气浮技术在热轧含油污水改造工程中的应用

Posted 2023-01-12 平流

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钢铁行业热轧含油污水处理的主要技术难点在于含油污染物的有效去除。介绍了一种利用现有处理设施(平流沉降池)改建中引入高压溶气气浮工艺的技术方案，以及该工艺在某钢厂处理负荷10000m3/h热轧含油污水改造工程中的具体应用案例。该改造工程近一年的跟踪研究表明，在原有平流池内改建增加高压溶气气浮工艺是可行的，可以大大提高热轧污水中含油污染物的去除率，并可稳定地保证平流气浮池出水含油小于10mg/L，保护了后续过滤器的滤料不被油污染，从而延长了滤料更换周期。
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1.热轧含油污水特点及处理现状
在热轧各工序中，需要冷却水对轧辊、轧辊轴承等设备及轧件进行直接冷却，由于冷却系统是敞开式的，因此设备上的润滑油、轧件上脱落的大量铁皮、设备设施由于腐蚀和细菌滋生等而脱落的悬浮物等均进入冷却水，形成了热轧含油污水。热轧含油污水中的悬浮物浓度一般为1000～1500mg/L，含油量一般为30～80mg/L。
我国钢铁行业吨钢耗新水量一般在3m3以上，较国际先进水平有较大差距，而热轧冷却水的水量非常大，一般钢企每天的用量达到数十万吨，必须回用。由于油和悬浮物容易堵塞轧机冷却喷管和冷却塔填料[2，7]，因此回用前必须妥善处理。
目前钢铁企业均已建有水处理系统并实现了浊环水的循环。污水处理系统一般随轧钢生产线一起建设，由于建设时间较早，受当时技术水平的制约，加之设备设施老化，处理效果一般都不理想，循环水的浓缩比也较低。在水资源紧缺、环境保护和国家政策的驱动下，许多钢铁企业对其水处理系统进行了改造，处理流程很多，但均以“旋流—平流—过滤"的三段式工艺为基础。早期的改造以增减三段中的一段或两段为主，后期主要用新的技术或概念代替沉降或过滤单元，比如，以混凝沉降为主的化学除油器、电磁凝聚沉降、稀土磁盘分离器、磁过滤器、自清洗过滤器和钢丝缠绕过滤器等[4，5]，也有在平流池和过滤之间增设涡凹气浮的案例。新建设的项目中出现了“旋流-隔油-高密度沉淀池-V型滤池"的工艺，运行效果较好，其与三段式的主要区别在于将油和悬浮物分别去除，并强化了沉淀的效率和效果。
由于技术和设备自身局限、设备老化和水处理量增加等原因，部分钢企热轧污水水处理系统出水超标的情况较多较严重，急需改造，但由于轧钢污水量大，设备设施规模大，将老处理系统推倒重建的方案通常是极难被接受的，因此在现有基础上进行改造并充分利用现有设备设施才是较理想的方案。对三段式工艺，试验研究和长期生产实践证明，依靠过滤器除油是不能实现长期稳定运行的。在过滤前将油和悬浮物尽可能的去除是关键，因此改造平流池，使其出水悬浮物和含油尽可能低，才能使过滤器和冷却塔长期稳定运行，并得到合格的循环水。
热轧含油污水处理的主要目标是除悬浮物、除油、降温。悬浮物大部分是不同粒度的氧化铁皮，易于沉降处理，但其余部分悬浮物则需要采用过滤进一步去除。热轧含油污水中的油主要是润滑油，其乳化程度较轻，但如果润滑油与悬浮物黏结在一起，一旦进入过滤系统，将使各种过滤器的过滤介质如滤料、纤维球等迅速板结或堵塞，最终无法运行，因此除油是关键。对于油的去除，高效溶气气浮具有明显的优势，是最有效的除油技术之一，但在轧钢污水处理领域，气浮技术的工程应用相对较少。由于气浮技术的核心是溶气系统，固液或液液分离没有固定的模式，而平流池有足够的容积提供气浮分离的空间，因此，在现有平流池内改建增加气浮除油工艺具有明显的优势。
2 热轧含油污水处理系统气浮改造案例
2.1 改造前工况
某钢厂热轧含油污水系统采用“旋流—平流—过滤"的三段式工艺，平流池4座，其中1座在1999年改为了过滤反洗水池，改造前实际处理水量约10000m3/h。平流沉淀池沉淀区尺寸为60m×11.7m×2.9m，总停留时间36min。平流池采用行车式刮油刮泥机，刮泥机构的活动范围覆盖了平流池分离区的大部分空间，在平流池出水端采用绳式收油机收油。
由于水量增加，平流池数量减少，导致平流池水力负荷增加，出水水质严重超标，其进出水水质见表1。

平流池出水不合格，导致后段流程的过滤器滤料每半月碱洗一次，滤料每年更换一次。该污水处理厂布置紧凑，场内几乎没有可利用的空地，且由于生产任务紧，系统改造工期为10天，改造难度大。
2.2 改造方案及工程量
现场调研表明，平流池出水油和悬浮物含量高是问题的关键，因此改造方案重点针对平流池。平流池池内水样静置沉降表明，在36min的停留时间内，有部分悬浮物不能通过沉降去除，因此平流池对悬浮物的去除能力受到限制。采用试验气浮装置的室内试验结果表明，在回流比为12%的情况下，可将平流池来水悬浮物浓度降至20mg/L，含油量去除到8mg/L。
根据试验数据及经验，结合现场情况，确定了平流池气浮工艺技术的改造方案。本项目采用的溶气气浮技术，基本原理与传统溶气气浮相同，主要由溶气罐和溶气水释放系统组成，但由于其独特的溶气系统设计，使其溶气罐停留时间在30s以内，溶气罐体积只有传统气浮的1/10到1/20，溶气压力0.6MPa，回流比为12%，气水比1%。该装置整体效果和效率均优于传统气浮。方案在平流池单元增设了一套高效溶气及溶气释放系统，方案示意图见图1和图2，主要新增设备见表2。

方案在平流池出水区增设了离心泵，在过滤间空余空间布置了溶气装置，在平流池泥斗区和分离区三分之二处布置了溶气释放装置，溶气装置布置在一定的高度，使平流池上部实现气浮分离，下部实现沉降分离，既加强了油的去除效果，又为悬浮物的沉降留下了合理的空间，将平流池改造成为集沉淀和气浮为一体的处理单元。对于原平流池设备设施，只对收油部分做了改造，其余基本保留了平流池的原状和功能。
2.3 改造后运行情况及处理效果
2.3.1 总体效果
平流池设计出水悬浮物含量小于60mg/L，含油量小于10mg/L。自改造投产以来，对平流池进出水悬浮物和含油量进行了近一年的监测，数据统计见图3。监测期间内来水悬浮物含量平均138mg/L，含油量平均29mg/L，出水悬浮物含量平均50mg/L，合格率96%，含油量平均7.4mg/L，合格率98%。数据显示，改造后的平流池出水水质总体达到了设计要求。另外平流池后续过滤器滤料污染堵塞现象明显缓解。

2.3.2 去除效果
(1)与小试数据的差异与小试数据(前文所述实验数据)比较，平流池出水含油量较理想，悬浮物的去除远远未达到小试试验效果，说明热轧污水中的油相对易于气浮去除，悬浮物高的原因一是受工期限制，理想沉淀-气浮分离的分区改造方案不能实施，二是受刮泥刮油机活动空间的限制，溶气水在第二段的分布不能覆盖平流池的完整断面(图2)。
(2)回流比与出水水质改造后投运前期，平流池气浮系统按12%的回流比运行，后期业主停运1台或2台离心泵，将回流比降至8%或4%。从图2可明显看出，在溶气系统回流比降低后，平流池出水悬浮物含量明显升高，但小于60mg/L，而含油量受回流比变化的影响不大。
由于回流比降低，气固比减小，首先导致池内有效释气量减小，影响了气浮分离效果，其次油和悬浮物被浮至水面后，由于粘附的微气泡少，悬浮物易于受到机械或水力扰动而再次下沉，导致平流池出水悬浮物增加。
3.结论及建议
对于采用“老三段"工艺的热轧钢含油污水水处理系统，对平流池进行气浮改造可以显著改善平流池出水的悬浮物含量和含油量。
对于占地和工期受限，同时对水质要求不高的浊环水系统，本文案例所述的平流池气浮改造方案可以有效满足改造要求，是解决生产问题的首选方案。对于施工工期稍长的项目，需要对平流池进行分区改造，并改变其刮泥刮渣机械，以满足气浮分离所需的水力条件，才能取得更好的改造效果。