多级沉淀‒高效斜板澄清工艺在钢渣综合利用浊环水处理中的应用.pdf

2024 年第 2 期总 第 270 期冶 金 动 力METALLURGICAL POWER多级沉淀高效斜板澄清工艺在钢渣综合利用浊环水处理中的应用黄鑫1，2，马昕1，2，邓睿1，2，李张亚1，2（1.北京首钢国际工程技术有限公司；2.北京市冶金三维仿真设计工程技术研究中心，北京 100043）【摘要】四川某钢厂钢渣综合利用浊环水处理工程采用多级沉淀-高效斜板过滤器组合处理工艺，出水水质满足设备用水要求，工艺运行稳定可靠，处理水全部循环利用，新水耗量大幅度降低。该工艺克服了浊环回水悬浮物粒径小、分散度高、难以沉降的问题，悬浮物的去除率达93%，运行成本约0.58元/m3，有效降低了吨水处理成本。对该工程概况、工艺流程及设计参数、技术特点进行总结分析，可为钢渣综合利用浊环水处理工程提供借鉴。【关键词】钢渣处理；湿法除尘；浊环水处理；悬浮物【中图分类号】TQ085 【文献标志码】B【文章编号】1006-6764（2024）02-0064-04 【开放科学（资源服务）标识码（OSID）】Application of Multi-stage Precipitation and High-Efficiency Inclined Plate Clarification Process in the Comprehensive Utilization of Steel Slag Turbid Circulating Water TreatmentHUANG Xin1,2,MA Xin1,2,DENG Rui1,2,LI Zhangya1,2(1.Beijing Shougang International Engineering Technology Co.,Ltd.;2.Beijing Metallurgical 3D Simulation Design Engineering Technology Research Center,Beijing 100043,China)【Abstract】A steel mill in Sichuan adopted comprehensive utilization of steel slag turbid ring water treatment project with treatment processes of multi-stage sedimentation+high-efficiency inclined plate filter combination,and the effluent water quality met the requirements of equipment water.Process operation was stable and reliable,all the treated water was recycled,and the consumption of new water was greatly reduced.The process overcome the problems of small particle size,high dispersion and difficult settlement of suspended matter in turbid ring return water,the removal rate of suspended matter reached 93%,and the operating cost was about 0.58 yuan/m3,which effectively reduced the cost of treatment of tons of water.The article summarizes and analyzes the project overview,process flow and design parameters,technical characteristics,which can provide reference for the comprehensive utilization of steel slag turbid ring water treatment project.【Keywords】steel slag treatment;wet de-dusting;turbid circulating water treatment;suspended solids前言为贯彻落实党中央、国务院关于碳达峰、碳中和工作的重大战略决策部署，国家相继出台一系列法规、财税、环保政策用以推进钢铁固废综合利用技术的发展1-3。近几年，钢渣利用成为固废循环经济的热点，钢铁企业纷纷建设钢渣处理生产线。钢渣综合利用项目中，辊压破碎及热闷装置在生产过程中产生大量含水蒸汽的热烟尘，为防止烟尘对环境的污染，配套设置湿法除尘净化系统。含尘水蒸汽经由除尘管道汇集后进入湿式变流除尘脱水设施的洗涤塔，净化后的干净气体含尘浓度达标后排入大气，大气中的烟尘则进入浊环水系统4。年处理60万t钢渣综合利用项目的浊环水量约20 000 m3/d，其中工艺设施浊环水量占 15%25%，浊环回水悬浮物浓度为8001 500 mg/L，悬浮物粒度300 m；除尘设施浊环水量占 75%85%，浊环回水悬浮物浓度为 1 5003 000 mg/L，悬浮物粒度 200 m。浊环回水成分复杂，属于高悬浮物、高碱度、高硬度的易结垢废水，水中含尘悬浮物占比高、粒径小、比重小，难以沉降5。采用常规单一过滤或沉淀的处理工艺，出水悬浮物浓度偏高，易造成管道及设备堵塞，只能周期性停产清渣检修，严重影响生产节奏6。部分企业通过增加药量来提高悬浮物去除效果，但如污泥系统处理能力不够，易导致设施超负荷运转，无法保证出水水质。甚至有企业将一半以上的浊环回水直接外排，通过加大补充新水量来优化循环水质，既浪费水资源又污染环境。以四川某钢厂钢渣综合利用浊环水处理工程为例，介绍其工程设计、运行成本及运行效果，可为解决该类浊环水处理问题提供参考。1 工程概况四川某钢厂新建年处理能力30万t转炉渣处理生产线、年处理能力10万t脱硫渣处理生产线及年处理8万t铸余渣处理生产线，处理后的钢渣磁选后返回炼钢厂和烧结厂，其余成品尾渣外售。主要工艺设施包含2套辊压破碎装置、8套热闷装置、7套热泼渣处理设施、6套脱硫渣带盖打水设施、钢渣二次处理设施及2套湿式除尘设施。以上设施生产过程中需配套设置浊环水处理系统，浊环水处理设施设计水量为14 400 m3/d。2 工艺流程钢渣处理过程中，高温条件下浊环水与钢渣发生热交换和氧化反应，产生大量水蒸汽、氧化颗粒物及一些氧化性有害气体。含尘烟气成分复杂，杂质浓度高，为了满足国家超低排放要求，含尘烟气通过湿式除尘器及湿式电除尘器净化处理后，超低外排。杂质成分随喷淋水及冲洗水进入浊环水系统，浊环回水水量较大，回流废水悬浮物浓度较高，悬浮物浓度1 5003 500 mg/L，其中粒度150 m的悬浮颗粒占17%，粒度为75150 m的悬浮颗粒占44%，其余为粒度75 m的悬浮颗粒。采用多级沉淀-高效斜板澄清器的处理工艺流程图如图1所示。湿法除尘设施及钢渣处理设施的浊环回水首先进入多级沉淀池，有效去除约60%悬浮颗粒，上清液中悬浮物含量1 200 mg/L，粒径150 m的悬浮颗粒占17%，粒度为75150 m的悬浮颗粒占44%，其余为粒度75 m的悬浮颗粒。采用多级沉淀-高效斜板澄清器的处理工艺流程图如图1所示。湿法除尘设施及钢渣处理设施的浊环回水首先进入多级沉淀池，有效去除约60%悬浮颗粒，上清液中悬浮物含量1 200 mg/L，粒径75 m。多级沉淀池废水停留时间10 min，保证充足的沉淀时图1 浊环水处理工艺流程652024 年第 2 期总 第 270 期冶 金 动 力METALLURGICAL POWER间，能够较好地实现固液分离。沉淀池长、宽比为1.21.5，沉淀池沉泥渣高度2 m，缓冲层0.5 m，有效水深23 m，保护高度0.3 m，保证水流平稳，减少扰动。利用水泵将多级沉淀池上清液提升至高效斜板澄清器处理，为保证悬浮物去除效果，在提升管路上投加混凝剂和助凝剂，增设电磁式凝聚器，含铁磁质微粒和非铁磁质微粒的浊环水经过磁场处理后，悬浮物微粒凝聚成大的絮团，增加了悬浮颗粒沉降速度，显著提高了沉淀设施的净化效率，改善了沉渣的脱水性能。高效斜板澄清器采用溜槽整流均匀布水，利用分散颗粒的浅层沉淀特性，进一步有效降低了粒径75 m的粉尘类悬浮物，去除了废水中粒径细、较难沉淀的烟尘类悬浮颗粒，使出水悬浮物含量200 mT，充水深度350 mm，磁程100 mm，激磁电流25 A。池内配4台高效斜板澄清器，单台澄清器处理水量为150 m3/h，表面负荷4 m3/（m2h），斜板安装角度为60。沉淀下来的泥渣通过澄清器底部的螺旋输泥机送至污泥调节池，泥浆含水率约60%。输泥机输送能力为 18 m3/h，功率为 5.5 kW。高效斜板澄清器采用高架布置，下层布置 PAC、PAM加药设施各1套，每套配计量泵2台，3 m3搅拌罐1个，0.75 kW搅拌机1台。3.3 其他新建附属构筑物污泥脱水间为地面式双层结构，平面尺寸为17.5 m12 m，二层轨底标高为12 m。二层配有板框压滤机2套，单台设备参数：过滤面积120 m2，滤室容积1.8 m3，进料过滤压力75 m的粉尘类悬浮物，去除率达60%。高效斜板澄清器结合混凝剂及助凝剂加药系统，利用混凝剂作为电解质，在水里形成胶团核，与水中的胶体物质发生电中和，使胶体物质形成矾花沉降下来，可以去除水中的粒径为10-610-3 mm的细小悬浮颗粒，还能够去除色度、油分、微生物、氮和磷等富营662024 年第 2 期总 第 270 期冶 金 动 力METALLURGICAL POWER养物质、重金属以及有机物等。从表1可看出，系统处理后出水悬浮物为 52119 mg/L，去除率达到93%，浊环供水水质指标满足设备用水要求。本工程建设投资1 200万，包括建筑费、安装费及设备费等。直接运行成本包括电费、人工费、药剂费等，人工定员按6人，6 000元/（人 月）计，人工成本为 0.08 元/m3。设备运行电费为 0.35 元/m3，其中电费为 0.5 元/kWh，药剂费（包括 PAM、PAC）为0.15 元/m3。稳定达标排放后，直接运行成本约 0.58元/m3。5 结论与建议通过增加预沉淀设施，采用多级沉淀-高效斜板澄清器的组合工艺，浊环回水通过多级沉淀池处理后，悬浮物去除率60%，主要去除粒径75 m的悬浮物，池内沉渣通过吊车抓入堆渣池，可降低污泥脱水设施处理负荷。增加多级沉淀池可优先去除大颗粒悬浮物，降低高效斜板澄清器的处理负荷，保证出水水质。采用多级沉淀-高效斜板澄清的组合工艺，解决了浊环水悬浮物粒径小、分散度高、难以沉降的问题，工艺流程选择合理，系统运行稳定可靠，处理水全部循环利用，新水耗量大幅度降低，无外排水，减少了环境污染。根据运行数据，对悬浮物的去除率约为93%，运行成本约0.58元/m3。该工艺具有显著的生态环境效益、社会效益和经济效益，可为钢渣综合利用浊环水处理工程提供借鉴。参 考 文 献 1 张琦，王小壮，许立松，等.钢铁流程资料-能源-碳排放耦合关系及分析 J.钢铁，2020，55（10）：103-114.2 伍秀群，王阳.浅谈钢渣的综合利用现状 J.节能环保，2021，3（5）：10-11.3 郭树柏，张小辉，刘珍童，等.转炉湿法电除尘烟气超低排放技术升级 J.四川冶金，2021，43（5）：23-27.4 吕志国.转炉钢渣热闷工艺循环水处理设计实例 J.冶金动力，2011（5）：61-66.5 张茂林.转炉除尘循环水系统水质稳定的研究和对策 J.冶金动力，2017（7）：52-55.6 侯铭新，陈胜喜，耿淼.150 t转炉除尘浊环水系统的优化 C/第十一届中国钢铁年会论文集.北京：中国金属学会，2017：327-332.收稿日期：2023-12-04作者简介：黄鑫（1989-），男，工程师，硕士研究生，现从事钢铁冶金工业废水处理研究及设计工作。表1 浊环水处理系统运行监测数据项目浊环回水浊环供水回用标准悬浮物/（mg/L）1 5002 50052119150总硬度（以CaCO3计）/（mg/L）260320180200200电导率/（S/cm）3 3005 2002 0002 7003 000pH9.79.637.5967