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轧钢废水处理

某轧钢废水处理设计

摘要

随着工业的发展，工业废水特别是钢铁、机械制造加工过程中产生的冷却润滑液、轧钢水等乳化油废水的增加，含油废水的排放量与日俱增,其造成的环境污染已成为可持续发展战略中的重大问题之一。

本课题设计的主要内容就是针对某轧钢废水的处理，详细设计了一套集除油、气浮、曝气、沉淀、过滤的污水处理系统，以达到《机械工业含油废水排放规定》中的二级排放标准。

关键词：

轧钢废水；乳化液；除油器

Abstract

Withthedevelopmentofindustry,emulsifiedwastewaterespeciallythewasterwaterofsteelandmachineryprocessingproducesforcoolinglubricantandsteelrollingisincreased,andthepollutioncausedbyithasbecomeoneofthemajorissuesofsustainabledevelopmentstrategy.Themaincontentofthissubjectisaboutarollingwastewatertreatment,anddesignedasetoffacilityincludedoilseparationdevice,gasfloat,aeration,precipitationandfilteringwastewatertreatmentsystemdetaillytoachievethesecondaryemissionstandardprovisionsofthemachineryindustryoilywastewaterdischarge.

Key-words:

Rollingwastewater;Emulsion;Oilseparationdevice

目录

第一章概述······················································4

1.1课题背景及目的·············································4

1.1.1背景·················································4

1.1.2轧钢废水处理概况·····································4

1.1.3目的··················································5

1.2工程的内容和相关要求········································5

1.2.1内容·················································5

1.2.2要求·················································5

第二章工艺流程的基本情况········································7

2.1概述·······················································7

2.2工艺流程的确定·············································7

第三章设计说明书···············································10

3.1泵房·····················································10

3.2格栅·····················································10

3.3调节池···················································13

3.4除油器···················································14

3.5隔板反应池···············································19

3.6气浮池·····················································20

3.7曝气池···················································24

3.8沉淀池···················································30

3.9污泥浓缩池···············································34

3.10过滤·····················································35

3.11高程的估算与工程概算····································37

3.12主要设备一览表··········································40

第四章结论和建议················································42

参考文献···························································43

致谢·······························································45

附录·······························································46

第一章概述

1.1课题背景及目的

1.1.1背景：

随着工业的发展,特别是钢铁、机械制造加工过程中产生的冷却润滑液、轧钢水等乳化油废水的增加，含油废水的排放量与日俱增,其对环境的污染也日益严重。

含油废水被排到江河湖海等水体后,油层覆盖水面,阻止空气中的氧向水中扩散,水体中由于溶解氧减少,藻类进行的光合作用受到限制从而影响水生生物的正常生长,使水生动植物有油味或毒性,甚至使水体变臭,破坏水资源的利用。

因此,对钢铁、机械等行业产生的含油废水进行有效处理是极其必要的。

在轧钢生产过程中产生的大量废水中主要含有喷淋冷却轧机轧辊辊道和轧制钢材的表面产生的氧化铁皮,机械设备上的油类物质,固体杂质等废弃物及污泥等。

钢铁企业为了消除钢冷轧时产生的变形热，需要采用乳化液或棕榈油进行冷却和润滑，乳化液受细菌、微生物、高温、金属碎屑的选择吸附等作用，夏季十几天，冬季月余，乳化液逐渐由乳白色变成灰黑色，腐败变质发臭，不得不排放废液，更换新液。

废乳化液含有大量的矿物油及其乳化剂，直接排放造成环境严重污染。

因此,各轧钢厂根据自身的情况采取一定措施进行水的循环利用。

同时,科研工作者也在研究各种新的水处理方法,以提高水处理后的质量,降低处理成本,为轧钢生产的节能降耗开辟新的思路。

1.1.2轧钢废水处理概况

1998年我国85家企业总的情况是：

工业用水重复利用率不到85%，废水处理率虽已达到97%，但是外排废水达标率不到85%，每吨钢材耗新水高达34m3，每吨钢材排废水高达24m3。

轧钢系统1997年工业用水的总情况是：

重复利用率84.94%，废水处理率97.74%，外排废水达标率96.22%，每吨钢材用水27.53m3，每吨钢材耗新水4.15m3。

不同的企业水平参差不齐。

以上海宝钢[1]为例，工业水重复利用率97.63%，废水处理为100%，外排废水达标率87.5%，每吨钢材用水29.12m3，每吨钢材耗新水0.69m3。

邯钢工业水重复利用率95%，废水处理为100%，外排废水达标率100%，每吨钢材用水29.59m3，每吨钢材耗新水1.48m3，但是有的企业重复利用率只有52%，每吨钢材用水量高达75m3，消耗新水16m3。

目前，钢铁企业提高水的循环率，减少新水用量，节约用水的潜力还很大。

在过去的10多年里，钢铁工业关于节约水和治理废水已经积累了很多的经验，形成了一整套的方针政策，加上这些年来对各类废水治理技术不断改进和开发，因此要实现有关的先进技术指标，是完全有条件的。

随着国家节能环保型社会建设步伐的不断加快，对环保治理的力度不断加大，钢铁企业是能耗和污染大户，构建循环经济型企业，减少能耗和环境污染是关系到企业生存的重要问题，也是完成国家“十一五”规划的关键。

1.1.3目的：

（1）轧钢废水处理刻不容缓，本课题旨在根据课题水量水质,设计出一套切实可行的轧钢废水处理方案

（2）巩固深化对污水处理理论与知识的理解，学会用所学知识解决实际问题

（3）培养分析问题与解决问题的能力

（4）熟练掌握绘制平面图、流程图的方法与技巧，为工作打下良好的专业基础

1.2工程的内容和相关要求

1.2.1内容

该轧钢厂的水质、水量如下：

表1-1：

轧钢废水水质指标

污水水量

pH值

CODcr

（mg/L）

BOD5

（mg/L）

石油类

（mg/L）

1000m3/d

9-13

15500

890

9800

处理出水要求达到JB774-1995《机械工业含油废水排放规定》表中二级标准，pH=6-9,COD≦150mg/L,BOD≦15mg/L。

1.2.2要求

（1）处理后出水必须达到JB774-1995《机械工业含油废水排放规定》表中二级标准，即pH=6-9,COD≦150mg/L,BOD≦15mg/L,满足工业净环水和浊环水补充水要求、绿化用水要求、生活杂用水要求；

（2）布局紧凑、美观、占地面积小；

（3）运行成本低，维护管理简便；

（4）投资省。

第二章工艺流程的基本情况

2.1概述

目前传统的除油工艺[2]中，大多采用了强碱性除油剂，生产作业中采用了中高温，环境污染及能源消耗均十分巨大，必须对其进行工艺调整和技术改造。

为节能而开发的低温除油工艺虽已经研究多年，但实际推广中尚存在不少问题，主要的问题有工件处理时间长、油污脱除不干净、排放废水中COD偏高等等，在实际应用中面临严重的挑战。

随着能源日渐紧张，常温、高效、低成本是金属表面处理和技术中必须考虑的基本要求。

对轧钢废水的处理技术中。

我国传统的处理工艺流程见图2-1。

图2-1轧钢废水传统处理工艺流程示意

该工艺主要问题是：

工艺流程长，处理构筑物占地面积大，投资费用高，污泥含水率高，需污泥脱水装置脱水，不能连续作业。

2.2工艺流程的确定

针对本课题轧钢生产中废水含油指标高、处理难度大等特点，我们在污水处理中采用如下工艺流程[3]来解决：

泵房是给排水系统中重要的组成部分，是整个给排水系统正常运行的枢纽。

污水经泵房提升后，应尽量使污水在后续的构筑物和排水管道中依靠重力流动，以减少污水提升的费用。

格栅是由一组或数组平行的金属栅条、塑料齿钩或金属筛网、框架及相关装置组成，倾斜安装在污水渠道、泵房集水井的进口处或污水处理厂的前端，用来截留污水中较粗大漂浮物和悬浮物。

为减少劳动量和有害气体对人体的危害，本设计中不采用人工排渣，而采用机械排渣。

调节池可对污水的水质、水量、pH值、水温进行调节，还可以用作事故排水池，考虑到后续的除油器的最大除油能力为5000mg/L,而污水的含油比较高，因此采用另设一贮存河流水、雨水等的贮水池，与调节池的出水联动，使污水与清水按1：

1稀释，来达到除油器的除油要求。

油类的初步去除采用自然除油，其设备有自然除油罐和平流隔油池。

而立式除油罐具有较大的池深，不仅可以提高除油效率，而且是实现含油污水处理重力流程所必须的，既可节省工程投资及运行费，降低水处理成本，同时又可以提高水处理效率。

立式除油罐结构结构相对简单，造价较低，除油效率高，在含油污水的处理中得到了广泛的应用。

根据以上立式除油罐的优点，本设计中采用立式除油罐。

往复式隔板反应池，它是在一个矩形水池内设置许多隔板，水流沿两隔板之间的廊道往复前进。

隔板间距自进水端至出水端逐渐增加，从而使水流速度逐渐减小，以避免逐渐增大的絮体在水流下破碎。

通过水流在廊道间往返流动，造成颗粒碰撞聚集，水流的能量消耗来自反应池内的水位差。

气浮就是利用高度分散的细小气泡黏附存在于废水中的非溶解性（疏水性）杂质一起浮出水面，即对于相对密度接近于1或等于1的颗粒使它表面能黏附上大量细小的空气泡，降低其密度，增大其粒径，使其迅速浮起来形成浮渣，从而达到回收废水中的有用物质或使废水得到净化的一种固液分离技术。

与自然沉降法相比，气浮法有以下特点：

1.由于气浮法的表面负荷有可能高达12m3/m2·h，水在池中停留时间只需10-20min,而且池深只需2m左右，故占地面积小，节省基建投资。

2.气浮池具有预曝气作用，出水和浮渣都含有一定量的氧，有利于后续处理或再利用，泥渣不易腐化。

3.对那些很难用沉降法处理的含油污水，气浮法处理效率高，出水水质好。

4.气浮法的缺点是电耗较大，处理每吨污水要比沉淀法多耗电约0.02-0.04kW·h。

曝气池按曝气方式的不同，分为鼓风曝气、射流式曝气和叶轮表曝。

射流式曝气利用水泵打入的泥、水混合液的高速水流，吸入大量空气，由于气、泥、水混合液在喉管强烈混合搅动，使气泡粉碎，继而在扩散管动能变为压能，提高了溶解度。

氧的转移效率可达20%-25%以上。

沉淀池按池内水流方向不同分为平流式、竖流式及辐流式三种。

辐流式沉淀池拥有机械排泥，运行较好；排泥设备有定型产品等优点。

因此，本设计中采用了辐流式沉淀池。

考虑到油类污染物的处理可能达不到标准值（可以用MFA-450型红外测油仪）[4]，因此，在处理工艺的最后加一道过滤工艺，以达到油类污染物排放标准。

根据以上内容，确定的轧钢废水处理工艺如下：

图2-2：

轧钢废水处理工艺流程图

第三章设计说明书

3.1泵房

污水进水泵房由格栅间、泵房组成（泵房配电间设于离泵房不远的地方，具体布置见污水厂总体平面布置图，另外厂内设有集中变配电间、中控室），采用半地下室钢盘砼结构。

泵房采用立式杂质污水泵抽升污水，泵房内设三台型号为2

PW的立式污水泵，两用一备。

单泵流量为36-72m3/h,扬程为9-11.5m,转速1440r/min，电机功率4kW，轴功率2.0-2.7kW,效率56-65%，吸上真空高度7-7.5m。

[5]

每台泵出水管上设微阻缓闭止回阀，起吊设备采用电动单梁起重机，最大超重重量为2t。

机组布置：

采用单行顺序布置，便于吸压管路直进直出布置，减少水头损失，同时也可简化起吊设备。

基础尺寸确定：

水泵基础长L=底座长L′+（0.15-0.20）=0.9+1.0+0.2=2.1m左右；基础宽B=b+（0.15+0.2）=0.8+0.2=1.0m。

泵房尺寸确定：

基础间间距取1.2m,基础与墙壁间距取1.0m,另设一块检修场地长4.0m,宽3.0m，并考虑到配电间、管路等。

平面尺寸：

长×宽=10.60×7.40米，地下埋深6.3米。

具体布置见附图。

3.2格栅

格栅前的的渠道应有5m以上的直管道，其流速为0.4-0.9m/s，以保证流过栅条的流速为0.6-1.0m/s。

其最大流量为：

Qmax=kQ（3-1）

式中：

Qmax----污水最大处理量,m3/d；

Q----污水处理量，m3/d,本设计中为1000m3/d；

k----日变化系数,可由给水量实际统计资料推求，在无资料时，可采用1.25-1.43，此设计中取变化系数1.3。

Qmax=kQ=1.3×1000=1300m3/d=54.167m3/h=0.0150m3/s

渠道面积为：

S=Qmax/v（3-2）

式中：

S----渠道面积，m2；

Qmax----污水最大处理量,m3/s；

v----污水流过栅条的流速，m/s，一般为0.6-1.0m/s,本设计中取v=0.8m/s。

S=Qmax/v=0.0150/0.8=0.0188m2

格栅的间隙数量n可由下式决定：

（3-3）

式中：

n----格栅间隙数,个；

Qmax----最大污水处理量,m3/s；

α----格栅安装倾角,人工清渣时，格栅安装角度一般与水平面成30-60°，机械清渣时，除转鼓式机械格栅除污机外，其作安装倾角一般为60-90°。

本设计中采用机械格栅除污机，取60°[6]；

b----栅条净间隙，m，细格栅栅条间隙一般采用0.0015-0.01mm,本设计中取0.005m；

h----栅前水深，m,要求不太浅也不超过栅前最大水深，取0.2m;

v----污水流过栅条的流速，m/s。

，取18个。

校核格栅槽总宽度B:

B=d（n-1）+bn（3-4）

式中：

B----格栅槽总宽度，m;

d----栅条宽度，m,机械清除时为16-25mm,人工清除时为25-40mm,特殊情况下最大栅条间隙可采用100mm。

本设计采用机械除渣，取0.020m;

n----格栅间隙数，个；

b----栅条净间隙，m。

B=d（n-1）+bn=0.02×（18-1）+0.005*18=0.43m

根据以上数据，在本设计中选用的是两台DS600*1000型机械格栅机[7]，一用一备。

DS型机械格栅机是一种最简单的截污设备，由固定栅条、链条带动数排不断回转运动的耙齿及电动减速机组成。

置于废水流程的明渠或污水处理站入水口，用于截留废水中较大颗粒的悬浮物，防止其后的处理构筑物的管路及水泵堵塞。

当DS型机械格栅机运行时，格栅底部被污水淹没。

污水流过格栅时，污水中的较大悬浮物及漂浮物被截留在格栅下部。

杂物通过回转的耙齿沿栅条上升，翻越格栅顶部，输送到格栅后侧的不锈钢渣斗内。

DS型机械格栅机整台设备为不锈钢制作，耐腐蚀，使用寿命长；弹性耙齿可防止因栅条错位，而发生的耙齿与栅条碰撞的问题。

DS600*1000型机械格栅机的设备规格：

表3-1：

DS600*1000型机械格栅机规格

型号

最大沟深H/mm

栅前最大水深/mm

最大流量/（m3/h）

DS600*1000

≤1000

350

100

功率/KW

耙齿速度/（m/min）

格栅倾角/°

栅条间距/mm

0.37

2.0

60

5

外形尺寸如下：

表3-2：

DS600*1000型机械格栅机外形尺寸

H/mm

H1/mm

H2/mm

B/mm

B1/mm

L/mm

L1/mm

L2/mm

1500

1000

500

600

520

1480

750

700

图3-1型机械格栅及格栅布置示意图

3.3调节池

取调节池有效水深为2.1m，调节池出水为提升泵按平均流量提升，采用方形调节池。

调节池容积：

V=Qmaxt（3-5）

式中：

V----调节池容积，m3;

Qmax----污水最大流量，m3/h;

t----储存污水时间，h,取8小时的贮量。

V=Qmaxt=54.167×8=433.336m3

采用方形调节池，则池表面积为：

A=V/h（3-6）

式中：

A----调节池表面积，m2;

V----调节池容积，m3;

h----调节池污水高度，m,取2.1m。

A=V/h=433.336/2.1=206.350m2

则L=B=14.365m取14.5m，调节池超高0.3m,则调节池高度H=2.1+0.3=2.4m。

池上设有一台自动式刮油行车，在池的终端设有带式撇油机和污泥斗。

行车刮板向上时，把油刮向带式撇油机，撇除表面浮油；刮板向下时放至池底，把沉积于池底的泥渣刮到污泥中，然后由可调偏心螺杆泵将污泥抽到浓缩池中进行浓缩处理。

在池底设集水坑，水池底以i=0.01坡度坡向。

为防止悬浮物的沉积和使水质均匀，可采用专用搅拌设备进行搅拌。

根据调节池的有效率，搅拌功率一般按1m3污水4~8W标配搅拌设备，该工程取5W。

则调节池配潜水搅拌机的总功率为433.336×5=2166.68W。

取两台2.2kW的潜水搅拌机，安装在调节池进水端，一备一用。

利用两台2

PW的立式污水泵，抽取距调节池底1.1-1.5m处的乳化液废水进入下一个处理单元，2

PW的立式污水泵规格单泵流量为36-72m3/h,扬程为9-11.5m,转速1440r/min，电机功率4kW，轴功率2.0-2.7kW,效率56-65%，吸上真空高度7-7.5m。

根据经验可知，调节池刮油设施的BOD、COD的去除率为20%左右，所以其出水的水质为：

表3-3：

调节池出水水质指标

污水水量

pH值

CODcr（mg/L）

BOD5（mg/L）

石油类（mg/L）

1000m3/d

9-13

12400

712

9800

另外设同调节池一样大小的贮水池，贮存雨水或者抽取河流水、自来水，采用贮存水与废水按1：

1稀释混合，利用BL型直联式离心清水泵打入下一处理单元。

BL型直联式离心清水泵规格为：

扬程范围8.8-62m,流量范围4.5-120m3/h,电机功率1.5-18.5kW,介质最高温度80°C。

稀释后的水质指标为：

表3-4：

稀释后废水的水质指标

污水水量

pH值

CODcr（mg/L）

BOD5（mg/L）

石油类（mg/L）

2000m3/d

7.3-11.3

6200

356

4900

3.4除油器

本设计采用立式除油罐来初步去除废水中的油类。

1．立式除油罐的设计水量由下式计算：

Qmax′=2kQ（3-7）

Qs=Qmax′/n（3-8）

式中：

Qmax′----稀释后污水最大处理量,m3/s；

k----日变化系数,可由给水量实际统计资料推求，在无资料时，可采用1.25-1.43，此设计中取变化系数1.3。

Q----污水处理量，m3/d,本设计中为1000m3/d；

Qs----立式除油罐的设计水量，m3/h；

n----同时运行的除油罐座数，n≧2,设计主要由2座除油罐来除油，所以n=2。

Qmax′=2kQ=2×1.3×1000/24=108.333m3/h

Qs=Qmax′/n=108.333/2=54.167m3/h

2．校核水量及计算

含油污水处理站在设计时，由于考虑到检修的需要，除油罐的设计一般不少于2座。

当其中一座除油罐停止运行时，其余运行的每座除油罐实际负担的水量即为校核水量。

校核水量也是除油罐的最大运行水量，校核水量由下式计算：

Qx=npQs/（n-1）（3-9）

式中：

Qx----校核水量，m3/h；

n----同时运行的除油罐座数，n≧2,设计主要由2座除油罐来除油，所以n=2;

p----一座除油罐停止运行后，其余运行的除油罐实际负担的水量占全部水量的百分数。

如部分水量调往其他污水站处理或外排时，p<1；当污水不能外调或外排时，p=1。