钢铁工业的废水处理技术

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摘要：随着我国经济发展速度的加快和社会主义现代化进程的不断推进，我国的钢铁制造生产规模迅速扩大。在世界水资源紧缺、全球环境问题愈演愈烈的形势下，低碳节能与绿色生产的呼声更加高涨。钢铁产业是用水和耗能大户，产能过剩，资源浪费过多，已经成为制约我国钢铁行业可持续发展的毒瘤。钢铁废水的循环利用也越来越受到重视。

关键词：钢铁废水；废水回用；循环利用

中国幅员辽阔，铁矿石资源丰富，但开发速度与现代化水平由于受到经济条件制约长期落后于世界水平。改革开放以来，我国钢铁产量突飞猛进。根据MEPS（英国钢铁工业市场分析公司）的分析报告，2014年，中国以7.79亿t的粗钢产量位居世界第一，占全球粗钢产量的48.5%。之后，我国钢铁产业迎来了较长时间的低迷期，究其原因是全球经济的衰退以及大范围的粗放型经济严重影响了与环境相关产业链的发展。如何与自然环境协调统一是钢铁行业内一个亟待解决的问题。钢铁工业是中国的支柱产业，而钢铁生产需要用到大量的水资源进行冷却和冲刷。在我国人均水资源占有量极低的国情下，对水资源的保护和循环利用具有十分重大的意义。本文就如何处理钢铁生产过程中产生的废水及处理后水的回用进行系统介绍。

1钢铁废水的来源及成分

钢铁工业的生产废水主要为高浓度的悬浮物废水，浓碱及乳化废水，含多种金属离子如钙、锰、锌、铅等金属离子废水及含芳香类化合物、氰化物、焦油等难以生化降解处理的焦化废水。

2钢铁工业废水的一般处理方法

CODcr是采用重铬酸钾（K2Cr2O7）作为氧化剂测定出的化学耗氧量，即重铬酸盐指数。BOD5（BiochemicalOxygenDemand）是一种用微生物代谢作用所消耗的溶解氧量来间接表示水体被有机物污染程度的一个重要指标。一般用BOD5与CODcr的比值来判断污水的可生化性指标。BOD5/CODcr的值越大代表污水可生化性越好，越容易被生化降解。一般认为，BOD5/CODcr大于0.2时，生化降解效果较好。在钢铁废水中，BOD5/CODcr一般为0.15左右，生化降解难度大。因此，先考虑用物理方法和化学方法降低COD值，再进行深度处理等后续步骤。常见的钢铁工业废水处理法有：混凝法、氧化还原法、气浮和沉淀、过滤和吸附等。

2.1混凝

絮凝理论基础是“聚并”理论，絮凝剂主要是带有正（负）电性的基团和水中带有负（正）电性的难于分离的一些粒子或者颗粒相互靠近，降低其电势，使其处于不稳定状态，并利用其聚合性质使得这些颗粒集中，通过物理或者化学方法分离出来。絮凝法由于价格低廉，处理工业废水效果稳定而得到广泛应用。学者戴竹青等人研究了混凝效果与PAC（聚合氯化铝）投加量和水质pH值的关系；利用均匀设计法对试验结果进行处理得到非线性数学模型[1]。结果表明，在原水COD浓度一定的条件下，混凝效果与pH和PAC投加量有关，最佳pH值在6～8波动，而过量的PAC投加量反而会影响处理效果。因此，在对钢铁废水进行混凝剂投加时，应先做好投加试验来确定最佳的投加量。

2.2氧化还原

钢铁废水中含有多种芳香族化合物。含有芳香族化合物的污水毒性较大，生化性差，普通的化学方法很难将其降解，并且此类污水对环境影响极其严重，对人体健康有着严重威胁。Fenton试剂具有极强的氧化能力，特别适用于某些难生物降解的或对生物有毒性的工业废水的处理。学者田依林研究了Fenton试剂催化降解水中苯胺的效果，考察了pH值、H2O2和Fe2+的用量、紫外光照射等因素对苯胺降解的影响，为更好地利用Fenton试剂法处理芳香族化合物提供有价值的理论依据[2]。

2.3物理吸附

物理吸附法具有简单高效、可重复利用的特点。吸附法原理是利用多孔物质的吸附特点，使污染物与水体脱离。学者孙慧芳、和彬彬等人研究了焦炭在焦化废水中的吸附性能[3]。结果表明，焦炭对焦化废水中的COD、挥发酚、氨氮和氰化物均有一定的去除效果；化学改性可使焦炭对焦化废水中氨氮和氰化物的吸附性能明显提高，其中HNO3改性对焦炭吸附废水中氨氮和氰化物能力的增加效果显著。焦炭具有吸附表面积大、价格低廉、可重复利用的特点，在废水进入生化处理单元前，使用焦炭法进行物理吸附处理有良好效果。

2.4电凝聚气浮法

钢铁废水中包含大量的乳化液废水。这种废水含油量大，难以处理。电凝聚气浮法兼具电凝和絮凝气浮法的优点，对乳化液废水有着很好的处理效果。它是将电源的正负极插入废水中，阳极凝聚混凝剂和氧化剂，将水中的大分子物质氧化成小分子物质再发生絮凝作用；阴极产生气体，在水中生成气泡，使水中的悬浮物附着在气泡上上浮至水面通过刮渣机去除。胡文云、郑娟丽等人以某轧钢厂排放的含油废水为研究对象，采用电凝聚气浮法进行处理，探讨了pH值以及电解电压对处理效果的影响[4]。结果表明，处理时无需再调节pH，以原水pH值为宜；无论电压高低，电凝聚气浮法对乳化油废水COD去除率都在90%以上。电凝聚气浮法是一种经济又高效的处理方法。

3钢铁废水深度处理

近年来，钢铁工业发展迅猛，对经济带来了巨大的推动作用。但钢铁工业用水量约占到全国用水量14%之多。据统计，钢铁工业每年耗水量大概为32亿m3。因此，提高钢铁废水处理效率，对废水处理达标再利用是维持经济又好又快发展和人与自然和谐统一的必然要求。由于钢铁废水中的成分复杂，传统的生物处理后出水水质虽然达到标准，但水中的铁、锰含量仍然较高，用水管路中以铁锰作为能源物质的细菌繁殖迅速，导致管道堵塞并且清理难度大。另外，由于钢铁废水出水温度较高，蒸发掉了过多的水分，因此水质含盐量较高，一般的处理工艺对盐分基本没有去除作用。下面对钢铁工业中主要应用的几种工艺进行介绍。3.1生物活性炭工艺此种方法是将活性炭作为废水中微生物繁殖和聚集的载体，充分利用了活性炭表面积大与生物膜处理污水快速高效等优点。当废水中氧气含量充足时，活性炭空隙内的微生物对有机物进行分解吸收，用于进一步繁殖，逐渐形成生物膜，处理水质效果更加稳定。徐竟成利用生物活性炭虑柱对某钢铁厂排出的废水进行试验[5]。原水氨氮、COD及pH值均达到标准，但铁、锰及浊度指标严重超标。试验结果表明，生物活性炭工艺对钢铁工业废水中浊度、有机物及氮、磷等营养物质都有较好的去除效果，在停留时间为45min的运行工况下，浊度、COD、氨氮和总磷的平均去除率分别达90%、55%、84%和44%。生物活性炭工艺操作简单、占地面积小，在钢铁工业废水处理上有很好的发展前景。3.2膜技术膜分离技术具有高效、操作方便、占地面积小等优点，尤其对于高盐废水有着卓越的处理效果。近年来，膜分离技术发展迅速，技术改进让膜成本有所降低，该技术在水处理的应用中越来越广泛。目前，在工业废水处理中，应用最广泛的是微滤、超滤及反渗透技术。三者均借助浓度差作为推动力，通过筛分和扩散原理阻截物质来达到净水目的。不同之处在于，微滤膜孔径较大，阻截悬浮物、颗粒及微生物；超滤膜孔径可以阻截大分子物质及胶体；反渗透膜孔径最小，可以阻截无机盐离子。太原钢铁公司已建成我国最大的基于反渗透技术的工业废水回用系统，除盐率在97%以上，工业废水回用率在87%以上，成为我国工业废水回用与工业节水工程的典型示范。

4结语

实践证明，合适的物化方法及高效的生化处理系统，可以将钢铁工业废水处理成可循环利用的水资源。企业在治理工业废水时，要从长远角度考虑，改造旧工艺，及时应用效率高、处理能力强的新工艺，尽量减少资源的损耗。

参考文献

1戴竹青，张金辉.PAC絮凝剂去除炼厂废水COD的研究[J].辽宁石油化工大学学报，2008，（3）：26-29.

2田依林.Fenton试剂氧化法在工业废水处理中的应用基础研究[D].开封：河南大学，2003.

3孙慧芳，和彬彬，郭栋生.焦炭及其改性吸附预处理焦化废水的试验研究[J].水处理技术，2009，（10）：55-58.

4胡文云，郑娟丽.电凝聚气浮法处理轧钢厂含油废水的研究[J].工业安全与环保，2006，（2）：26-27.

5徐竟成，黄翔峰，王祯贞，等.生物活性炭深度处理和回用钢铁工业废水[J].环境污染与防治，2007，（11）：862-866.

作者:解晨炜 单位:中治京城工程技术有限公司