钢铁企业水处理方法

  斜管及斜板沉淀技术具有表面负荷高、去除率高、停留时间短、占地面积小等优点。异向流斜管(斜板)沉淀技术在钢厂转炉煤气洗涤水、连铸二冷水、热轧浊环水、冷轧、全厂综合废水等处理工艺中均得到了广泛的应用。笔者在钢厂水处理设施运营及调试工作中,发现很多采用斜管及斜板沉淀技术的沉淀设施在运行过程中都存在一些共同的问题。经过分析认为,这些问题的产生与斜管及斜板沉淀设施的构造以及钢厂水质特点密切相关。笔者结合实际经验,建议从技术及管理两方面采取改进措施来避免这些问题的产生。

  斜板(斜管)沉淀池是利用“浅层理论”,在沉淀池中加设斜板或者蜂窝斜管,以提高沉淀效率的一种沉淀池。在钢厂水处理设施实际运行过程中发现,斜板(斜管)沉淀池在不同工艺应用中可能出现下面的问题:(1)污泥在斜板或斜管内堵塞并在顶部沉积,如果不及时采取适当的措施,会导致污泥在斜板及斜管顶部大量沉积并向周围扩散,污泥无法正常从泥斗排出;(2)沉淀池水面会有气泡冒出并且伴随大片的浮渣漂起,使出水夹带大量的颗粒物,造成出水水质恶化;(3)斜板及斜管被压缩变形,严重时甚至坍塌,造成设备出水水质持续恶化,甚至需要停运设备,进行斜板(斜管)的冲洗甚至更换,对生产的稳定造成影响。

  唐山某钢厂热轧型材浊环水系统设5组斜管沉淀池,原水经旋流井去除氧化铁皮后提升进入机械反应池,投加无机和有机絮凝剂后自流进入斜管沉淀池。设备投运1 a后,斜管沉淀池出水悬浮物从投运初期的10 mg/L,在较短的时间内逐渐增大到20 mg/L以上。通过现场调查,了解到型材的生产品种、产量都没有发生显著变化,而且在此期间通过调整药剂投加量等措施也无法降低设备出水悬浮物。对斜管上部水质进行连续观察,发现沉淀池前端出水比较浑浊,末端较前端清澈,而且前端局部斜管上部出现了明显的高浊度水“泉涌”现象,这部分高浊度的水携带的悬浮物一部分向周围扩散并沉降于斜管顶部,一部分随出水流出造成了沉淀池出水悬浮物升高。经过分析,判断斜管上部的高浊度水“泉涌”现象是由于斜管底部存在的污泥堆积到一定高度,导致局部水流发生流向改变及水量增大造成的。将其中1台斜管沉淀池的水位降低到斜管顶部,发现斜管顶部已经有成片的污泥淤积,一些斜管被污泥堵塞,继续降低水位到斜管底部,并将斜管取出沉淀池,发现第1个泥斗已经充满污泥,并且污泥已经堆积到接近斜管底部,第2个泥斗也有大量污泥,其他泥斗内的泥量逐渐减少。这个现象恰好验证了之前的判断。

  本溪某钢厂冷轧废水处理站酸碱废水处理系统设4组斜板沉淀池,在设备运行过程中,经常发现斜板沉淀池水面上有大片絮体漂浮,尽管沉淀池斜板上部的出水整体上看起来比较清澈,但因表面漂浮的难以沉降的絮体随着出水流出,导致出水悬浮物仍然超标。对斜板沉淀池逐一进行连续观察发现,存在漂浮絮体的沉淀池前端的斜板局部区域,尤其是斜板和池壁间隙处有大量红褐色污泥冒出,且向上的流速较高,由于污泥密度高,大部分向四周扩散并在斜板顶部发生二次沉降,少部分浮出水面形成漂浮物并向出水端流动。判断上述现象是由于沉淀池前端的污泥斗内污泥积累过多造成的。沉淀池水位降低后,可以看到很多斜板之间夹杂着没有落入泥斗的污泥;透过斜板之间的缝隙可以看到,斜板下面的污泥已经积累到接近斜板底部,影响了水流的分布和流向。

  天津某钢厂全厂综合废水处理站设4组斜管沉淀池,在设备投运几个月后,沉淀池出水逐渐变得浑浊,斜管上部水面出现浮渣和细小矾花,并发现其中有1组沉淀池斜管顶部有污泥堆积,且出水水质恶化,业主决定清理这组沉淀池斜管表面的污泥,并对堵塞的斜管进行冲洗。在对沉淀池进行排空时,随着水位的降低,污泥堆体由于失去浮力向四周扩散并将斜管挤压变形,整个斜管表面呈塌陷形状。分析认为,这种问题产生的原因是由于该组沉淀池离混凝反应罐最近,而运行过程中忽略了4组沉淀池进水水量的均匀分布,导致该组沉淀池进水水量最大,且水力负荷及固体负荷均是4组沉淀池中最高的,以致在同等的排泥操作制度下,该沉淀池污泥量最大,停留时间最短,没有及时排出的污泥逐渐积累,使一部分污泥黏附在斜管的内部造成斜管堵塞,一部分污泥则在斜管顶部二次沉淀形成堆积体。此外,选择的斜管材料强度和厚度较低,这也是造成斜管迅速坍塌的重要原因。

  钢厂污水具有以下特点:(1)悬浮物高,悬浮固体比重大。有些原水虽然悬浮物不高,但是经过中和处理、石灰软化处理之后易形成浓度高、比重较大的固体颗粒,这使得悬浮颗粒物易于沉淀形成比重较大的污泥;(2)含油和有机物。连铸、热轧、冷轧等废水中含有油,其通常经过混凝作用与水中的悬浮颗粒物结合形成絮体在沉淀池内去除。全厂综合废水通常含有机物,其中一部分需通过混凝沉淀去除。含油及有机物的污水在使用斜管或斜板沉淀池进行沉淀处理时,污泥容易在斜管或斜板上黏附。此外,如果污泥存储时间过长,油和有机物会产生厌氧反应生成气泡,将污泥带到沉淀池表面。

  

  发生问题的沉淀池横截面均为长方形,其沿水流方向有多个泥斗。水流进入沉淀池后有2种主要的流动状态,一种是水流沿斜管或者斜板向上流的状态,另一种是水流呈现向沉淀池末端水平流动的状态。而水中的污泥絮体主要在斜管或斜板上沉淀,当积累到一定程度时,便自动下滑,与斜管或斜板内的水流呈异向流动〔1〕,如图 1所示。

  由图 1并结合钢厂污水的特点可知,在长方形沉淀池内,污水中部分大而重的絮体直接沉淀在水流流经的第1个泥斗内,由于靠近进水端的颗粒物浓度高,进水端斜管或斜板产生的污泥量也大,因此进水流经的第1个泥斗内的污泥量最大;而随着水中颗粒物在第1个泥斗内的沉积,流经其余泥斗的水中颗粒物浓度逐渐降低,最终产生污泥量前高后低的现象。当排泥不充分时,前端污泥越积累越多,渐渐“触及”斜管或斜板的底部,部分斜管或者斜板被污泥堵塞,改变了水流分布的均匀性,导致其余的斜管或者斜板处理负荷增大、流速提高,使得部分污泥还来不及在斜管或斜板内沉淀就被水流带到出水区。在出水区由于断面扩张,流速突然降低,原先未沉淀的颗粒物重新在出水区沉淀,并落入已经堵塞的斜管或斜板表面,有些甚至逐渐积累在尚在出水的斜管或斜板表面。絮体的二次沉淀加剧了斜管或者斜板的堵塞形成恶性循环,最终在斜管或斜板填料顶部形成污泥堆体。

  由于斜管或斜板沉淀池内存在污泥产生量前高后低的现象,在这种情况下,如果采用同等的时间间隔对各组沉淀池所有的泥斗进行排泥,则会出现前端排不净、后端排清水的排泥不均匀现象,不仅影响沉淀池的正常运行,也不利于降低污泥的含水率。目前,很多钢厂在对斜管或斜板沉淀池设定自动排泥程序时,采用不同泥斗排泥时间间隔相等、单次排泥时间也相等的设置,正是忽略了上述情况。

  斜管或斜板沉淀池一旦发生填料堵塞的问题,早期会导致斜管或斜板沉淀效果下降。因污泥堆积无法充分排出,会使沉淀池的有效容积缩小,停留时间缩短,导致沉淀池的处理效果下降,使沉淀池出水水质变差。随后逐渐发展为大量斜管或斜板堵塞,并且污泥在斜管或斜板顶部堆积之后,向填料施加巨大的压力,导致斜管或斜板被压缩变形、倾斜、底部压扁、顶部塌陷。斜管或斜板间隙受到挤压变小、倾斜角度减小、底部支撑处压扁、顶部凹陷变形等一系列问题出现之后,将进一步阻碍污泥滑向泥斗,加剧污泥在填料表面堆积,最终导致斜管或斜板大面积报废,严重时可能影响生产的稳定运行甚至造成停产。

  基于长方形斜管或斜板沉淀池存在处理负荷分配不均的缺陷,在设计选型时,应充分考虑水质特点,如果预见可能会产生沉淀池前端处理负荷过高导致填料堵塞和泥斗积泥的问题,最好避免选择长方形的池型。

  在现场发现,很多成套的沉淀设备泥斗锥度小,有些甚至不到45°,小于污泥的堆积角,使泥斗内的污泥沉积在泥斗壁面不容易向排泥口滑落。用其处理黏附性较强的含油及有机物污泥,将影响排泥效果。因此,在设备设计及选型过程中,可以适当增加泥斗的锥度,对于受空间限制无法提高泥斗锥度的,可以通过增加泥斗的数量来实现泥斗锥度的增大。尽管设计改进之后的工程造价会相应增加,但可以实现后期运营成本的降低。

  在不影响出水效果的前提下,可以适当增加斜管或斜板安装的倾斜角度,这不仅能使沉淀物顺利滑落入泥斗,而且可以减少污泥在填料顶部的二次沉淀。此外,设计时尽量避免斜管或斜板与沉淀池的内壁之间存在空隙;在斜板或斜管选型时应注意材料的强度和厚度。

  在设计斜管或斜板沉淀池时,保证进水分布的均匀性。从设备外部来讲,要保证各组沉淀池进水分配均匀;从设备内部来讲,要保证沉淀池内部水流分布均匀,避免局部负荷过高。

  在1组并列的沉淀池之间,往往是每台沉淀池多个泥斗的排泥口通过一个排泥管进行串联,由于单台沉淀池内不同泥斗之间污泥量存在差异,这种设计容易造成单台沉淀池内不同泥斗之间排泥不均匀。可以将设计更改为将不同并列设备之间同等位置的泥斗进行串联,这样更有利于排泥量的控制。

  在设备运行过程中,通过每日对沉淀池进出水水质的监测,及时掌握水质变化规律;此外,必须加强设备的巡检,定期观察沉淀池斜管或斜板上部出水区的水质情况,如果发现局部斜管或斜板有大量的颗粒物或者气泡冒出,应特别注意可能存在的故障隐患,并及时排除。

  在设备运行过程中,要摸索出适合各个泥斗的排泥周期及时间,不同泥斗要有区别地设定排泥操作制度,并根据沉淀池的运行情况及时调整。

  对于已经运行的沉淀池,如果发现斜管或斜板的堵塞以及填料顶部污泥沉积难以避免,在运行过程中就应及时对斜管或斜板进行清理。可以在斜管或斜板沉淀池顶部操作平台设置便捷有效的辅助冲洗设施,对填料进行及时冲洗。冲洗过程中应先排空污泥,然后逐次少量排水,使水位缓慢下降,填料顶部的污泥缓慢扩散;同时,辅助以高压水进行冲洗。不能采取快速排水放空处理措施,否则填料顶部的污泥会因失去浮力瞬间将填料压塌,造成经济损失。

  由于钢厂污水含油和有机物,有时泥斗内的污泥不能及时排出或者排不干净,导致污泥内的油和有机物发生厌氧反应产生气体。气体上升的过程中,可将一部分污泥颗粒吸附并带到水面,在沉淀池的清水区形成一层浮渣,随出水流过出水堰,严重影响出水水质。这种情况下,为了避免本已处理干净的清水产生二次污染,可以横向设置可移动的浮渣挡板,将浮渣进行拦截,一部分浮渣在聚集变大后可沿着挡板向下沉入水中,另一部分可通过人工进行撇除。具体参见更多相关技术文档。

  钢铁企业的生产是连续性的,这就要求水处理设施在运行过程中保持连续稳定。一般情况下,斜管及斜板沉淀池都是所在处理工艺的核心环节,它的出水水质直接影响生产的用水水质。因此,需要对斜管及斜板沉淀设施给予足够的重视,采取必要的措施来保证斜管及斜板沉淀设施的稳定运行及处理效果。



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