摘要：节能减排是未来发展的方向，污水处理及回用迫在眉睫。本文结合首钢污水治理工程的亲身实践经验，对京唐钢铁厂生产污水采用了高密度沉淀池加高效滤池的物理-化学工艺，污水处理厂出水全部回用，吨钢耗新水量3.8吨。
关键词：高密度沉淀池；高效滤池；物化法处理工艺；
Abstract: The energy saving is the future direction of development, sewage treatment and reuse is imminent. In this paper, hands-on experience of the sewage treatment works in Shougang Jingtang steel plant production effluent using high-density sedimentation tanks plus efficient filter of physical - chemical processes, sewage treatment plant effluent reuse all consumption per ton steel, 3.8 tons of water .
Key Words: high-density sedimentation tanks; efficient filter; physico-chemical treatment process;
绪论
进入二十一世纪，能源及环保已成为世界可持续发展的两大主题。钢铁行业作为我国发展的主要支柱产业，为实现国家的可持续发展起到重要的作用。“节能、减排”已列入钢铁行业发展的重要课题。单位产品的水消耗指标一直是衡量钢铁厂的经济及社会效益的重要指标。降低水消耗就意味着要有更高的水的循环利用率，要有更少的外排污水量。在研究钢铁主体工艺本身的优化及工序合理的用水方式以降低用水量之外，如何更有效的处理及回用钢铁厂产生的废水显得意义更为重大。
北京首钢集团作为钢铁企业中的中流砥柱在钢铁企业的“节能、减排”上一直走在队伍的前列。在北京首钢集团进行大步产业调整的背景下，笔者有幸参加了北京首钢厂区污水治理工程、首钢矿业公司污水处理厂工程以及首钢京唐钢铁厂污水处理工程的设计，对钢铁企业污水处理的工艺设计具有一定的认识和实践经验，旨在希望这些认识和经验对类似的工程项目有一定的借鉴作用。
1 钢铁厂排放生产废水的特性
结合北京首钢公司对厂区外排水质多年的监测和统计工作以及亲身历经的首钢公司各污水处理厂的设计及运行的实践，钢铁企业外排污水有如下特点：
排水量比较大，同时各用户排水相对比较集中，排水量不均匀。
生产废水中主要包括工艺用水的直排水，各循环系统的强制排污水等。其中各循环系统的强制排污水占绝大部分，水中的硬度、含盐量等指标比较高，有机物含量较少。生产废水中的主要水质污染指标为SS 、COD、油等。同时鉴于污水的回用，还要考虑一些其它的水质指标如硬度、碱度、pH等。
2 物化法处理及工艺的选择
2.1 污水处理工艺的选择
分析以上钢铁厂生产废水的污水水质，其主要污染物SS 、COD（主要为非溶解性）、油，因BOD5/COD值比较低，不适于生物法处理流程，但可通过混凝、沉淀、澄清、过滤的物化法工艺对以上污染物进行有效的去处。
2.2 物化法的核心工艺选择
我国目前的混凝反应池、沉淀池、澄清池、滤池工艺型式有很多，各有各的优点。选择适合钢铁行业污水特性的合理的混凝沉淀方式尤为重要。从工艺的处理效果、占地、投资等进行综合比较，我们设计最终选择了集反应、澄清、浓缩于一体的高密度沉淀池和便于操作管理的气水反冲洗快滤池。
2.3 高密度沉淀池工艺及优点
高密度沉淀池主要采用浓缩污泥回流和斜管沉淀技术。
混凝池 絮凝池 沉淀池
沉淀池剖面示意图
2.3.1混凝
化学混凝反应是整个处理系统的关键步骤。污水与投加的混凝剂在前部的混凝池中进行混凝反应，同污水中的污染物质反应形成凝聚体。在这个过程中，悬浮物、BOD或COD被大部分去除。另外混凝池中投入石灰来进行软化反应以去除暂时硬度。混凝反应实现动态混凝，进水和出水的水流都控制在反应池的表层。这样的布置限制水流沿着池壁形成抽力，使水流的流径延长而提高混合的效果，同时最大限度的保证了回流的污泥和进水的充分混合。
2.3.2絮凝
发生在絮凝池的絮凝是一种物理机械过程。 在这过程中，物理搅拌和分子间力使絮凝体增大以利于泥水分离。在絮凝池投加阴离子高分子聚合物作为助凝剂可起到吸附架桥作用以强化絮凝效果。
2.3.3沉淀和污泥浓缩
沉淀部分采用斜管沉淀池，其上升速度为可达12m/h左右。在这个速度下沉淀池仍可以得到良好的沉淀效果。斜管的长度为1. 15m，斜管内径为50mm，它的安装倾度和水平方向呈60度。这个倾度可以保证沉淀在斜管上的污泥可以顺利地滑向底部而不至于挂积在斜管上。斜管的剖面是六边型而不是通常的梯形。因为对于斜管沉淀来说投影面积和镜向面积之间的比值非常重要，六边形剖面的斜管此值较高于梯形剖面形的斜管，如此可以得到较大的有效沉淀面积即提高沉淀效率。污泥浓缩区底部设有带有浓缩功能的刮泥机, 把剩余污泥刮入泥斗，部分污泥连续回流至混凝池，部分剩余污泥定期由排泥泵抽出送至泥处理系统，进行脱水处理。
2.3.4 pH调节及后混凝
上清液由集水槽系统收集，进入后混凝池，在此投加混凝剂通过快速搅拌器的搅拌进行后混凝反应，提高后续的过滤效率，并通过投加硫酸调整pH值（在进水和出水处均设有pH分析仪）。
2.3.5 优点
2.3.5.1占地小。占地为常规沉淀技术的1/4~1/10，节约土建造价，适合用地紧张的项目。
2.3.5.2沉淀效率高。其上升流速一般在10~25m/h之间，
2.3.5.3排泥浓度高。一般情况下,排泥浓度在50~80g/L, 在石灰软化时可以高达100~400g/L,完全满足直接脱水的要求, 无需再建浓缩池。
2.3.5.4抗负荷变化能力强。得益于污泥回流功能，其反应区的SS高达几千ppm，适应水质变化能力强，在进水水质变化较大的情况下能起到很好的缓冲作用，而出水水质基本不受影响。
2.3.5.5节约药剂使用。由于污泥回流可以回收部分药剂，而且污泥回流使得污泥和水的接触时间较长，絮凝反应更充分，其耗药量低于其他的沉淀装置。
2.3.5.6水量损失较低。由于外排污泥的浓度较高，其带走的水量也相对较少。和常规静态沉淀池相比，沉淀池的水量损失非常低。
滤池工艺及优点
滤池采用气水反冲快滤池(如V型滤池)。主要有如下特点：
2.4.1采用重力过滤。
2.4.2滤料采用单过滤介质，即砂层，位于鹅卵石层的上面，并且配有滤头，反冲后不会乱层。
2.4.3最大化可用水头损失。
2.4.4采用气水反冲洗。
2.4.5滤池水位精确控制
2.4.6优点
2.4.6.1砂的粒径是经过精心筛选确定的，确保悬浮固体的渗透深度和水压头损失保持均衡。
2.4.6.2采用较大的砂上水深（1米以上），以保持一个恒定的压力，避免释放溶解气体。
2.4.6.3选择适当的过滤面积和砂层，有较快的过滤速度。
2.4.6.4气水冲洗工艺可防止滤料膨胀，防止砂的损失，并减少耗水量。同时可阻止泥球的产生。
2.4.6.5采用高的冲洗强度（流量和压力），确保滤料的彻底清洁。
2.4.6.6运行稳定，出水水质安全。
3 首钢京唐钢铁厂污水处理工程物化法处理工艺的设计
3.1污水处理设计进、出水质
3.1.1设计进水水质
设计进水水质指标表
3.1.2污水处理设计出水水质：
考虑工业污水处理的能源与环保要求两个方面的条件后，同时满足达到常规的生产回用水的水质要求，确定设计出水水质见表：
设计出水水质指标表
3.2污水处理工艺流程简介
厂区污水通过暗管自流至污水处理厂，经进水总闸板，进入预处理，通过粗、细格栅处理后，由潜污泵提升至高效沉淀池，在此进行混凝、絮凝、澄清、沉淀处理后进入高效滤池进行过滤，再投加次氯酸钠消毒，然后进入提升水池，由提升泵提升至物化法传统工艺以外的后续深度处理，处理后的水最终回到回用水池，最后由回用水泵送往厂区生产消防水管网。高密度沉淀池的底流污泥通过泥浆泵送至泥处理间的压滤机进行脱水，脱水后的泥饼含水率50%，然后用汽车送往环保部门指定的场地。
4 物化法处理的改进
由几个亲身经历的工程实例，在京唐设计中对污水处理进行如下改进。
4.1钢铁厂区采用生产废水与生活污水分流制，各种废水分质处理，所选处理工艺专一稳定，保证出水水质的稳定。
4.2 高密度沉淀池做如下改进：
4.2.1增加油及浮渣撇除设施，提高出水水质；
4.2.2 原污泥循环及排放泵采用共用设置，鉴于污泥循环泵以及污泥排放泵的性能工况不同，两种泵分别独立设置。
4.2.3 增加一些有利水力条件的配件，如进水处的导流板、搅拌器下方的十字板等，确保更好的水力条件。在此基础上取消了原来的后混凝及回流污泥投加的絮凝剂，很大程度上节约了药剂用量，并更有利于后续膜法的深度处理。
4.3 滤池做如下改进：
4.3.1最初设计的V型滤池，滤料厚度一般为1m,实际运行表明其截污深度只有滤料厚度的30%，滤池运行周期较短，反洗比较频繁。对此我们加大滤池的滤层厚度（2m）,选择合适的滤料（有效有效粒径1.35毫米），能使矾花更深地渗入过滤介质中从而增大截污能力（截污深度可达滤料厚度的70%以上），并延长过滤周期。在此改进下，滤池的正常滤速达到（15-20 m/h）。
4.3.2采用更高的反冲洗强度（流量和压力），确保滤料的彻底清洁。
在反洗时不需表面扫洗。
4.3.3 滤池设于室内，减少了由于阳光照射滋生藻类的影响。
4.3.4 较高的滤速使滤池的占地面积较小，节约了投资。
4.3.5 较高的滤速可达到深层过滤，增加了过滤周期。同时高速过滤不会产生短流和滤层负压，出水水质更安全。
5 结语
实践证明钢铁厂的生产污水采用物化法工艺是可行的，经过改进优化物化法处理工艺其出水水质可达到设计的效果。建议在将来的设计中要充分理论联系实际，结合实际运行中的存在的问题，对物化法工艺不断的完善，使之达到更好的处理效果。
参考文献
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注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。