CN107235570B - 一种冷轧酸性废水达标及回用的方法和系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种冷轧酸性废水达标及回用的方法和系统，所述方法包括如下步骤：所述冷轧酸性废水通过原水泵进入加碱中和沉淀池；再通过一级提升泵将冷轧酸性废水送入高炉渣吸附塔，在所述高炉渣吸附塔中放置改性高炉渣填料，改性高炉渣填料占吸附塔总体积的85％；经过高炉渣吸附塔后，二级提升泵将冷轧酸性废水送入内置颗粒活性炭负载银催化剂的催化氧化塔，颗粒活性炭负载银催化剂占整个催化塔体积的70％；经过上述步骤处理后的冷轧酸性废水直接达标排放，也可通过超滤和反渗透工艺进行回用。本发明提出了完整的冷轧酸性废水达标及回用技术方案，系统解决了酸性废水污染环境的问题，属于钢铁绿色环保生产工艺系统。

Description

一种冷轧酸性废水达标及回用的方法和系统
技术领域
本发明属于水处理技术领域，具体涉及一种冷轧酸性废水达标及回用的方法和系统。
背景技术
钢铁工业是一个高能耗、高资源、高污染的产业，其水资源消耗巨大，约占全国工业用水量的14％。
2005年7月国家发改委出台了《钢铁产业发展政策》，对钢铁工业发展循环经济、节约能源和资源、走可持续发展道路提出了更高的目标和更具体的要求，在全球资源紧缺的情况下，低能耗、低污染、低排放成为社会发展的需要。
我国钢铁企业的单位耗用水量仍高于国外先进钢铁企业的水平，近一步降低钢铁企业吨钢耗用新水量，提高钢铁企业水的循环利用率，加强钢铁企业废水的综合处理与回用是我国钢铁企业实现可持续发展的关键之一。
酸洗是冷轧厂不可缺少的工序之一。工艺生产过程中，冷轧钢材需采用酸洗工艺去除钢材表面的氧化铁皮，并且酸洗之后需要用纯水对钢材表面进行冲洗，以清洗钢材表面残留的酸液。因此随之而产生酸洗废液和酸性漂洗水，通常酸洗过程中的废酸大多返回酸再生系统进行再生后重复利用；漂洗废水由于酸浓度过低无法进行酸再生，只能排放。
到目前为止，还没有针对冷轧酸性废水达标及回用的低成本工艺和方法。本发明的目的就是根据冷轧酸性废水水质水量情况，开发出经济、高效的达标及回用的技术方案，减少环境污染，积极应对日益严格的环境保护法规。
发明内容
为了解决上述问题，本发明目的在于提供了一种冷轧酸性废水达标及回用的方法和系统，提出完整的冷轧酸性废水达标及回用技术方案，系统解决酸性废水污染环境的问题，属于钢铁绿色环保生产工艺系统。
本发明的技术方案如下：
一种冷轧酸性废水达标及回用的方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)所述冷轧酸性废水通过原水泵进入加碱中和沉淀池，经过加碱中和池后，冷轧酸性废水的pH为7～9，COD为21～42mg/L，总铁为2～4mg/L，镍为0.5～1.2mg/L；
(2)再通过一级提升泵将冷轧酸性废水送入高炉渣吸附塔，在所述高炉渣吸附塔中放置改性高炉渣填料，改性高炉渣填料占吸附塔总体积的85％；
(3)经过高炉渣吸附塔后，二级提升泵将冷轧酸性废水送入内置颗粒活性炭负载银催化剂的催化氧化塔，颗粒活性炭负载银催化剂占整个催化塔体积的70％；
所述颗粒活性炭负载银催化剂有以下步骤制备而成：选取直径为15～20mm的颗粒活性炭，颗粒活性炭按固液比1：3～5的比例浸泡在硝酸银溶液中，浸泡时间为480～600min，将活性炭取出干燥后在马弗炉中恒温培烧4～6小时，冷却后制得颗粒活性炭负载银催化剂,臭氧利用率为46％。
(4)经过上述步骤处理后的冷轧酸性废水直接达标排放，也可通过超滤和反渗透工艺进行回用。
所述改性水淬高炉渣填料由以下步骤制备而成：
1)水淬高炉渣的筛选：所述水淬高炉渣主要成分(质量百分比)为SiO2：32.1～41.3％；Al2O3：12.4～17.5％；Fe2O3：1.2～4.3％；CaO：28.5～43.9％；MgO：2.6～5.7％；烧失量：1.7～4.2％；比表面积为470～630m2/kg，密度为2.76～2.81kg/m3，目数为120～150目；
2)溶液的配制：在每升的去离子水中加入2～5克的十六烷基三甲基溴化铵和1～3克聚乙酰氨基葡萄糖，以60转/分钟机械搅拌40～60min，形成混合溶液；
3)浸泡和烘干：水淬高炉渣按固液比1：2加入混合溶液中，浸泡4～6小时，倾倒溶液，水淬高炉渣置于90℃烘箱中干燥5小时，冷却后研磨，过120目筛，制备得到改性水淬高炉渣填料。
进一步，冷轧酸性废水在高炉渣吸附塔中的停留时间为20～45min，经过高炉渣吸附塔后，冷轧废水中pH为7～9，COD为15～28mg/L，总铁为0.1～0.3mg/L，镍为0.05～0.2mg/L。
进一步，所述加碱中和沉淀池分为两部分，前部为加碱中和区，后部为沉淀区，加碱中和区通过快速搅拌达到中和酸性废水的目的。
进一步，加碱中和沉淀池的碱液加药系统中内置浓度为16～24％的石灰乳，投加入加碱中和区的石灰乳为750～1900mg/L。
进一步，冷轧酸性废水在加碱中和区的停留时间为2～4min，在中和沉淀区的停留时间为25～45min。
进一步，所述催化氧化塔底部通入臭氧气体，催化剂将臭氧转化为具有超强氧化性的·OH，·OH可有效降解冷轧酸性废水中的COD。
进一步，冷轧酸性废水在催化氧化塔的停留时间为30～40min，经过催化氧化塔后，冷轧酸性废水的水质为冷轧废水中PH为7～9，电导率为8500～23500us/cm，COD为3～6mg/L，总铁为0.05～0.1mg/L，镍为0.01～0.05mg/L。
进一步，在步骤(1)进入加碱中和沉淀池的冷轧酸性废水的水质特征：PH为2～4，COD为26～49mg/L，电导率为8500～23500us/cm，总铁为23～121mg/L，镍为4～9mg/L。
本发明还提供一种所述所述冷轧酸性废水达标及回用的方法的系统，其依次包括：原水泵1、加碱中和沉淀池2、一级提升泵4、高炉渣吸附塔5、二级提升泵7、催化氧化塔8和排水泵10；所述加碱中和沉淀池2连接碱液加药系统3，在所述高炉渣吸附塔5内置有改性水淬高炉渣6，在所述催化氧化塔8内置有颗粒活性炭负载银催化剂9。
发明详述：
一种冷轧酸性废水达标及回用的系统，包括原水泵、加碱中和沉淀池、碱液加药系统、一级提升泵、高炉渣吸附塔、改性水淬高炉渣、二级提升泵、催化氧化塔、颗粒活性炭负载银催化剂、排水泵。
所述冷轧酸性废水的水质特征：pH为2～4，COD为26～49mg/L，电导率为8500～23500us/cm，总铁为23～121mg/L，镍为4～9mg/L。
所述冷轧酸性废水通过原水泵进入加碱中和沉淀池。加碱中和沉淀池分为两部分，前部为加碱中和区，后部为沉淀区。加碱中和区通过快速搅拌达到中和酸性废水的目的。碱液加药系统中内置浓度为16～24％的石灰乳，投加入加碱中和区的石灰乳约为750～1900mg/L。冷轧酸性废水在加碱中和区的停留时间为2～4min，在中和沉淀区的停留时间为25～45min。经过加碱中和池后，冷轧酸性废水的pH为7～9，COD为21～42mg/L，总铁为2～4mg/L，镍为0.5～1.2mg/L。
然后通过一级提升泵将冷轧酸性废水送入高炉渣吸附塔。高炉渣吸附塔中放置改性高炉渣填料，改性高炉渣填料占吸附塔总体积的85％。
所述改性水淬高炉渣填料的制备过程如下：1)水淬高炉渣的筛选：所述水淬高炉渣主要成分(质量百分比)为SiO2：32.1～41.3％；Al2O3：12.4～17.5％；Fe2O3：1.2～4.3％；CaO：28.5～43.9％；MgO：2.6～5.7％；烧失量：1.7～4.2％。比表面积为470～630m2/kg，密度为2.76～2.81kg/m3，目数为120～150目。2)溶液的配制：在每升的去离子水中加入2～5克的十六烷基三甲基溴化铵和1～3克聚乙酰氨基葡萄糖，以60转/分钟机械搅拌40～60min，形成混合溶液。3)浸泡和烘干：水淬高炉渣按固液比1：2加入混合溶液中，浸泡4～6小时，倾倒溶液，水淬高炉渣置于90℃烘箱中干燥5小时，冷却后研磨，过120目筛，制备得到改性水淬高炉渣填料。经过改性后的水淬高炉渣填料增加了比表面积，提高了吸附重金属的能力。
冷轧酸性废水在高炉渣吸附塔中的停留时间为20～45min，经过高炉渣吸附塔后，冷轧废水中pH为7～9，COD为15～28mg/L，总铁为0.1～0.3mg/L，镍为0.05～0.2mg/L。
经过高炉渣吸附塔后，二级提升泵将冷轧酸性废水送入内置颗粒活性炭负载银催化剂的催化氧化塔，颗粒活性炭负载银催化剂占整个催化塔体积的70％。催化氧化塔底部通入臭氧气体，催化剂将臭氧转化为具有超强氧化性的·OH，·OH可有效降解冷轧酸性废水中的COD。
本专利针对冷轧酸性废水的特点，开发制备了颗粒活性炭负载银催化剂。颗粒活性炭负载银催化剂的制备：选取直径为15～20mm的颗粒活性炭，颗粒活性炭按固液比1：3～5的比例浸泡在4mol/L硝酸银溶液中，浸泡时间为480～600min，将活性炭取出干燥后在650℃的马弗炉中恒温培烧4～6小时，冷却后制得颗粒活性炭负载银催化剂。颗粒活性炭负载银催化剂不仅可将臭氧转化为超强氧化性的·OH，依靠·OH降解冷轧酸性废水中的有机物；而且也可以依靠活性炭的吸附能力吸附有机物。
冷轧酸性废水在催化氧化塔的停留时间为30～40min，经过催化氧化塔后，冷轧酸性废水的水质为冷轧废水中pH为7～9，电导率为8500～23500us/cm，COD为3～6mg/L，总铁为0.05～0.1mg/L，镍为0.01～0.05mg/L。
经过处理后的冷轧酸性废水可以通过排水泵直接达标排放，也可通过超滤和反渗透工艺进行回用。
本发明有益效果：
本发明提供了一种冷轧酸性废水达标及回用的方法和系统，提出了完整的冷轧酸性废水达标及回用技术方案，系统解决了酸性废水污染环境的问题，属于钢铁绿色环保生产工艺系统。
本发明处理前的冷轧酸性废水的水质特征：pH为2～4，COD为26～49mg/L，电导率为8500～23500us/cm，总铁为23～121mg/L，镍为4～9mg/L。经本发明系统和方法冷轧酸性废水的水质为冷轧废水中pH为7～9，电导率为8500～23500us/cm，COD为3～6mg/L，总铁为0.05～0.1mg/L，镍为0.01～0.05mg/L。经过处理后的冷轧酸性废水可以通过排水泵直接达标排放，也可通过超滤和反渗透工艺进行回用。
附图说明
图1为一种冷轧酸性废水达标及回用的系统图；
其中：包括原水泵1、加碱中和沉淀池2、碱液加药系统3、一级提升泵4、高炉渣吸附塔5、改性水淬高炉渣6、二级提升泵7、催化氧化塔8、颗粒活性炭负载银催化剂9、排水泵10。
具体实施方式
为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。
实施例1：
一种冷轧酸性废水达标及回用的系统，包括原水泵、加碱中和沉淀池、碱液加药系统、一级提升泵、高炉渣吸附塔、改性水淬高炉渣、二级提升泵、催化氧化塔、高效催化剂、排水泵。
所述冷轧酸性废水的水质特征：pH为2.3，COD为43mg/L，电导率为15800us/cm，总铁为99mg/L，镍为8.7mg/L。
所述冷轧酸性废水通过原水泵进入加碱中和沉淀池。加碱中和沉淀池分为两部分，前部为加碱中和区，后部为沉淀区。加碱中和区通过快速搅拌达到中和酸性废水的目的。碱液加药系统中内置浓度为17％的石灰乳，投加入加碱中和区的石灰乳约为1200mg/L。冷轧酸性废水在加碱中和区的停留时间为3min，在中和沉淀区的停留时间为40min。经过加碱中和池后，冷轧酸性废水的pH为7.9，COD为35mg/L，总铁为2.9mg/L，镍为1.1mg/L。
然后通过一级提升泵将冷轧酸性废水送入高炉渣吸附塔。高炉渣吸附塔中放置改性高炉渣填料，改性高炉渣填料占吸附塔总体积的85％。
所述改性水淬高炉渣填料的制备过程如下：1)水淬高炉渣的筛选：所述水淬高炉渣主要成分(质量百分比)为SiO2：37.4％；Al2O3：15.1％；Fe2O3：3.1％；CaO：35.9％；MgO：5.1％；烧失量：3.4％。比表面积为530m2/kg，密度为2.79kg/m3，目数为120目。2)溶液的配制：在每升的去离子水中加入4克的十六烷基三甲基溴化铵和1克聚乙酰氨基葡萄糖，以60转/分钟机械搅拌50min，形成混合溶液。3)浸泡和烘干：水淬高炉渣按固液比1：2加入混合溶液中，浸泡4小时，倾倒溶液，水淬高炉渣置于90℃烘箱中干燥5小时，冷却后研磨，过120目筛，制备得到改性水淬高炉渣填料。经过改性后的水淬高炉渣填料增加了比表面积，提高了吸附重金属的能力。
冷轧酸性废水在高炉渣吸附塔中的停留时间为35min，经过高炉渣吸附塔后，冷轧废水中pH为7.9，COD为23mg/L，总铁为0.3mg/L，镍为0.1mg/L。
经过高炉渣吸附塔后，二级提升泵将冷轧酸性废水送入内置颗粒活性炭负载银催化剂的催化氧化塔，颗粒活性炭负载银催化剂占整个催化塔体积的70％。
本专利针对冷轧酸性废水的特点，开发制备了颗粒活性炭负载银催化剂。颗粒活性炭负载银催化剂的制备：选取直径为20mm的颗粒活性炭，颗粒活性炭按固液比1：5的比例浸泡在4mol/L硝酸银溶液中，浸泡时间为560min，将活性炭取出干燥后在650℃的马弗炉中恒温培烧5小时，冷却后制得颗粒活性炭负载银催化剂。
冷轧酸性废水在催化氧化塔的停留时间为30min，经过催化氧化塔后，冷轧酸性废水的水质为冷轧废水中pH为7.7，电导率为16800us/cm，COD为5mg/L，总铁为0.07mg/L，镍为0.02mg/L。
经过处理后的冷轧酸性废水可以通过排水泵直接达标排放。
实施例2：
一种冷轧酸性废水达标及回用的系统，包括原水泵、加碱中和沉淀池、碱液加药系统、一级提升泵、高炉渣吸附塔、改性水淬高炉渣、二级提升泵、催化氧化塔、高效催化剂、排水泵。
所述冷轧酸性废水的水质特征：pH为3.5，COD为33mg/L，电导率为19200us/cm，总铁为62mg/L，镍为6.2mg/L。
所述冷轧酸性废水通过原水泵进入加碱中和沉淀池。加碱中和沉淀池分为两部分，前部为加碱中和区，后部为沉淀区。加碱中和区通过快速搅拌达到中和酸性废水的目的。碱液加药系统中内置浓度为21％的石灰乳，投加入加碱中和区的石灰乳约为1550mg/L。冷轧酸性废水在加碱中和区的停留时间为4min，在中和沉淀区的停留时间为40min。经过加碱中和池后，冷轧酸性废水的pH为7.5，COD为25mg/L，总铁为2.1mg/L，镍为0.7mg/L。
然后通过一级提升泵将冷轧酸性废水送入高炉渣吸附塔。高炉渣吸附塔中放置改性高炉渣填料，改性高炉渣填料占吸附塔总体积的85％。
所述改性水淬高炉渣填料的制备过程如下：1)水淬高炉渣的筛选：所述水淬高炉渣主要成分(质量百分比)为SiO2：35.3％；Al2O3：12.9％；Fe2O3：3.7％；CaO：41.1％；MgO：4.2％；烧失量：2.8％。比表面积为610m2/kg，密度为2.80kg/m3，目数为150目。2)溶液的配制：在每升的去离子水中加入3克的十六烷基三甲基溴化铵和2克聚乙酰氨基葡萄糖，以60转/分钟机械搅拌45min，形成混合溶液。3)浸泡和烘干：水淬高炉渣按固液比1：2加入混合溶液中，浸泡5小时，倾倒溶液，水淬高炉渣置于90℃烘箱中干燥5小时，冷却后研磨，过120目筛，制备得到改性水淬高炉渣填料。经过改性后的水淬高炉渣填料增加了比表面积，提高了吸附重金属的能力。
冷轧酸性废水在高炉渣吸附塔中的停留时间为25min，经过高炉渣吸附塔后，冷轧废水中pH为7.6，COD为17mg/L，总铁为0.2mg/L，镍为0.09mg/L。
经过高炉渣吸附塔后，二级提升泵将冷轧酸性废水送入内置颗粒活性炭负载银催化剂的催化氧化塔，颗粒活性炭负载银催化剂占整个催化塔体积的70％。
本专利针对冷轧酸性废水的特点，开发制备了颗粒活性炭负载银催化剂。颗粒活性炭负载银催化剂的制备：选取直径为15mm的颗粒活性炭，颗粒活性炭按固液比1：3的比例浸泡在4mol/L硝酸银溶液中，浸泡时间为480min，将活性炭取出干燥后在650℃的马弗炉中恒温培烧6小时，冷却后制得颗粒活性炭负载银催化剂。
冷轧酸性废水在催化氧化塔的停留时间为35min，经过催化氧化塔后，冷轧酸性废水的水质为冷轧废水中pH为7.6，电导率为16800us/cm，COD为4mg/L，总铁为0.06mg/L，镍为0.01mg/L。
经过处理后的冷轧酸性废水可以通过超滤和反渗透工艺进行回用。
综上所述，本发明首次提出了完整的冷轧酸性废水达标及回用技术方案，系统解决了冷轧酸性废水污染环境的问题，因此本发明属于钢铁绿色环保生产工艺系统。
当然，本技术领域内的一般技术人员应当认识到，上述实施例仅是用来说明本发明，而非用作对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围内，对上述实施例的变换、变形都将落在本发明权利要求的范围内。

Claims (7)

1.一种冷轧酸性废水达标及回用的方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)所述冷轧酸性废水通过原水泵进入加碱中和沉淀池，经过加碱中和沉淀池后，冷轧酸性废水的pH为7～9，COD为21～42mg/L，总铁为2～4mg/L，镍为0.5～1.2mg/L；
(2)再通过一级提升泵将冷轧酸性废水送入高炉渣吸附塔，在所述高炉渣吸附塔中放置改性水淬高炉渣填料，改性水淬高炉渣填料占吸附塔总体积的85％；
(3)经过高炉渣吸附塔后，二级提升泵将冷轧酸性废水送入内置颗粒活性炭负载银催化剂的催化氧化塔，颗粒活性炭负载银催化剂占整个催化塔体积的70％；
所述颗粒活性炭负载银催化剂由以下步骤制备而成：选取直径为15～20mm的颗粒活性炭，颗粒活性炭按固液比1：3～5的比例浸泡在硝酸银溶液中，浸泡时间为480～600min，将活性炭取出干燥后在马弗炉中恒温培烧4～6小时，冷却后制得颗粒活性炭负载银催化剂；
(4)经过上述步骤处理后的冷轧酸性废水直接达标排放，或通过超滤和反渗透工艺进行回用；
所述改性水淬高炉渣填料由以下步骤制备而成：
1)水淬高炉渣的筛选：所述水淬高炉渣主要成分质量百分比为SiO2：32.1～41.3％；Al2O3：12.4～17.5％；Fe2O3：1.2～4.3％；CaO：28.5～43.9％；MgO：2.6～5.7％；烧失量：1.7～4.2％；比表面积为470～630m2/kg，密度为2.76～2.81kg/m3，目数为120～150目；
2)溶液的配制：在每升的去离子水中加入2～5克的十六烷基三甲基溴化铵和1～3克聚乙酰氨基葡萄糖，以60转/分钟机械搅拌40～60min，形成混合溶液；
3)浸泡和烘干：水淬高炉渣按固液比1：2加入混合溶液中，浸泡4～6小时，倾倒溶液，水淬高炉渣置于90℃烘箱中干燥5小时，冷却后研磨，过120目筛，制备得到改性水淬高炉渣填料。
2.根据权利要求1所述冷轧酸性废水达标及回用的方法，其特征在于，冷轧酸性废水在高炉渣吸附塔中的停留时间为20～45min，经过高炉渣吸附塔后，冷轧酸性废水中pH为7～9，COD为15～28mg/L，总铁为0.1～0.3mg/L，镍为0.05～0.2mg/L。
3.根据权利要求1所述冷轧酸性废水达标及回用的方法，其特征在于，所述加碱中和沉淀池分为两部分，前部为加碱中和区，后部为沉淀区，加碱中和区通过快速搅拌达到中和酸性废水的目的。
4.根据权利要求1所述冷轧酸性废水达标及回用的方法，其特征在于，所述催化氧化塔底部通入臭氧气体，催化剂将臭氧转化为具有超强氧化性的·OH，·OH可有效降解冷轧酸性废水中的COD。
5.根据权利要求1所述冷轧酸性废水达标及回用的方法，其特征在于，冷轧酸性废水在催化氧化塔的停留时间为30～40min，经过催化氧化塔后，冷轧酸性废水的水质为冷轧酸性废水中pH为7～9，电导率为8500～23500us/cm，COD为3～6mg/L，总铁为0.05～0.1mg/L，镍为0.01～0.05mg/L。
6.根据权利要求1所述冷轧酸性废水达标及回用的方法，其特征在于，在步骤(1)进入加碱中和沉淀池的冷轧酸性废水的水质特征：pH为2～4，COD为26～49mg/L，电导率为8500～23500us/cm，总铁为23～121mg/L，镍为4～9mg/L。
7.一种权利要求1-6任一项所述冷轧酸性废水达标及回用的方法的系统，其特征在于，其依次包括：原水泵(1)、加碱中和沉淀池(2)、一级提升泵(4)、高炉渣吸附塔(5)、二级提升泵(7)、催化氧化塔(8)和排水泵(10)；所述加碱中和沉淀池(2)连接碱液加药系统(3)，在所述高炉渣吸附塔(5)内置有改性水淬高炉渣(6)，在所述催化氧化塔(8)内置有颗粒活性炭负载银催化剂(9)。
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