侯亚龙
(忻州市生态环境局神池分局环境监测站，山西 忻州 036199)
引 言
中国钢铁行业规模和发展趋势令世界瞩目。钢铁企业的各个生产环节几乎都离不开水，是耗水大户[1]。据不完全统计，钢铁行业总用水量约占全国工业用水的10%[2]。因此，钢铁行业高速发展的同时，进行综合污水水质监测调查与特征分析，从而强化科学管理、突破关键节水技术、减少污水排放等，显得尤为重要。本文主要对某钢铁园区进行综合污水水质监测调查分析，以找出该综合污水处理厂污水水质、水量时空变化特征，从而为园区综合废水资源化回用提出解决方案。
1 一般钢铁企业污水来源及水质特点
钢铁企业大多集烧结、焦化等各生产和机械等辅助工序为一体，污水主要来源及特点有[3]：1) 焦化污水。成分十分复杂，污染物浓度高且难降解。2) 转炉除尘污水。呈碱性且含有大量悬浮物，主要成分为Fe2O3和Fe2O。3) 高炉煤气洗涤水。主要是一些矿物质和煤气中的酚、氰等物质。4) 轧钢污水。热轧污水含有大量的氧化铁皮和油脂，冷轧污水种类较多，成分复杂，主要有中性盐和含铬污水等。
由于大型钢铁企业生产工艺相类似，故其典型的污染物大多包括悬浮物、油类、可溶性盐等[4]。其中，SS主要是由水中的悬浮物和胶体物质引起的，或者由氧化铁皮、金属粉尘等组成的SS等，其来源于空气进入、补充水带入、循环水系统运行中生成，以及在煤气清洗、冲渣、火焰切割、淬火冷却等生产过程。COD是表示水中还原性物质多少的一个指标，主要是有机物，其来源于补水进入工业循环水系统，工业循环冷却水系统投加的水质稳定药剂(有相当部分是高分子有机药剂及还原性较强的物质)。硬度与碱度主要随着循环冷却水被浓缩而升高。油主要由于连铸、热轧等主工艺设备泄漏的液压油进入系统。盐类物质主要随补水进入循环水系统并不断被浓缩而来。
2 某钢铁园区综合污水污水来源及其排放特征分析
钢铁企业污水主要来源于各生产工序排放水，具有污染程度大、污染物变化波动大，含盐量高，有大量的悬浮物、油和杂质，对环境危害大等特点。本课题选取的钢铁园区综合污水水质水量时空分布不均衡，应对其进行长期有效监测，统计监测地水质数据。具体的，以pH值、含油量、COD、浊度和悬浮物等参数为长期监测指标，分析总结该园区综合污水处理厂水质变化规律，从而为后续采用高密度沉淀池+Ⅴ型滤池工艺提供数据支撑。
该钢铁企业园区共有36个污水排放口(普通32个，特殊4个)，有3个污水提升泵站，将截留汇集的污水输送至污水处理厂。每个泵站负责收集的污水排放口及污水来源具体如第171页图1所示。3个污水提升泵站设置详细位置，即钢铁企业厂区污染源及监测点位平面图如第171页图2所示。
图1 每个泵站负责收集的污水排放口及污水来源
图2 钢铁企业厂区污染源及监测点位平面图
由图1可知，1号泵站主要以生活污水为主，2号泵站以工业废水为主，3号泵站为典型的工业废水。
2.1 污水排放量特征分析
对该1号泵站、2号泵站、3号泵站污水流量进行监测发现，1号泵站在16:00时流量最大，有明显的规律可寻，可能由于1号泵站纳入了生活污水，且所纳入的生活污水包括餐饮、洗漱等生活所必需的用水排放，而16:00时是园区工人下班前的洗澡时间，故呈现所述的动态变化规律；而2号泵站、3号泵站污水排放呈现非线性特征，可能由于其主要以各生产车间排放水为主，没有固定的时间。各泵站流量一天24 h变化曲线如图3所示。
图3 各泵站流量24 h变化曲线
2.2 污水水质监测分析
对该园区污水处理厂1号、2号、3号泵等出水水质进行监测，通过分析监测水质数据，得到3个泵站及调节池内污水pH、浊度变化曲线。由变化曲线可知，3个泵站中污水浊度和pH变化幅度不大，而调节池变化明显，体现钢铁园区污水时空变化差异大、非线性排放特征。同时，钢铁园区综合污水厂1号、2号、3号泵水质情况具体如表1所示。
表1 钢铁园区综合污水厂1号、2号、3号泵水质情况
由表1可知，1号泵站因主要以生活污水为主，水中COD和悬浮物含量高；2号泵站以工业废水为主，其电导率较高；3号泵站为典型的工业废水，其含油量高。
3 某钢铁园区综合污水处理厂工艺分析
某钢铁园区综合污水处理厂厂区占地340 m×100 m，采用调节池+混凝沉淀+高密度沉淀池+V型滤池处理工艺，日处理污水18万m3，符合工业污水排放标准。该污水处理厂涵盖工业园区所有可回收普通工业及生活污水，各生产工序排放的污水经污水截留系统截留汇集后集中处理。然而，其外排污水中含有一定量的SS、COD、BOD、氨氮、油等，污染物总量大，对受纳河流的生态环境具有一定的冲击。因此，该钢铁园区综合污水处理厂2013年完成扩容升级改造，处理后出水可以回用于生产系统。
其中，园区综合污水处理厂采用两级混凝处理工艺。首先，在污水进入高密度沉淀池絮凝区前，投加石灰[Ca(OH)2，纯度≧92%，粒径200目(74 μm)]和聚合硫酸铁(铁含量大于9%)溶液于一次混凝池内，以吸附水中有机物和油等，同时，经石灰处理的污水的pH升高到9.0左右，使金属离子形成碳酸钙、氢氧化物沉淀，并以污泥的形式排除。其次，在高密度沉淀池反应区和污泥循环管路上投加PAM，在二次混凝池投加PFS溶液和硫酸(硫酸浓度为98%)；最后，滤池出水采用投加液态次氯酸钠消毒。
3.1 配水构筑物
在钢铁工业综合污水处理回用过程中，尤其对于典型的钢铁工业园区工业与生活混合污水的处理，仅有物理过程是远远不够的，必须选择合适的加药化学处理。各类污水经过截留管渠截留后，由提升泵站送至配水构筑物。投加混凝剂后的废水经过快速混合后，经溢流堰均匀配水，使污水相关指标满足一定的要求后，通过管道进入高密度沉淀池，从而使污水进行下一阶段的处理。
3.2 髙密度沉淀池
主要是由絮凝反应池和沉淀浓缩系统组成。前者包括一个能量扩散室和一个非混合室，能量扩散室使混凝剂、助凝剂、回流污泥与原水充分混合，然后在非混合室产生较大、均匀的矾花。后者是前者的后置系统，主要作用是将矾花与水分离，去除多余矾花，保证出水水质。由此可见，絮凝反应池是高密度沉淀池的特点之一。此外，高密度沉淀池底部刮泥机的连续刮扫加速沉淀区污泥浓缩，为污水的澄清过滤处理提供有利条件。
3.3 Ⅴ型滤池
Ⅴ型滤池由两侧进水槽设计成Ⅴ字型而得名，采用较粗滤料(石英砂粒1.5 mm)和较厚滤层(1.5 m)的均质滤料。在Ⅴ型滤池前设有6个等流量配水渠，向6个滤池均匀配水。由于有特殊规格的滤孔及堰，通过“阻塞补偿”法控制过滤水的恒定流量及恒定水位，整个滤层在纵向上粒径分布较均匀，在气、水反洗再加始终存在的横向表面扫洗下，不会发生水力分级现象[5]。
Ⅴ型滤池的运行全部采用自动控制，在每个滤池设置阻塞传感器及水质在线监测装置，同时通过设置液位计，控制滤池的水位。
根据调研显示，因高密度沉淀池较其他沉淀池有很多优点，国内钢铁园区综合污水处理厂采用此工艺的比例较高。但是，要保证高密度沉淀池的处理效果，不能仅依靠工艺自身的优势，仍需设计和运行人员根据实际情况及时发现并解决问题。
3.4 污水处理厂运行现状评价分析
对该钢铁园区综合污水处理厂出水水质进行监测，并将其相关水质指标与回用标准进行比较，具体如表2所示。
表2 钢铁园区综合污水厂出水水质情况
该园区综合污水厂主要功能是去除污水中的悬浮物、有机物等，同时，由表2可知，该污水厂出水水质指标平均值都能达到回用水水质标准。
4 结论
综上所述，通过调查园区各生产工序外排污水水质、水量变化规律可知，该钢铁企业园区内3个泵站污水在排放时间、主要污染物、排放量差异明显，1号泵站因主要为生活污水为主，水中COD和悬浮物含量高；2号泵站以工业废水为主，其电导率较高；3号泵站为典型的工业废水，其含油量高。但是，该综合污水厂出水水质指标平均值都能达到回用水水质标准。
