[科普中国]-冶金工业废水

分类

按废水来源和特点分，主要有：

1、冷却水。在冶金工业废水中所占比例最大，钢铁厂的冷却水约占全部废水的70%。直接冷却水，如轧钢机轧辊和辊道冷却水、金属铸锭冷却水等，除水温升高外，水中还含有油、氧化铁皮和其他物质。间接冷却水，如高炉炉体、热风路等冷却水，使用后水温升高，未受其他污染；

2、酸洗废水。轧钢等金属加工厂都产生酸洗废水，包括废酸和工件冲洗水。酸洗每吨钢材要排出l～2 m3废水，其中含有游离酸和金属离子等；

3、除尘废水和煤气、烟气洗涤水。主要是高炉煤气洗涤水、平炉和转炉烟气洗涤水、烧结和炼焦工艺中的除尘废水等，含大量悬浮物，水质变化大，水温较高。每生产1t铁水，要排出2～4 m3高炉煤气洗涤废水，水温在30℃以上，悬浮物含量为600～3 000mg/L，主要是铁矿石、焦炭粉和一些氧化物，还含有氰化物、硫化物、酚、无机盐和锌、铬等金属离子；

4、冲渣水。水温高，水中含很多悬浮物和少量金属离子；

5、炼焦废水。黑色冶金企业中焦化厂每生产1t焦炭，约产生0.25～0.50m3含有酚、苯、焦油、氰化物、硫化物、吡啶的废水1。

冶金工业废水的治理物理方法A 重力沉降法

在重力作用下，废水中密度大于1的悬浮物下沉，使其从废水中去除，这种方法称为重力沉降法。重力沉降法既可分离废水中原有的悬浮固体(如泥砂、铁屑、焦粉等)，又可分离在废水处理过程中生成的次生悬浮固体(如化学沉淀物、化学絮凝体以及微生物絮凝体等)。由于这种方法简单、易行、分离效果较好，而且分离悬浮物又往往是水处理系统不可缺少的预处理或后续工序，因此应用十分广泛。

a 沉降类型

根据废水中可沉物质的浓度高低和絮凝性能的强弱，沉降有下述四种基本类型：

1、自由沉降。自由沉降也称离散沉降，是指一种无絮凝倾向或有弱絮凝倾向的固体颗粒在稀溶液中的沉降。由于悬浮固体浓度低，而且颗粒间不发生融合，因此在沉降过程中颗粒的形状、粒径和密度都保持不变，各自独立地完成沉降过程。颗粒在泥沙池及初次沉淀池内的初期沉淀即属于自由沉降。

2、絮凝沉降。絮凝沉降是指一种絮凝性颗粒在稀悬浮液中的沉降。虽然废水中的悬浮固体浓度不高，但在沉降过程中各颗粒之间互相黏合成较大的絮体，因而颗粒的物理性质和沉降速度不断发生变化。初次沉淀池内的后期沉淀及二次沉淀池内的初期沉降即属于絮凝沉降。

3、成层沉降。成层沉降也称集团沉降。当废水中的悬浮物浓度较高、颗粒彼此靠得很近时，每个颗粒的沉降都受到周围颗粒作用力的干扰，但颗粒之间相对位置不变，成为一个整体的覆盖层共同下沉。此时，水与颗粒群之间形成一个清晰的界面，沉降过程实际上就是这个界面的下沉过程。由于下沉的覆盖层必须把下面同体积的水置换出来，两者之间存在着相对运动，水对颗粒群形成不可忽视的阻力，因此成层沉降又称为受阻沉降。化学混凝中絮体的沉降及活性水淤泥在二次沉淀池中的后期沉降即属于成层沉降。

B 过滤法

(1) 筛滤。通过网目状和格子状设备(如格栅或筛子等)进行液固分离的方法，称为筛滤。格栅是由一组平行的钢质栅条制成的框架，倾斜架设在废水处理构筑物前或水泵站集水池进口处的渠道中，用以拦截废水中的大块漂浮物，以防阻塞构筑物的孔洞、闸门和管道或损坏水泵等机械设备。因此，格栅实际上是一种起保护作用的安全设施。格栅的栅条多用扁钢或圆钢制成。扁钢大多采用50 mm×10 mm或40 mm×10 mm的断面，其特点是强度大、不易弯曲变形，但水头损失较大。圆钢直径多用10 mm，其特点恰好与扁钢相反。栅条间距随欲拦截的漂浮物尺寸而定，大多在15～50mm之间。被拦截在栅条上的栅渣有人工和机械两种清除方法。一般日截渣量大于0.2m3时，采用机械清渣。对日截渣量大于1t的格栅，常附设破碎机以便将栅渣粉碎，再用水力输送到污泥处理系统进行处理。

(2) 粒状介质过滤。废水通过粒状滤料(如石英砂)床层时，其中的悬浮物和胶体就被截留在滤料的表面和内部空隙中，这种通过粒状介质层分离不溶性污染物的方法称为粒状介质过滤。它既可用于活性炭吸附和离子交换等深度处理过程之前作为预处理，也可用于化学混凝和生化处理之后作为最终处理过程。过滤工艺包括过滤和反洗两个基本阶段。过滤即截留污染物；反洗即把污染物从滤料层中洗去，使之恢复过滤能力。从过滤开始到结束所延续的时间称为过滤周期(或工作周期)，从过滤开始到反洗结束称为一个过滤循环。粒状介质滤池的种类很多，按过滤速度，可分为慢滤池(滤速为0.04～0.4m3/(m2·h))、快滤池(滤速为4～8m3/(m2·h))和高速滤池(滤速为10～16m3/(m2·h))三种；按作用水头(即过滤推动力)，分为重力式滤池(作用水头4～5m)和压力式滤池作用水头(15～20m)两类；按水的流动方向，又分为下向流滤池、上向流滤池和双向流滤池三种。

C 浮力上浮法

借助于水的浮力，使废水中密度小于1或接近于1的固态或液态原生悬浮污染物浮出水面而加以分离，也可以分离密度大于1而在经过一定的物理化学处理后转为密度小于l的次生悬浮物，这种处理方法称为浮力上浮法。一般浮力上浮法分为三种，即自然上浮法、气泡上浮法和药剂浮选法。

D 离心分离法

物体做高速旋转时将产生离心力。在离心力场内，所有质点都将受到比其本身重量大许多倍的离心力的作用。用这一离心力分离废水中悬浮物的方法，称为离心分离法。

在转速一定的条件下，离心力场内质点所受到的离心力的大小取决于质点的质量。所以，当含悬浮物的废水做高速圆周运动时，由于悬浮物的质量与水不同，它们受到的离心力也不相同，质量比水大的悬浮物固体被甩到外围，而质量比水小的悬浮物(如乳化油)则被推向内层。这样，如果适当地安排悬浮物和水的各自出口，就可以使悬浮物与水分离。可见，在离心力场中能够进行离心沉降和离心浮升两种操作。

按产生离心力方式的不同，离心分离设备可分为两大类：一类是水旋分离设备，其特点是容器固定不动，而由沿切向高速进入器内的废水本身旋转来产生离心力；另一类是器旋分离设备，其特点是由高速旋转的容器带动器内废水旋转来产生离心力，这类设备实际上就是各种离心机。

E 磁力分离法

磁力分离法是借助外加磁场的作用，将废水中具有磁性的悬浮固体吸出的方法。此法具有处理能力强、效率高、能耗少、设备紧凑等优点，可用于高炉煤气洗涤水、炼钢烟尘净化废水、轧钢废水和烧结废水的净化2。

物理化学方法A 吸附法

吸附法是利用多孔性固体吸附剂的表面，吸附废水中一种或多种污染物溶质的方法。对溶质有吸附能力的固体物质称为吸附剂，而被吸附的溶质称为吸附质。这种方法常用于低浓度工业废水的处理。

常用的吸附剂有活性炭、沸石、硅藻土、焦炭、木炭、木屑、矿渣、炉渣、矾土、大孔径吸附树脂以及腐殖酸类吸附剂等，其中以活性炭使用最为广泛。经过活性炭吸附处理后的废水，可以不含色度、气味、泡沫和其他有机物，能达到水质排放标准和回收利用的要求。

a 吸附过程的机理

在废水处理中，吸附发生在液-固两相界面上，由于固体吸附剂表面力的作用，才产生对吸附质的吸附。目前对表面力的性质还不是十分清楚，因此吸附的本质尚在进一步研究中。有人用表面能来解释，吸附剂要使其表面能减少，只有通过表面张力的减少来达到。也就是说，吸附剂之所以能吸附某种溶质，是因为这种溶质能降低吸附剂的表面张力，所以，吸附剂的表面可以吸附那些能降低其表面张力的物质。

吸附剂和吸附质之间的作用力可分为三种，即分子间力、化学键力和静电引力。通过分子间的引力(即范德华力)而产生的吸附，称为物理吸附。由于分子引力是普遍存在于各种吸附剂与吸附质之间的力，物理吸附无选择性。物理吸附的吸附速度和解吸速度都较快，易达到平衡状态。一般在低温下进行的吸附主要是物理吸附。如果吸附剂与吸附质之间产生了化学反应，生成化学键而引起吸附，这种吸附称为化学吸附。由于生成了化学键，化学吸附是有选择性的，而且不易吸附和解吸，达到平衡慢，化学吸附放出的热量也大(40～400kJ/mol)，与化学反应相近。化学吸附随温度的升高而增加，所以，化学吸附常在较高温度下进行。如果一种吸附质的离子由于静电引力，被吸附在吸附剂表面的带电点上，由此产生的吸附称为离子交换吸附。在这种吸附过程中，伴随着等当量离子的交换。如果吸附质的浓度相同，离子带的电荷越多，吸附就越强。对于电荷相同的离子，水化半径越小，越能紧密地接近吸附点，越有利于吸附。这三种吸附随着外界条件的改变可以相伴发生，由于综合因素的影响，在一个系统中可能表现出某种吸附起主导作用。在废水处理中，大部分的吸附是几种吸附的综合表现，其中主要是物理吸附。

b 吸附工艺过程

吸附操作分为静态间歇式和动态连续式两种，也称为静态吸附和动态吸附。废水处理是在连续流动条件下的吸附，因此主要是动态吸附。静态吸附一般仅用于实验研究或小型废水处理。动态吸附有固定床吸附、移动床吸附和流化床吸附三种方式，其中，固定床吸附是废水处理工艺中最常用的一种方式。

c 活性炭再生

在活性炭本身结构不发生或极少发生变化的情况下，用特殊的方法将其上被吸附的物质从活性炭的孔隙中去除，以便活性炭重新具有接近新活性炭的性能，称为活性炭再生。活性炭再生的方法主要有水蒸气吹脱法，溶剂再生法，酸、碱洗涤法以及焙烧法。

d 影响吸附的主要因素如下：

1、吸附剂本身的性质。吸附剂应满足吸附容量大、吸附速率高、机械耐磨强度高和使用寿命长的要求。

2、废水中污染物性质的制约。例如，污染物在水中溶解度越小，越容易被吸附，越不易解吸。有机物的溶解度随分子链长的增加而减少。

B 离子交换法

利用离子交换剂，等当量地交换废水中离子态污染物的方法称为离子交换法。能置换阳离子的离子交换剂称为阳离子交换剂，能置换阴离子的离子交换剂称为阴离子交换剂。

工业应用的离子交换剂包括有机离子交换剂(如磺化煤和离子交换树脂)和无机离子交换剂(如沸石、磷酸锆等)。无机离子交换剂的颗粒结构致密，仅能进行表面交换，交换容量小，应用不多。有机离子交换剂中，磺化煤是最初使用的交换剂，它是利用煤质本身空间结构为骨架，用硫酸进行磺化，引入活性基因制得。磺化煤成本低、价格便宜，但易粉碎、化学稳定性差，所以被离子交换树脂所取代。在工业中应用最广泛的还是离子交换树脂。离子交换树脂由骨架和活性基团两部分组成。骨架又称为母体，是一种线型结构的高分子有机化合物，再加上一定数量的交联剂，通过横键架桥作用构成不溶性有机高聚物，具有立体网状结构形式。

树脂母体上有很多活性基团，活性基团由固定离子和活动离子(也称反离子或交换离子)组成。固定离子固定在树脂骨架上，活动离子则依靠静电引力与固定离子结合在一起，两者电性相反、电荷相等，处于电中和状态。

C 液膜分离法

液膜分离法实质上是一种除盐的方法。在降低溶液中盐的总含量的同时，可以得到一种盐的浓缩液。在废水处理中主要应用的方法有四种，即反渗透、超滤、电渗析和新近发展起来的液膜分离法。

液膜分离法的特点是：设备结构比较简单，操作方便，可以在周围环境温度下工作，过程能连续，便于实现自动化；但主要缺点是，要解决生成的浓缩液(盐水)的处理问题。

化学方法A 混凝沉淀法

对废水中可能用自然沉降法除去的细微悬浮物和胶体污染物，通过投加混凝剂来破坏细微悬浮颗粒和胶体在水中形成的稳定分散系，使其聚集为具有明显沉降性能的絮凝体，然后通过重力沉降法予以分离的方法，称为混凝沉淀法。

混凝沉淀法在工业废水处理中的应用十分广泛，在冶金废水治理中也是十分重要的方法。该法除应用于预处理、中间处理和污泥处理外，在深度处理方面也是重要方法之一；除了用于除色、除浊之外，还可以去除高分子物质、动植物纤维物质、各种有机物、焦油、石油和其他油脂、微生物、氮磷等富营养物质、农药毒物以及汞、镉、铅等重金属毒物和放射性物质。

混凝沉淀法的优点是设备费用低、处理效果好、操作管理简便、间歇和连续运行均可，因而其得到普及。但该法存在的问题是需要不断投加混凝剂，经常性运行费用较高。国内常用的混凝剂为硫酸铝、聚合氯化铝、硫酸亚铁和聚丙烯酰胺。助凝剂常采用活化硅胶和骨胶。助凝剂可以单独使用，但一般与铁、铝盐混凝剂合用。

B 中和法

中和法是处理酸性废水和碱性废水的主要方法。冶金工业生产中会排放出大量酸性废水和碱性废水。尤其是酸性废水，不仅量大，而且往往含有许多重金属离子。中和法不仅能降低废水中的酸、碱度，也能使多种金属离子以氢氧化物沉淀的形式被除去。

生物化学法废水的生物化学法(简称生化法)，是利用自然界大量存在的各种微生物来分解废水中的有机物和某些无机毒物(如氰化物、硫化物等)，通过生物化学过程使之转化为较稳定的、无毒的无机物，从而使废水得到净化。目前，生化法主要用来去除废水中呈胶体状态和溶解状态的有机物以及现有物理法不可能去除的细小悬浮颗粒。采用生化法处理废水，不仅比化学法效率高，而且运行费用低。除可用于城市污水处理外，生化法也可广泛应用于炼油、石油化工、合成纤维、焦化、煤气、农药、纺织印染、造纸等工业废水的处理，因此，其在废水处理中十分重要2。

冶金工业废水处理回用技术的发展趋势冶金工业废水的最少量化废物最少量化又称为废物“减量化”。减量化的要求，是在生产-消费各个不同阶段所产生的废物的数量、体积、种类、有害性质进行全面控制与管理，从源头做起，实施清洁生产、“最少量化”产生与排放。就国家而言，应当杜绝粗放经营的发展模式，鼓励和支持清洁生产与工艺，开发和推行先进生产技术与设备，充分、合理地利用原(燃)材料、能源和其他资源。

冶金工业废水的资源化废水循环回收利用是废物最少量化的一条重要途径。循环回收利用包括废水(物)回收和再利用。回收主要指原材料回收和副产品回收；再利用主要包括在该工艺中再利用和作为另一种工艺原料。总体而言，资源利用有两条基本途径：一是外延型的利用；二是内涵型的利用。目前，世界各国都把注意力集中在对废物进行再资源化的开发利用上，一些国家制定一系列政策法规，鼓励从废物回收资源、能源，使其废物再资源化利用率迅速提高。因而促使人们对资源的利用方式从外延型向内延型转变。

冶金工业废水的无害化所谓无害化是对已经产生又无法或目前尚不能回用和综合利用的废物与废水，经过物理、化学或生物方法，进行无害或低危害的安全处理、处置，达到无污染危害的结果。冶金工业废水种类繁多、成分复杂，特别是焦化废水，据GC-MS(气相色谱-质谱)联用法分析，共约有51种以上有机物全部属于芳香族化合物和杂环化合物，必须进行无害化处置(理)，因此，废水无害化是冶金工业废水污染与危害最终要求。废水无害化有两种含义：一是按生产工序用水各异原则，实施串级用水、循环用水、一水多用、分级使用，以实现废水减量化、资源化与无害化的有效结合；二是采用各种有效处理技术实现无害化处理。

循环经济发展模式与废水生态化循环经济倡导的是一种全球资源和自然环境相协调、互为依存的社会发展模式，也是建立在物质不断被循环利用基础上的经济发展模式。对冶金工业系统而言，其生态化的核心就是物质和能源的循环，整个系统密闭循环，不向外排放废弃物。为了从根本上解决冶金工业废水对水环境的污染与生态破坏，必须把整套循环用水技术引入生产工艺全过程，使废水和污染物都实现循环利用。冶金企业把生产过程中排出的废水及其污染物作为资源加以回收，并实现循环利用，其实质是模拟自然生态的无废料生产过程。尽量采用无废工艺和无废技术是为了使这个系统不超过负荷，能正常良好运转，而工艺的自动化在一定的程度上可以起到系统的调控机能。因此，最少量化、资源化、无害化、生态化用水技术必将成为控制冶金工业水污染的最佳选择，并将越来越受到人们的重视，是我国乃至世界冶金工业水污染的综合防治技术今后发展的必然趋势3。