工业炼铁

提高高炉炼铁工业循环废水水质的初步研究

卢宇飞;何艳明

【期刊名称】《《昆明冶金高等专科学校学报》》

【年(卷),期】2010(026)003

【总页数】4页(P69-71,91)

【关键词】高炉炼铁废水;生物活性炭;深度处理

【作者】卢宇飞;何艳明

【作者单位】昆明冶金高等专科学校校长办公室云南昆明650033;昆明冶金研

究院云南昆明650031

【正文语种】中文

【中图分类】X703

Abstract:Conventionalmethodsofwastewatertreatmentprocessofirons

meltinghavetheadvantageofeconomyandhighefficiency,butthe

equipmentoccupyalargearea,thecirculatingwaterqualityisnot

stable,andthecontentofsomepollutantsdonotmeetthenational

udiesonironwastewatertreatment

technology,amethodofusingbiologicalactivatedcarbontoreducethe

pollutantcontentinwasterwaterwaspropodtoimprovethequalityand

,eachpollutantcontentindexcan

idesreferenceand

technicalsupportforthewastewateruandpollutioncontrol.

Keywords:blastfurnacewastewater;biologicalactivatedcarbon;advanced

treatment

炼铁厂包含有高炉、热风炉、高炉煤气洗涤设施、鼓风机、铸铁机、冲渣池,以及

与之配套的辅助设施等。高炉炼铁生产工艺流程及主要废水产出点见图1。

由图1可见,炼铁工生产是将原料(矿石和熔剂)及燃料(焦炭)送入高炉,通入热风,使

原料在高温下进行还原熔炼,还原熔炼的结果产出主产品——铁水(即生铁),同时也

随之而产出副产品——高炉渣和高炉煤气。

近年来,我国炼铁工业产量连年持续高增长,令世人瞩目。我国生铁产量1995年为

1亿t,1998年为1.2亿t,2000年为1.3亿t[1],至2009年生铁产量迈上5亿t台

阶,连续15年居世界生铁产量第一位。生铁产量的高增长支撑了钢铁产量的高增长,

有力地支持了以汽车、房地产业、机械制造业为龙头的一批高增长产业群的形成,

这对于我国加速推进社会主义现代化建设,顺利实现全面建设小康社会的宏伟目标

作出了积极贡献。

然而,我们还应清楚地看到,我国炼铁工业现在还是高能耗、高水耗和高污染的产业,

炼铁工业的节能和节水指标还远远低于国外先进水平。虽然高炉炼铁废水经处理几

乎全部循环使用,但每生产1t生铁需用水100～130m3[3],炼铁废水经常规方法处

理后得到的循环回用水水质不稳定,某些污染物含量还比较高,对环境保护和企业清

洁生产十分不利。我们既面临着高速发展的良好机遇,同时又面临着全球金融危机、

能源、水资源短缺和生态环境恶化的严峻挑战。水是生命的源泉,工业的血液,城市

的命脉,我国人口众多,水资源十分短缺,降低水耗和减少水污染物排放量,发展循环经

济、实行清洁生产,保护生态环境,是国家的要求,更是炼铁工业生存发展的要求。因

此,面对机遇和挑战,我国炼铁工业正处于一个新的历史转折期。我们必须全面贯彻

落实以人为本的科学发展观,转变增长方式,走炼铁工业发展与社会、经济和生态环

境全面、协调和可持续发展之路。所以,研究寻找更充分和更合理的利用水资源、

降低水耗和减少水污染物排放量的新技术,对于炼铁企业实行清洁生产、节能减排,

以及环境保护和改善员工劳动条件有着实用意义。

炼铁工业废水主要有:烟气净化洗涤废水、冲渣废水、场地冲洗废水,以及设备和产

品的冷却废水等。冷却废水又分为间接冷却废水和直接冷却废水。间接冷却废水在

使用过程中仅受热污染,经冷却后即可回用;直接冷却废水因与产品物料等直接接触,

含有污染物质,需经处理后方可回用或串级使用。设备冷却水主要有高炉、热风炉

的冷却水。

根据用水的作用,炼铁厂的用水可分为:生产工艺过程用水、冷却用水和其它杂用水。

炼铁厂的废水就来源于这些用水过程。

废水处理就是将废水的污染物消除并恢复原有功能的过程,以达到提高用水循环率、

节约水资源,把对环境危害降低至最低限度的目的。有害的高炉炼铁废水主要是指

煤气洗涤废水和冲渣废水。

煤气洗涤废水属于浊废水,成分因原燃料成分、冶炼操作条件而异。这种废水水量

大,温度高,其特点是悬浮物含量高,含有酚、氰等有害物质,危害大,是炼铁厂具有代

表性的废水。常规的煤气洗涤废水处理,主要是去除水中悬浮物和保持水质稳定。

悬浮物去除方法有自然沉淀、加药混凝沉淀、在沉淀池上加斜板以及采用高梯度磁

过滤器等。水质可采用酸化法、加烟法、软化法、曝气法、磁化法、渣滤法、排污

法、投药法以及各种基本方法的组合应用实现稳定。

高炉冲渣废水处理的常规方法有拉萨法和过滤法(OCP法)两种。拉萨法水处理系

统是完全闭合的,不排污,且用高炉煤气洗涤循环水的排污水作补充水。拉萨法优点

是渣水混合物采用管道输送,可灵活布置,操作环境好。缺点是耗电量高(13～15

kW·h/t渣),操作较复杂,渣泵和输渣管寿命短,浮渣用沉淀处理效果差。过滤法是一

种深池式完全底滤的方法,炉渣冲成水渣后进入池内作为滤层,过滤后用吊车抓渣装

车。滤后的水含悬浮物<10mg/L,不会引起设备和管道堵塞。过滤法的优点是耗电

低(7～9kW·h/t渣),设备简易,贮存时间长,出水干净,所产热水可以利用,缺点是占

地面积大、工程量大[2]。

生产实践表明,常规的炼铁废水处理工艺方法具有经济、效率高、处理量大的优点;

但也有设备占地面积大、产出的回用水水质量不稳定、一些污染物含量容易超过国

家环保标准等缺陷。因此,本实验研究运用生物活性炭深度处理技术,将废水中的污

染物含量进一步降低,使循环回用废水水质达到国家环保标准。相关的实验研究情

况介绍如下。

生物活性炭废水处理工艺主要是将活性炭作为微生物聚集、繁殖生长的良好载体,

在适当的温度及营养条件下,发挥活性炭的物理吸附和微生物生物降解作用。当废

水充氧条件较好时,废水中的污染物被活性炭吸附,被吸附的有机物又为维持炭粒表

面及孔隙中微生物的生命活动提供了营养物质,好氧微生物在活性炭表面及孔隙中

繁殖生长,逐渐形成生物膜。由于活性炭上的生物膜对吸附的污染物有持续的生物

降解作用,使活性炭得到生物再生。

试验原废水取自某炼铁企业内蓄水池。该蓄水池主要接纳该厂高炉煤气洗涤废水及

部分其它废水。试验期间蓄水池水质变化情况及回用水质标准见表1。

由表1可见,COD、氨氮和总磷均已达到《城市废水再生利用工业用水水质》标准

(GB/T19923-2005)循环冷却水系统补充水水质要求。但浊度、Fe和Mn等污染

物的含量波动较大,容易超过国家环保指标。

试验装置为生物活性炭水处理器(以下简称处理器),工艺流程见图2。

处理器滤柱为有机玻璃材质,内径150mm,柱高2000mm,柱底装填100mm的

砾石作为承托层,生物活性炭层高1200mm,填料采用1mm×4mm的柱状活性炭。

(1)处理器采用自然挂膜方式,废水水温为27～30℃。较高的水温有利于生物活性

炭生物膜的形成与成熟。实验条件下,滤柱采用自然挂膜的方式,21d挂膜成功。

(2)生物膜培养期内,滤速过高易对尚未成熟的生物膜产生冲刷,不利于炭粒表面生物

膜的形成,故挂膜期间控制滤柱滤速在1.1m/h左右,空床停留时间60min。

(3)生物膜培养成熟后稳定运行,采用下向流动方式运行,炼铁工业原废水由进水箱经

计量泵加压至处理器顶部,跌水曝气进入滤柱。整个试验期内,处理器内的滤柱在2

种不同工况下运行:工况1滤柱滤速为1.6m/h,空床停留时间45min;工况2滤柱滤

速为2.4m/h,空床停留时间30min。

(4)处理器运行过程中,炭粒表面老化的生物膜及滤层中累积的颗粒物影响滤柱出水

水质和产水量,合理的反冲洗是处理器正常运行的保障。试验过程中,处理器反冲洗

周期根据水头损失及出水水质判断,处理器平均每隔4～5d反冲洗一次,冲洗方式

采用单独水冲,反冲洗历时6～8min。

(5)处理器对炼铁工业废水浊度、有机物及氮、磷等污染物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%。

(6)经过富含铁、锰废水的长时间过滤,处理器内的活性炭填料表面形成的包括铁、

锰氧化细菌在内的生物群系,对钢铁工业废水中的铁、锰有较好的去除效果。在滤

速为1.6m/h、停留时间为45min的运行工况下,铁、锰平均去除率超过78%,达到

GB/T19923-2005循环冷却水系统补充水水质要求。通过处理器处理后,炼铁废水

水质明显提高。试验后水质情况见表2。

通过上述炼铁废水深度处理工艺技术的初步试验研究,可得出如下结论:

(1)采用生物活性炭处理废水工艺,可降低炼铁废水中的浊度、铁和锰等污染物,效果

较好,循环回用水水质得到了稳定和提高,各项污染物含量指标均能达到国家回用水

标准。

(2)经过富含铁、锰废水的长时间过滤,活性炭填料表面形成的包括铁、锰氧化细菌

在内的生物群系,即生物膜,对高炉炼铁工业废水中的浊度、铁、锰有较好的去除效

果。

(3)生物活性炭工艺设备简单,占地面积小,运行、管理和操控方便,在实现高炉炼铁工

业废水深度处理回用中有应用发展前景。但要实现工业化应用,除技术与设备问题

之外,经济上的可行性有待一步的研究。

【相关文献】

[1]王明海.钢铁冶金概论[M].北京:冶金工业出版社,2005.

[2]卢宇飞,杨桂生.炼铁技术[M].北京:冶金工业出版社,2010.

[3]韩剑宏.钢铁工业环保技术手册[M].北京:化学工业出版社,2006.

[4]北京水环境技术与设备研究中心,北京市环境保护科学研究院,国家城市环境污染控制工程技术研

究中心.三废处理工程技术手册(废水卷)[S].北京:化学工业出版社,2000.