊两类水质的循环水系统，使车间的循环水系统的重复利用率分别达94％和92％以上，取得了节水效果。但是要达到如此高的重复利用率，需要采用一系列的技术措旌和相关设施，才能保证水系统长期、稳定、高效的运行。冷却塔在循环水系统中几乎是必用的设施，它是确保水系统在最热月季节中所需要水温，以满足工艺生产要求的设备。冷却塔韵设计和合理选用，对节水能起到积极作用。钢铁行业的降温幅度一般在8—25℃之间，基本上可采用强制抽风的逆流和横流式钢筋混凝土冷却塔。在确保冷却降温条件下，风吹飘损水量的多少是考核冷却塔优劣条件之一。如果风吹飘损率下降0．1％，按1999年冶金工业的循环总水量计算，年可节省新水量达1800万m3左右。1．4．2．5高性能的缓蚀阻垢水稳药剂。目前大型循环水系统均投加水稳药剂，使其在确定的水质条件下，使整个循环水系统的缓蚀阻垢的指标有效地控制在标准之下，使水系统得以长期稳定运行，以确保工艺的正常生产。同时高性能的水稳药剂可在水质相当条件下，提高循环水浓缩倍数，使循环水系统的补充水量减少，以达到节水效果。1．4．2．6采用单因子自动监控记录的敞开式循环水系统的排污水设施，以控制排污水量。改变以往人为控制排污，导致浓缩倍数控制混乱、排污水量大和水稳药剂流失的状况。n东北大学硕士学位论文第一章绪论1．4．2．7采用液位自控电气阀控制循环水系统的自动补充以节约用水。避免浮球阀关闭不严而常年连续补水，造成大量新水排出。1．4．2．8油水分离技术。钢铁企业含油废水和乳化液废水较多，一旦处理不妥将兑换新水使用，或以兑水的方法换取外排废水达标，造成了大量废水外排，这在轧钢废水处理中尤为突出。目前主要采用溶气气浮、破乳药荆、膜法过滤等处理方法，处理不同含油废水。1．4．2．9反渗透技术。反渗透技术在水处理流程中已在海水淡化、苦咸水淡化、工业给水处理、纯水处理、饮用水处理、钢铁厂外排废水处理等方面使用。如宝山冶金股份有限公司自备电厂制备除盐水使用的原水是长江水，由于受潮汐倒灌影响，原水通常含盐量达3500mg／L(其Cl一含量约1700mg／L)，最高达6500mg／L(其Cl。含量约3500mg／L)，采用了反渗透一离子交换的处理流程。1．4．3主要的节水新工艺1．4．3，l敞开式循环水系统。最有效的、最基本的节水工艺是敞开式循环冷却水系统：在钢铁工业中分为两大类：一是间接冷却敞开式净循环水系统：二是直接冷却或洗涤使用的敞开式浊循环水系统。采用这类供水系统可节水90％，目前已被广泛采用，尤其在水资源贫乏地区和要求高水质的现代化生产工艺上采用率更高。但是不少企业由于循环水系统的设施和技术上不成熟、不配套和水价等因素，使己建有的循环水系统不能正常运行，甚至停用，没有发挥其节水效果。因此要发挥循环水系统的节水工艺效果，要着重关注以下三个方面：第一，循环水系统的设施组成必须完善，如净环水系统除经处理后补充水外，由冷却、旁滤、水质稳定、杀菌灭藻等设施组成，并配有自控的补水和排污。又如浊环水系统，由于用户不同，可由沉淀、气浮、过滤、冷却、水质稳定、系统排泥及污泥浓缩分离等环节组成。否则循环水系统不能长期稳定服务于工艺生产，使大量新水浪费，污染水体。第二，循环水系统中采用的水处理设施及设备，应是技术成熟可靠，参数科学合理，符合使用条件的新技术和新产品，不应把生产当作试验场合，否则一旦某一环节出现问题，导致整个循环水系统不能正常运行，甚至瘫痪。第三，必要的自动监控系统。1．4．3．2密闭式循环水系统。密闭式循环水系统的补水率小于1％，具有十分n东北大学硕士学位论文第一章绪论显著的节水效果，已在炼铁、炼钢、连铸等设备中部分使用，是个理应推广和开发的节水工艺。密闭式循环水系统的热量交换，借助于空气冷却器(即水一空换热器)利用空气带走热量，或采用冷媒水，依靠水一水换热器带走热量。但是采用该系统有三个基本条件：一是整个循环水系统必须密闭，任何环节不与大气相通：二是水质为软水或除盐水；三是室外大气干球温度低于供用水产的水温，且温度大于15℃。1．4．3．3串接供水系统。串接供水系统为水多次复用，提高了水的利用率，节水效果显著。如宝钢的低浓缩倍数循环水系统和串接用水的用水系统，使全厂设计的年复用率达95％。又如济钢焦化厂采用串接供水技术，使全厂复用率90％以上。1．4．3．4设置水系统的自控仪表监视系统。采用该系统，使供排水系统水处理设施和补水、加药、排污、水量、水温、水压、水质等参数得到全面的自动监控，对节约用水起到有效的保证作用[10-12】。n东北大学硕士学位论文第二章高炉煤气洗涤废水概况2．1高炉煤气洗涤废水的产生及处理工艺高炉在冶炼过程中，由于一层炽热的厚焦炭在炉缸内燃烧，开始由空气过剩燃烧而逐渐变成空气不足的燃烧，结果产生了高炉煤气。据统计高炉的综合焦比一般400—600kg／t铁，每消耗It焦炭可产生3500—4000Nm3的煤气，高炉煤气一般含尘量10—409fNm3，高炉煤气必须经过净化才能送往用户使用，净化处理后煤气要求含尘低于10mg／Nm3。高炉煤气洗涤废水就是在这个净化过程中产生的。高炉煤气净化技术分为湿法和干法两大类。目前，我国的钢铁企业主要采用湿法。在湿法中，煤气洗涤水的处理循环使用是一个很重要的问题高炉煤气洗涤污水是炼铁厂的主要污水，每生产1t铁会产生大约3-20m3的污水，其中的主要污染物为烟尘、无机盐及少量的酚、氰等有害物质。净化处理高炉煤气，是将炉顶煤气引入重力除尘器除去50％．60％大的灰尘，进入双文氏管串级洗涤系统，设在文氏管喉口处的喷嘴向喉口喷水，煤气在流经喉口时速度很快，水滴与高速气流撞击中被雾化，气液两相充分接触，将煤气中的含尘量降到30．80mg／m3，达到除尘和冷却煤气的目的，煤气经洗涤后进入高炉煤气管网。洗涤后的废水通过水封连续排出，即为高炉煤气洗涤废水。这种废水的水温达到50．60"0，水中悬浮物质～3000mg／L，这中废水必须进行处理，使水中悬浮物质<100mg／L，澄清水经冷却后循环使用。高炉煤气洗涤废水治理的原则是从经济运行、节约水资源和保护水资源三方面考虑，对废水进行适当处理，最大限度地予以循环使用。高炉煤气洗涤水中的悬浮物主要利用沉淀法除去，并根据水质情况，采用自然沉淀或投加凝聚剂进行混凝沉淀。煤气洗涤水的沉淀，多数厂采用辐流式沉淀池。高炉煤气洗涤水在沉淀处理时，沉淀池的下部积聚了大量的污泥，污泥的利用，需要根据污泥的成分不同而异，还应根据炼铁厂所在地点不同而异。污泥含铁量一般约为30％一40％，应作为炼铁原料予以利用。在建有选矿厂的企业，可将泥浆送到选矿厂与浮选精矿混合浓缩，再一并进行过滤脱水，然后作为炼铁原料送烧结厂。也可直接把泥浆送到烧结厂作为润湿掺合料，采用这种作法时，9n东北大学硕士学位论文弟二章高炉煤气洗涤废水概况需同时建有一定能力的泥浆场，以便在供求不相衔接时，把泥浆送到脱水场脱水、储存。目前也有的厂将沉淀池的泥浆用汽车罐车直接运到烧结厂的。当上述方法不能实现时需建独立的回收处理系统，把脱水后的泥饼作为炼铁原料送烧结厂。一般大型高炉的污泥均用作烧结原料，首钢每年回收4万t左右的污泥，鞍钢每年回收污泥9万t，可节约用煤和用电，价值约数百万元。污泥含铁量低，作为炼铁原料不合适时，经脱水的泥饼，可作为水泥原料予以利用。也可将泥浆用于粒化炉渣(不是冲渣)，而后随同炉渣一并作为制作水泥的原料，送水泥厂【1⋯。高炉煤气洗涤水处理包括沉淀、冷却、水质稳定和污泥脱水等主要工序。高炉煤气洗涤系统及污泥脱水工艺流程如图2．1图2．1高炉煤气洗涤系统及污泥脱水工艺流程Fig．2．1Processflowofblastfurnacegaswashingwastewaterandsludgetreatment2．2高炉煤气洗涤水主要设施及性能2．2．1一级文氏管：～级文氏管简称一文。它一般做成喉口处带有溢流堰并设喷嘴的结构，故也叫溢流文氏管。溢流的水沿文氏管壁流下，可以保护洗涤设备不被高温气流和烟气中的尘粒损害。2．2+2二级文氏管：二级文氏管简称为二文。它的喉口处设有一个可调节喉口大小的装置，故也叫可调文氏管。通过调节喉口的大小，控制气流通过喉口处的速度，提高除尘和降温效果。由于二文的采用，洗涤污水就能够达到循环使用。10n东北大学硕士学位论文第二章高炉渫气洗涤废水概况2．2．3沉淀池：目前国内许多钢铁厂采用中心传动刮泥机械的辐流式沉淀池，由重力沉降作用，配合适当絮凝剂和凝聚剂，将悬浮固体从水中分离，使水能够循环使用。2．2．4泥浆浓缩池：目前国内许多钢铁厂采用中心传动刮泥机械的辐流式沉淀池作为煤气洗涤系统泥浆浓缩设备。2．2．5脱水设备：脱水设备包括真空过滤机、带式压滤机等设备。带式压滤机是一种新型高效过滤设备，近年来已用于高炉和转炉污泥脱水。进入带式压滤机的物料是需要经过投加絮凝剂进行絮凝处理的，这时的物料物理性能已发生变化，泥浆变为絮凝团和游离水，游离水很容易从网带上漏掉。带式压滤机滤布网眼大。网带的丝径比滤布的丝径粗。所以带式压滤机具有网带过水阻力小、机械强度高、使用寿命长和连续运行等特点。2．3高炉煤气洗涤水的特点2．3．1高炉煤气洗涤废水的水量采用双文式管串级洗涤工艺1000m3煤气用水指标为1-2rn3，唐钢二炼铁厂高炉煤气洗涤用水平均指标为1．744m3，三座高炉总用水量1650m3／h。2．3．2高炉煤气洗涤废水的水质特点及成因高炉煤气洗涤废水的成分很不稳定。不同高炉即使同一座高炉，在不同工况下产生的煤气洗涤废水，其成分的变化很大，但主要取决于高炉炉料的成分、状况、炉顶煤气压力、洗涤用水量及温度。例如：当高炉100％使用烧结矿时，要减少煤气中的含尘量，并相应的减少由灰尘带入深入洗涤废水的碱性物质。溶解在洗涤废水中的C02的含量，与洗涤废水的温度有关，炉顶压力小，洗涤水温度高则废水中C02的含量就少，反之亦然。当炉顶煤气压力高时，煤气中含尘量相就减少，洗涤废水中的悬浮物含量也相对减少，且粒度较细。另外现代高炉大都采用喷煤技术来节约能源降低成本，这就造成煤气洗涤水中灰分增加，悬浮物粒度更细[14】。高炉煤气洗涤水的物理化学性质见下表2．1n东北大学硕士学位论文第二章高炉煤气洗涤废水概况高炉煤气洗涤污水泥渣成份(％)见下表2．2高炉煤气洗涤污水泥渣粒径(％)见下表2．3表2．1高炉煤气洗涤污水的物理化学成分Table2．1PropertyofBFgaswashingwater分析项目普铁高炉锰铁高炉水温／℃颜色悬浮物／mg．LDH总硬度／dH暂时硬度／dH总碱度／mg—N·L酚／mg．一氰化物／mg．一Ca2+／mg．L1M92T／mg．L_lFe“／mg．LlCl／mg．rC032一／mg．LHCOa／mg．L-I硫酸盐／mg．r耗氧量／mg．L。150一60暗褐色400_一40007．5—_810—209～124—70．05—2．4O．03—_0．96—552—602—335—150o-一3120—290140—2407—2543—50灰色800—57008．2—93—520一28O．02—_0．1839—307，6～17．19_一11O—一o．0l50_一9058—91321—410O一710一20溶解固体／mg．L。1200一900648—895表2．2高炉煤气洗涤污水泥渣成份(％)Table2．2Mainconstituentsofsludge高炉容积／m3Fe304组分’82u3FeO组分Si04组分CaO组分1513m3高炉31．9940．055．1012．6012．281000m3高炉40．4812．1010．958．95250m3高炉11．815．891I．4812n东北大学硕士学位论文第二章高炉煤气洗涤废水概况2．3．3高炉煤气洗涤循环冷却水水质稳定的特点经过沉淀的和冷却的水，在煤气洗涤系统循环过程中，往往出现发生结垢的现象，这就涉及到水质稳定的问题。对高炉煤气洗涤水的水质稳定，应采取对水质全面处理的对策，控制悬浮物含量、控制成垢盐、控制腐蚀率、控制水温等几方面采取措施，并与工艺的有关条件结合起来，才能达到预期的处理效果。若冷却水在使用过程中，既不在管道或设备内结垢，也不产生腐蚀，即为稳定的水。含有重碳酸钙的水，用于冷却时，具有下列平衡关系。Ca(HC03)2=CaC03{+C02十H20上式是可逆反应。由此可见，水质稳定，主要是二氧化碳、重碳酸钙、碳酸钙之间的平衡问题。当水中游离二氧化碳少于平衡所需的量时，则产生碳酸钙沉淀；若超过平衡量时，则产生二氧化碳腐蚀。文氏管中的结垢和侵蚀现象如图2．1和图2．2所示．n东北大学硕士学位论文第二章高炉煤气洗涤废水概况图2．1文氏管进水环管喷水管中的结垢层图Fig．2．1ThickencrustationOilventufimouthlc}iece图2．2一文管出水管侵蚀情况图Fig．2．2Corrosionofventurimouthpiece冷却水在循环使用过程中，由于下列原因，使水质加速失去稳定，结垢严重。(1)循环水在使用过程中，由于水温升高，二氧化碳在水中的溶解度下降，造成部分二氧化碳外逸；与此同时，冷却水由于水温升高要求达到平衡的二氧化碳量增多，所以出现二氧化碳量不足，致使冷却水失去稳定；(2)水与空气接触时，因为空气中二氧化碳分压很低，造成水中二氧化碳外逸。当循环水在冷却塔或喷水冷却池进行冷却时，水与空气的接触面积很大，从而加4n东北大学硕士学位论文第二章高炉煤气洗涤废水概况速了二氧化碳外(3)循环水在运行过程中，由于不断蒸发而浓缩。循环水的稳定性，可按下式判断，当：KHs聚合硫酸铁在水溶液中可形成多种高价和多核络合离子，女E[[Fe6(OH)14]”、[Fe6(OH)15]”、口卸(om】7r、[Fe8(OH)20】4+、[Fel3(oH)34】5+等，并能水解产生高度交联的疏水性氢氧化物聚合体，这些多核络合体具有较高的分子量和较高的电__-●_____-r_r_●-____________，______________E_If口口№№扣K扣><岫i陀I岫扣|el扣>H口口H产Km>口口№№—．．。．．．．．．．．．．．．．．．．．．。．。．．。．Ln东北大学硕士学位论文第五章聚合硫酸铁(PFS)絮凝机理分析荷，这些水解产物的存在及与胶体颗粒表面的作用决定了PFS的絮凝性能。5．2胶体脱稳的理论分析胶体粒子很小，比表面积大，颗粒都带有同性电荷，它们之间的静电斥力阻止微粒间彼此接近而聚合成较大的颗粒，其次，带电荷的胶粒和反离子都能与周围的水分子发生水化作用，形成一层水化膜，阻碍各胶粒的聚合。胶体的胶粒带电越多，其(电位就越大，稳定性越强。PFS分子中含有较高浓度的铁离子，其所带电荷与废水中胶粒表面所呈现的电荷电性相反，当向水中投JJIFPS后，PFS提供多种组分的核羟基络合物时，各组分对水中的胶体颗粒起多种混凝作用。PFS在水处理过程中，最终生成的疏水性聚合体的表面积200一1000m2／g，表面能就非常大，吸附能力也强，新生态的絮体表面活性更高。那些分子量较小的高价络离子被原水中的负电性胶粒和悬浮物吸引进入紧密层，使胶体扩散层压缩，(电位降低，排斥能也随之降低，此时，胶体失去稳定性，胶粒与胶粒之间就发生碰撞凝聚进一步形成絮凝体。5．3高分子架桥作用分析无机高分子絮凝剂的分子量越大，伸展度越大，粒间的吸附架桥作用越大。PFS是在硫酸铁分子族的网络结构中插入了羟基，结果就以OI-Y作为架桥形成多核配离子，大量的高分子络合物及高分子疏水性氢氧化物聚合体，具有较好的吸附架桥作用。这种多核羟基络合物分子的大小与结构特点，使这些络离子在混凝中具有较强的吸附中和作用，因此PFS溶液中的高价大分子络离子在混凝中的主要贡献是吸附中和胶粒的电荷和兼有粒间架桥用。PFS絮体的表面积大、表面能高，结构紧凑致密有一定的强度，在沉降过程中对胶体颗粒的吸附量大，具有吸附共沉淀作用且容易发生卷扫沉积现象，沉淀物容积小且沉降速度快，大大提高了PFS的混凝效果5．4污泥脱水性分析污泥脱水性能直接反映了絮凝效果，在絮凝过程中，形成的絮体的比表面、4ln东北大学硕士学位论文第五章聚合硫酸铁(PFs)絮凝机理分析空隙度以及污泥中的水分性状对污泥的脱水性有直接影响。通过对唐钢二炼铁厂高炉煤气洗涤废水絮凝实验后污泥脱水性能的分析可知，聚合硫酸铁(PFS)的加入通过中和电荷作用，形成大块的絮凝体，有效发挥了絮凝作用。同时，由于降低了胶粒的电荷密度，使污泥的特性粘度得到有效改善，提高了污泥的渗透系数。污泥沉降后的体积大小以及过滤分离的难易程度，与污泥中所含水分的性状有关。在絮凝过程中，胶体粒子一旦吸附了絮凝剂，通过水合效应，污泥的水合量就会升高，不同的絮凝剂，沉降体具有不同的性状。据研究表明多价金属离子如Fe”可以有效降低水合量，从而有助于改善污泥的脱水性能。5．5小结4．5．1无机高分子絮凝剂PFS对高炉煤气洗涤水具有较强的絮凝和吸附架桥作用：在絮凝过程中，不仅有电中和、压缩双电层的作用，而且在水解过程中形成的多核多羟基络合物对水中的杂质微粒具有强烈的吸附作用，促进絮体的形成，加速絮体的沉降。4．5．2采用PFS处理高炉煤气洗涤水的絮凝过程中，通过一列羟基桥联聚合反应，生成多核轻基络合物，使包裹在胶体表面的水化膜破裂，破坏了胶粒的稳定性，促使分散性的颗粒集成絮状物，并通过PAM的吸附架桥作用，形成絮凝体。4．5．3PFS处理高炉煤气洗涤水，通过中和胶体负电荷作用，效发挥了絮凝作用，同时降低了胶粒的电荷密度，使污泥自性粘度得到有效改善，提高了污泥的渗透系数，改善了泥脱水性能。n东北大学硕士学位论文第六章结论与展望6．1结论本研究结合唐钢二炼铁厂高炉煤气洗涤废水处理现状，通过查阅大量相关的科技文献，完成了高炉煤气洗涤废水处理的一系列絮凝实验，对高效、经济处理高炉煤气洗涤废水技术进行了较深入的研究。主要研究成果有以下几点：6．1．1无机高分子絮凝剂聚合硫酸铁(PFS)在处理高炉煤气洗涤废水的性能上具有吸附性好、脱稳能力强的特点，远远优于其它高分子絮凝剂如：聚合氯化铝(PAC)、聚合氯化铁(PFC)等，悬浮物去除率可达95％以上，尤其是对改善污泥脱水性具有显著效果。用聚合硫酸铁(PFS)配加聚丙烯酰胺(PAM)的方法，处理高炉煤气洗涤废水是一种高效、经济的絮凝处理技术。该方法可显著提高污水的处理效果和污泥的脱水性能。6．1．2在聚合硫酸铁(PFS)在水解过程中，通过电中和以及压缩双电层，改善了絮凝体的沉降性能，有显著的絮凝作用。6．1．3聚合硫酸铁(PFS)在水溶液中可形成多种高价和多核络合离子，并能水解产生高度交联的疏水性氢氧化物聚合体，这些多核络合结构和它所带的电荷对提高聚合硫酸铁(PFS)的絮凝性能有重要作用。6．1．4聚合硫酸铁(PFS)，通过电中和以及压缩双电层改善絮凝作用的同时，降低了胶粒的电荷密度，使污泥的特性粘度得到改善，提高了污泥的渗透系数，改善了污泥脱水性能。6．1．5采用聚合硫酸铁(PFS)配加聚丙烯酰胺(PAM)处理高炉煤气洗涤废水，最佳的投入量为：水样1000mL，加入聚合硫酸铁(10％)0．05mL，PAM(0．1％)2．5mL。6．1展望开展高炉煤气洗涤废水处理技术的研究，要从先进工艺和高性能处理药剂出发。目前用于废水处理的絮凝剂，正逐步向高效、经济方向发展。在工业污水治43n东北大学硕士学位论文第六章结论与展望理方面，研究开发先进的循环用水和污水回用技术，提高净化效率和水资源利用率是未来发展的方向。无机高分子絮凝剂作为第二代絮凝剂有从性能上优于传统铝盐、铁盐絮凝剂，从价格上优于有机高分子和复合高分子絮凝剂的优势。聚合硫酸铁(PFS)有着絮凝、脱水性能、价格等多方面的优势，必将广泛地用于高炉煤气洗涤废水处理工艺系统。经初步测算，采用聚合硫酸铁(PFs)配加聚丙烯酰胺(PAM)处理高炉煤气洗涤废水吨水药剂成本约0．08元，唐钢二炼铁厂高炉煤气洗涤废水处理系统使用该方法每年比现在可节约投资108．4万元，经济效益非常可观。n东北大学硕士学位论文参考文献1．王晓地，孙传敏，樊明辉．我国水资源的现状与有效利用[J]，成都理工学院报，20000，27(增)：18～202．杨岳平．废水处理工程及实例分析【M]，北京：化学工业出版社，2002．8，5—123．李家瑞，李文斌．钢铁工业环境保护[M】，北京：科学出版社，1990，3-204．魏宗华，张明前．钢铁工业废水治理【M]，北京：中国环境科学出版社，1992150-2005．张处杰主编．环境工程手册．水污染防治卷[M]，高等教育出版社，1999，5—706．孙风琴．炼铁厂煤气洗涤废水净化处理技术与实践[J】，环境工程，1999，17(1)：33—357．唐受印，汪大晕．废水处理工程[M]，北京：化学-