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铸造废水回用技术应用
尹士君
　　提要　通过生产试验和应用表明，采用加酸或投加无机铝盐迷宫沉淀的方法，是一种经济高效、适合于铸造废水回用处理的工艺。
　　关键词　铸造废水　回用　技术　应用
Foundry Wastewater Reuse
Yin Shijun
　　Abstract: The result of experiment and practical application shows that labyrinth sedimentation with dosage of acid or inorganic aluminum salts might be an effective process for foundry wastewater reuse with economic profits.
0　概述
　　铸造水力清砂工艺是利用高压水产生的强烈射流，将铸件表面残存的型砂冲洗干净。其废水中主要含有制造砂型所使用的各种原料，其中SS最高可达几千mg/L，pH值偏高；而COD一般在40～50mg/L之间。沈阳某企业主要使用水玻璃砂型，也使用部分树脂砂型，其用水工艺流程见图1。

图1　水力清砂工艺流程
　　冲洗铸件后所产生的废水先落入地面的砂坑内，渗过废砂层后进入地下贮水池中，再用水泵将其抽入废水箱后逐渐排放。废水经废砂层过滤后，较大颗粒已被去除，其水质见表1。
表1　水力清砂废水水质

　　　　项　目
砂　型　　　　
SS/mg/L
浊度/度
COD/mg/L
pH
范围
平均
范围
平均
范围
平均
范围
平均
水玻璃砂
876～195
465
1 100～165
480
50.1～39.8
44.5
13.2～12.6
12.8
树?脂?砂
256～84
179
236～62
153
53.2～41.7
46.1
5.5～3.7
　4.6
混?合?砂
532～104
310
570～74
280
52.4～40.8
45.6
12.8～12.5
12.6

　　水力清砂工艺对用水水质的要求是：不损害工艺设备和设施，不影响铸件的质量，对喷枪、高压泵、阀门、管道等设备不造成堵塞。参考国内外有关回用水水质的某些规定，并与厂方商定，将清砂回用水水质标准定为：浊度＜10度，COD＜20mg/L，其它指标以对生产工艺不产生不良影响为准。
1　处理工艺流程
　　据小试确定的生产处理工艺流程(见图2)：从废水箱取水，投加酸或混凝剂后，经管式混合器、网格反应池、迷宫沉淀池处理，出水再用水泵送回清水箱，供生产工艺重新使用。

图2　铸造废水回用处理工艺流程
　　生产设备的设计处理能力为240m3/d，管式混合器采用钢管制造，直径80mm，混合管段长600mm，设4组叶片，流速为0.55～0.83mm/s。网格反应池采用三段8个分格，第一段为3个分格，G值29.70s-1，GT值5 347；第二段为3个分格，G值20.21s-1，GT值3 638；第三段G值14.69s-1，GT值1 762。
　　迷宫沉淀池采用钢板焊接制造，内装一层侧向流迷宫槽，主流区宽度为30mm，翼片间距为60mm，槽深为60mm。按进水浊度500度、出水浊度10度、残余浊度3度、分离系数K＝0.085计算所需翼片区格数为48格。
　　由于现场长度不够，无法设置48格的迷宫沉淀池，本项设计进行了一次大胆的尝试，采用迷宫槽容积负荷控制法进行设计。根据小试的经验，设计制造了一座20个分格、进水区长300mm、出水区长500mm、总长度为2.2m的超短型迷宫沉淀池。
2　生产试验
　　根据模型试验结果，对生产装置分别进行了不加药自絮凝反应沉淀、加酸调节自絮凝沉淀、加药混凝沉淀、同时加酸和加药混凝沉淀的试验。分别考察了不同投药量、加酸量和不同负荷条件等因素对出水水质的影响情况。
　　在不投加任何药剂的情况下，通过改变水力负荷、改变反应条件进行自絮凝反应沉淀，考察水力负荷对出水水质的影响(见图3)。

图3　自絮凝水力负荷与出水浊度关系
　　通过试验得知，不投加药剂，只依靠自身絮凝反应沉淀，出水浊度随水力负荷的减少而降低。但当水力负荷减少到2.7m3/(m2.h)以下时，浊度基本不再降低，始终在30度以上，不能满足回用水要求。
　　加酸法，由于投加工业硫酸价格高，故采用某化工厂的废盐酸代替。实践表明投加废酸对该废水的处理是有效的(见表2)，出水清澈透明，浊度均＜4度，完全满足回用水要求。其缺点是废酸投加量较大，运输和操作都不太方便，在投加过程中会产生部分酸雾，影响生产环境。
表2　加酸活化沉淀参数

水力负荷/m3/(m2.h)
加酸量/L/m3
浊度/度
pH
3～4
1.5
2～4
11

　　根据小试的结果，投加各种无机混凝剂对该废水的处理都是可行的。考虑到厂方购买和贮存药剂的方便，选用精制硫酸铝为混凝剂。首先考察了投药量对出水水质的影响，将水力负荷固定在3.6m3/(m2.h)，原水浊度为100～300度时，投药量与出水水质的关系见表3和图4。
表3　投药量与出水水质关系

投药量/mg/L
0
5
10
20
30
40
浊度/度
36～44
20～27
13～16
7～9
4.5～6.5
2～5
去除率/%
64～88
80～90
87～94
93～97
95～98
98～99

图4　投药量与出水水质关系
　　根据试验结果，当投药量大于20mg/L时，出水浊度小于10度，可以满足回用的要求。继续增加投药量对出水水质影响不大。
　　在上述试验基础上，将投药量固定在25mg/L，改变水力负荷，考察不同水力负荷对出水水质的影响。其结果见表4和图5。可以看出，水力负荷对出水水质的影响较大，随着水力负荷的提高，出水浊度和COD值逐渐增加，浊度的变化曲线近似一条直线；COD随水力负荷的增加变化幅度逐渐加大。当水力负荷大于4.5m3/(m2.h)时，出水浊度大于10度，不能满足回用要求。经过长时间生产运行实践证明，将精制硫酸铝的投药量控制在25mg/L、水力负荷控制在4.5m3/(m2.h)，出水浊度小于10度，COD小于20mg/L，完全满足回用水的要求，且操作管理方便，运行效果稳定可靠。回用水中较高的pH值不会影响产品质量，对各种生产设备亦无不良影响，反而可以减少设备的腐蚀和维修的次数。
表4　水力负荷与出水水质关系

水力负荷/m3/(m2.h)
2.7
3.6
4.5
5.4
5.9
浊度/度
3～5
5.5～7
8～10
12～13
13～17
COD/mg/L
14～15
15～16
17～18
18～20
22～26
pH
11～11.6
11.5～12.0

图5　水力负荷与出水水质的关系
3　技术经济分析
　　该厂铸造废水回用设备的处理能力为240m3/d，按加药絮凝沉淀和加酸活化沉淀两种工艺设计，主要差别在于加酸和加药设备的不同，其它部分基本相同。投资偿还期按20年计算，沈阳地区的电价按0.3元/(kW.h)计，精制硫酸铝的单价为800元/t，工业废酸按300元/t，加酸量为1.5L/m3，硫酸铝投加量为25mg/L。加酸活化和加药絮凝反应沉淀两个不同方案的投资与运行费用分析见表5。
表5　技术经济分析

项目
设备投资
/万元
药剂费
/元/m3
电费
/元/m3
折旧费
/元/m3
制水成本
/元/m3
加药絮凝迷宫沉淀
3.13
0.02
0.03
0.022
0.072
加酸活化迷宫沉淀
3.53
0.70
0.03
0.025
0.755

　　通过技术经济分析可知，加酸工艺虽处理效果很好，但生产环境不够理想，处理费用相对较高。而加药沉淀的工艺，不仅处理效果好，操作管理简单，运行稳定可靠，基本不需专人管理，且处理费用较低，是较为合理的方案。最终选择加药沉淀工艺。沈阳地区现行水价为1.2元/m3，排污收费为0.2元/m3，每回用1m3废水可节省资金1.3元。每年按250个工作日计算，可为企业节省资金7.8万元。
4　结论
　　(1)铸造水力清砂废水采用加药混凝、迷宫沉淀工艺进行回用处理是可行的，处理水可达到回用要求；(2)将水力清砂工艺的回用水水质标准定为浊度<10度，COD<20mg/L是合理的，对产品和设备均无不良影响；(3)该工艺的最佳运行参数是：水力负荷为4.5m3/(m2.h)，精制硫酸铝投药量为25mg/L；(4)超短型迷宫沉淀池的设计方法可行，运行效果良好；(5)该方法投资少、见效快、节水效果明显，当年即可收回全部投资。