【生活污水處理】高效混凝氣浮法處理熱軋廢水
1 前 言
本廠位于昌平縣西南 ，以軋鋼為主 ，主要產(chǎn)品有扁鋼、角 鋼、汽車板簧等．年產(chǎn)量3 2萬 t 。 在軋制過程中，軋機等設(shè)備需用水直接冷卻，導(dǎo)致冷卻廢水中含有大量的氧化鐵皮和油類 ( 含油量一般在 8—2 5 mg t L ) ， 而且其中的油類乳化程度很高。而軋鋼廢水在鋼鐵生產(chǎn)中還具 有水量大 ， 水溫高的特點。 本廠軋鋼廢 水年排放量達 1 0 0萬 I 左右 ， 污染物排放情況見表 1 。
廢水的大量排放不僅浪費了水資源，還嚴重污染環(huán)境．而且每年要交納超標排污費2 8 ． 6 2萬元。 鑒于此情況， 本廠決定對原有廢水處理設(shè)施進行改造 ．以使處理后的廢水達到排放標準。
2 方案的確定
對于熱軋廢水 ，國內(nèi)一般采用重力沉淀、 機械除油、 過濾等方法處理。上述方法對廢水中的懸浮物有一定效果，但對其中油的處理效率卻很低 ( 主要因為其中以乳化形式存在 ) ， 難以達到≤5 m g t L的排放標準。 本廠原熱軋廢水處理工藝流程見圖 l 。
本廠軋制廢水經(jīng)各車間鐵皮坑、旋流沉淀池處理后 ， 部分 循環(huán)使用 ，另一部分廢水分別進人廠東平流沉淀池 ．懸浮物和油類在上述三級設(shè)施中得到部分去除，但外排水中乳化油仍達到 8—2 5mg t L 。 為使外排水中污染物達到北京市水污染排放標準規(guī)定的二級標準 ( 石油類 ~5 mf l t L 、 s s ≤7 0 m g t L ) ， 就必須對油的處理方案進行重點選擇 。
為解決廢水排放超標的問題和提高水的循環(huán)率，我廠做了大量調(diào)研工作，經(jīng)過調(diào)研、 試驗， 以及和首鋼設(shè)計院、 環(huán)保處目前掌握的國內(nèi)幾種廢水處理方法比較 ，又鑒于本廠的實際情況及資金的限{ I j ，最后確定采用高教混凝氣浮法處理軋鋼廢承 。
3 高效混凝氣浮工藝藏程豆原理
高效混凝氣浮法工藝流程見圖2 。 高教混凝氣浮法工藝是部分回流加壓溶氣氣浮工藝。其原理是 ：溶氣泵將部分氣浮處理出水回流加壓進人溶氣罐，同時空壓機將空氣壓人溶氣罐 ，在一定的壓力 ( 2-3 k g/ c m2 ) 條, f C - T， 空氣迅速溶人水中． 溶氣水流出溶氣罐 ，并流經(jīng)釋放器 ，釋放器將溶氣水壓力恢復(fù)到常壓 ，同時將其中空氣以微細氣泡的形式釋放出來，大量的微細氣泡和廢水中的絮?；蛴椭樵跉飧〕刂姓掣?，使絮?；蛴椭楸戎刈冚p而迅速上浮至液面。刮渣機將液面的浮渣定期刮除．經(jīng)過處理后的達標廢水則由池底排出。
4 高效混凝氣浮工藝分析
4.1 壓力溶氣系統(tǒng)
壓力溶氣系統(tǒng)流程見圖 3 。
溶氣系統(tǒng)包括有： 水泵、 空壓機、 壓力溶氣罐及其它附屬設(shè)備。其中壓力溶氣罐是影響溶氣效率的關(guān)鍵設(shè)備。以填料罐溶氣系統(tǒng)的溶氣效率最高。我廠采用 T R一8型的溶氣罐 ， 該溶氣罐具有以下優(yōu)點：
( 1 )水流通量高，是一般壓力溶氣罐的2 3倍，因而處理同樣水量，體積僅是一般溶氣罐的 1 ／ 3—1 ／ 2 。
( 2 )在水流通量高的情況下 ．依然保持極高的溶氣效率，一般可達 9 9 ％左右 ，極大地降低了能耗。
( 3 )可全 自動操作 ．自動調(diào)節(jié)溶氣罐內(nèi)氣-液壓力平衡 ，不用人手工調(diào)整 閥門或啟 閉空壓機和水泵，降低了操作管理的難度和強度 。低壓運行 ， 3 ] ： , ~ f ／ e m 下即可有效工作 ， 進步降低 了能耗。 我廠采用空壓機供氣進行溶氣 ，為提高溶氣效率，還在溶氣罐內(nèi)放置了聚丙烯階梯環(huán)， 此環(huán)其形狀具有不對稱的特點， 在填料層內(nèi)減少了環(huán)的重疊 ，增大了孔隙率 ．壓降降低 ， 傳質(zhì)效率提高， 比同尺寸的鮑爾環(huán)的壓降低 3 0 ％左右。所以， 填料不僅能提高溶氣效率， 而且液體通過填料時水頭損失小， 布水又均勻。
4.2 溶氣釋放系統(tǒng)
由于溶解空氣必須通過減壓釋放才能獲得氣泡 ， 因此 ． 光有好的溶氣效果而無好的釋放條件那仍然是徒勞的。 可以說： 提高溶氣效率是在 “ 量” 方面努力， 而提高釋放氣泡的性能則 是在 “ 質(zhì)” 方面的追求。 溶氣水通過瞬時降壓、 消能、 傳質(zhì)、 釋氣后 ， 很快地聚集成無數(shù)大小不同的超微氣泡并在劇烈的紊流擴散和分子擴散中繼續(xù)碰撞和并大 ，形成密集的微氣泡從溶氣釋放器中流出。而釋出空氣分子集合的快慢和并成氣泡的大小，則取決于溶氣水的壓力及釋放器的降壓方式 。
4.2.1 釋放器的釋氣過程
釋放器的釋氣過程見圖4 。 溶氣水進人孔口①．固突然收縮并即行擴大．降低部分壓能而加速空氣分子的逸出接著水流在孔室②內(nèi)撞擊、形成渦流而產(chǎn)生劇烈的紊動而繼續(xù) “ 消能” 釋出的空氣分子在分子擴散和紊流擴散 的作用下 ．逐級并形成超微氣泡 。當水流急速轉(zhuǎn)入平行圓盤的縫隙③時． 流態(tài)驟變， 在極窄的狹逢進口處， 水流斷面再次急劇收縮 ， 紊動程度更為劇烈 ， 并出現(xiàn)局部真空 ，其液膜減薄及表面更新速率達到頂點。至此，空氣分子幾乎全部釋出， 并沿圓盤徑 向迅速擴散而使超微氣泡繼續(xù)并大直至在④⑤處形成微米級的微氣泡而出流。 此時溶氣水的壓能已損耗 9 5 ％左右， 余船在管嘴⑥內(nèi)繼續(xù)產(chǎn)生紊流而使微氣泡在紊流擴散運動影響下 “ 并大” ， 而使溶氣水變?yōu)獒寶馑?。整個過程耗時不到 0 ． 3 S 。
4 ． 2 ． 2釋放器的有效參數(shù)
由于釋放器的至關(guān)重要及特殊性 ， 根據(jù)本廠軋鋼廢水的特性 ．特選用了上海 同濟大學(xué)研制生產(chǎn)的 ’ I V一2型釋放器 1 8個 ．分三排安裝于氣浮內(nèi)。 溶氣釋放系統(tǒng)瘋程見圖 5 。 氣浮池接觸區(qū)是待處理廢水和釋放器釋出微氣泡接觸的區(qū)域。T v一2型釋放器是在滲氣釋放基本原理的基礎(chǔ)上，結(jié)合振動原理而研制成功的。其釋氣率達 9 9 ％以上。釋放氣泡直徑 2 0—3 0 , u , m； 低壓有效運行． 釋出水的分布均勻性好 ，增加了微氣泡與水 中油懸浮物碰撞粘附的幾率，從而進一步改善了氣浮凈水效果。此外 ．該釋放器具有抗堵塞功能， 一旦受堵，只要在氣浮池外打開通氣閥接通壓縮空氣氣源 ，就能利用壓力溶氣水將釋放器內(nèi)的堵物沖洗干凈 ．這過程一般只需2 0 s ， 給操作人員帶來很大方便。
4 ． 3 氣浮分 離系統(tǒng)
氣浮分離系統(tǒng)主要是指氣浮池。為 了適應(yīng)水質(zhì)的要求以及出于對造價低． 占地少， 與后續(xù)處理的銜接方便等，在設(shè)計氣浮池時要考慮以下幾個方面 ：
4 ． 3 ． 1 分離區(qū)流速及池深度的控制
分離區(qū)的作用是使帶氣絮粒 ( 油、懸浮物) 與水體分離而上浮至池面， 在整個氣浮池中占有主導(dǎo)地位。帶氣絮粒在分離區(qū)中受著不同方向的力的作用．但主要是受帶氣絮粒的上升流速 及出流水的向下藏速的控制。當v粒上>V粒下時 ， 固液可以分離 ． 當 v粒上< V粒下時， 絮粒將隨水帶出。 而達不到分離效果。
因此， 氣浮分離區(qū)的大小， 實際上受出流水 的平均向下流速的控制 ，所 以分離區(qū)濃度在 2 m左右巳足夠 。
4 ． 3 ． 2 氣浮池的長、 寬比選擇
從浮渣堆積規(guī)律看． 池靖的浮渣厚些， 以后漸漸減薄，一般在 l o r e左右處，浮渣已完成上浮， 增加池長就顯得沒有必要； 反之， 池子過短也不利 ．因池子過短而水瘋前沖力很大， 浮渣還不能全部上浮至水面． 水流郎因池端壁的阻礙產(chǎn)生撞擊返流而影響出水水質(zhì)。 因此，氣浮池的長寬比應(yīng)在 I ． 5 ：I 1 ：I之
間。 另外， 池寬也不宜過大， 以免布水不均， 引起水與浮渣 的亂流而影響浮渣上浮。
4 ． 3 ． 3集水方式的選擇與控制
由于絮粒與水的能否分離，決定于分離區(qū)水流的向下平均流速 ． 由此可見 ， 出流水集水越均勻 ，各點的出流速度就越趨近于平均流速，因局部的出流速度過大而拉吸絮粒向下的可能 性就減少 ，這樣，出水水質(zhì)也就得
以保證。
于以上三條原因 ．我廠設(shè)計 的氣 浮池寬度為4 ． 5 m， 氣 浮池分離區(qū)的長為 1 l m， 池深為 2 m。 另外 ． 在本氣浮工藝中， 在氣浮池上安裝了 T Q一3型橋式刮 渣機。 此刮渣機結(jié)構(gòu)簡單 ， 運行穩(wěn)定 、 可靠。為減少對浮渣層 擾動驅(qū)動速度設(shè)置較慢 ( 5 ml mi n ) 。 還配備 自動翻板裝置， 同時可調(diào)節(jié)刮板高度。 加藥設(shè)備采用轉(zhuǎn)子流量計重力投加方式。投加濃度為 5 0 mg ／ L左右。
4 ． 4 氣浮工 藝的主要優(yōu) 點
( 1 ) 在加壓情況下 ， 空氣的溶解度大， 供氣浮用的氣泡數(shù)量能得到很大程度的滿足確保了氣浮效果。
( 2 )滲入氣體經(jīng)驟然減壓釋放． 產(chǎn)生的氣泡不僅尺寸微細， 粒度均勻， 密集度大， 而且上浮穩(wěn)定， 對液體擾動微小， 特別適用于乳化油的分離。
( 3 ) 7 - 藝過程及設(shè)備比較簡單， 管理、 維修也方便。
( 4 )特別是部分回流式．處理效果顯著而穩(wěn)定， 并能較大地節(jié)約能耗。
5 結(jié)論
我廠在廢水治理過程中，應(yīng)用高效混凝氣浮工藝僅新增了 反應(yīng)池、氣浮弛、出水池等構(gòu)筑物和氣浮系統(tǒng)設(shè)備 ( 包括溶氣 罐、釋放器、 刮渣機) 和加藥系統(tǒng)， 其它部分均為原有設(shè)備和構(gòu)筑物 。
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