臭氧活性炭技术对某钢厂废水中污染物的控制研究

李 锋

(运城市环境保护监测站，山西 运城 044000)

环境保护

臭氧活性炭技术对某钢厂废水中污染物的控制研究

李 锋

(运城市环境保护监测站，山西 运城 044000)

钢铁工业是我国工业用水和外排废水大户，对钢铁工业废水中污染物的控制研究，对保护水资源有重要的现实意义。以山西晋南某钢厂“废水处理及回收利用改造项目”为依托，讨论臭氧活性炭技术对钢厂废水重污染物的控制作用。结果表明，臭氧活性炭工艺对钢厂废水中的有机污染物及金属污染物铁、锰等都有很好的去除效果，对CODMn、UV254、油、Fe2+及Mn2+的去除率分别为68%、50%、84%、83%和63%左右。臭氧活性炭工艺值得在钢铁工业废水处理中推广应用。

臭氧活性炭；钢厂废水；污染物；控制

水是人类赖以生存的物质基础，是世界上一切生命得以存在的前提条件。我国水资源总量相对较多，约2.81万亿m3，居世界第六位，然而，我国水资源人均占有量较少，约为2161 m3，仅是世界人均占有量的25%，因此，我国被列为世界上13个贫水国家之一[1]。近年来，随着我国钢铁工业的迅猛发展，其在大力推动地区经济建设的同时，不仅消耗了大量的水资源，还造成了大量的废水排放，恶化了水环境，导致水资源短缺问题日趋严重[2]。据统计资料显示，我国钢铁工业外排废水水量占工业外排废水量高达10%左右，但达标率仅为85%左右，低于国外钢铁工业100%达标排放的标准[3]；同时，我国钢铁工业吨钢新水用量及吨钢外排废水量分别为29 t及20 t左右，国外先进指标仅为3 t和2 t左右[4]，吨钢新水用量及吨钢外排废水量严重高于国外先进指标。这些数据充分表明我国钢铁企业废水处理已迫在眉睫，否则其将逐渐成为制约钢铁工业可持续

发展的重要因素。

钢铁行业较大的废水量主要包括炼钢、轧钢过程中的冷却排污水，还包括厂房地面冲洗水及部分生活用水等，回收与利用的潜力巨大。本课题以山西晋南某钢厂“废水处理及回收利用改造项目”为依托，采用臭氧活性炭技术对废水量为200 m3/h规模钢厂废水中的有机污染物及金属污染物铁、锰等进行去除和控制，使其废水满足达标排放的标准，为钢铁厂废水的再生循环利用做基础，从而最大限度地减少水资源的消耗，实现钢铁工业的可持续发展[5]。

1 试验概述

1.1 钢厂废水水质现状

钢厂废水特点为水量大、悬浮物及污染物种类较多及水质变化明显等。本次研究所取水样为钢厂循环冷却排污水，水质状况由钢厂检测中心提供，具体指标及数据如表1所示。

表1 钢厂废水主要水质指标

1.2 试验方法与检测指标

主要采用臭氧活性炭工艺对钢厂废水进行处理，臭氧活性炭技术是在利用活性炭床高吸附作用的基础上，通过臭氧稳定、高效的氧化作用，来弥补活性炭吸附饱和需频繁更换的缺陷，实现活性炭的自动再生，以降低废水处理的运行成本。

主要通过测定CODMn、紫外消光度(UV254)、油及金属污染物中铁、锰的含量，考察臭氧活性炭工艺控制这些污染物质的有效性。

1.3 主要设备

本试验设备系统主要包括活性碳吸附器及臭氧投加系统。

1) 活性碳吸附器。活性碳吸附器具有操作简单、吸附过滤效果好及运行费用低等优点。活性炭对污染物溶质等的吸附机理是活性炭吸附器的主要工作原理，其次，活性炭与污染物溶质之间的静电力、范德华引力或化学键力也是活性炭吸附器处理污水的主要作用力。

2) 臭氧投加系统。臭氧的氧化能力极强，可与有机物及无机物Fe2+及Mn2+等发生氧化还原反应。臭氧投加系统主要包括臭氧发生器及臭氧投加泵，臭氧发生器通过放电作用，利用氧气产生臭氧；臭氧投加泵将臭氧发生器产生的臭氧投入反应器，进行氧化还原反应。臭氧发生器的产气量为Q=1 000 g/h，臭氧投加泵流量Q=60 m3/h，扬程H=30 m。

2 结果分析与讨论

2.1 臭氧投加量的确定

为了观察臭氧活性炭工艺对钢铁厂废水中污染物的处理效果，参照相关文献资料[5]，以CODMn为参数，分别考察臭氧投加量为0.5、1.0、1.5、2.0、2.5、3.0 mg/L时，出水水质稳定后，水中CODMn的浓度变化值。试验结果如图1所示。

图1 不同臭氧投加量下CODMn的去除率

作为一种强氧化剂，臭氧可以将废水中的有机物彻底氧化成二氧化碳和水，或者将其氧化为更易被活性炭吸附去除的中间产物，对废水处理尤其是对有机物含量大的废水处理具有较好的处理效果。如图1所示，加入臭氧可以明显提高钢铁厂废水中CODMn的去除率。具体看来，在臭氧投加量为1.5 mg/L之前，随着臭氧投加量的增加，CODMn的去除率有显著上升的趋势，随后，随着臭氧投加量的增多，CODMn的去除率却略有下降的趋势。分析认为，臭氧投加量为零时，废水中有机物的去除主要靠活性炭的吸附作用，随着臭氧的投加及投加量的增多，废水中部分有机物被臭氧氧化成CO2和H2O，臭氧与活性炭的协同作用开始起主导作用，在臭氧投加量为1.5 mg/L时，二者协同作用使废水中CODMn的去除率最高，可达83%左右；而后，随着臭氧投加量的继续增多，臭氧的强氧化效果将废水中有机物氧化成更小的产物，反而不利于活性炭的吸附去除，从经济角度考虑，也不够经济实用。故，针对钢铁厂现有水质，确定臭氧投加量为1.5 mg/L。

2.2 对污染物的去除效果

在臭氧投加量为1.5 mg/L的条件下，分析臭氧活性炭工艺对钢厂废水CODMn、紫外消光度(UV254)、油及金属污染物铁、锰的去除效果，具体见第117页表2所示。

由表2可知，钢铁厂废水经过臭氧活性炭工艺处理后，CODMn、油和金属污染物铁、锰浓度有明显的降低，紫外消光度(UV254)也有较大的降低，说明臭氧活性炭技术可以有效地控制钢铁厂废水中的污染物。具体数据为：钢厂废水进水CODMn平均质量浓度为15 mg/L左右，处理后的CODMn平均质量浓度为5 mg/L左右，平均处理率为68%左右；UV254是指波长在254 nm下水样的紫外吸光度，其值的大小可以间接表示水样有机物浓度的高低。钢厂进水紫外消光度(UV254)平均值为0.28左右，出水UV254平均值为0.14左右，平均处理率为50%左右；钢铁工业废水中通常含油，因此，钢厂废水处理有专门的除油装备，并配有完善的除油措施。臭氧活性炭工艺下，钢厂废水中油质量浓度由4.15 mg/L降为0.65 mg/L，平均去除率可达84%左右；一般而言，钢厂排污水中金属铁、锰的含量相对较高，除污装置中一般设有装填锰砂层的普通快滤池，可将大部分的金属铁、锰去除。由第117页表2可以看出，经过处理的废水在进入臭氧活性炭吸附器前，废水中铁、锰的平均质量浓度为0.28 mg/L和0.05 mg/L左右，但经过臭氧活性炭工艺的去除，二者浓度有明显的降低，出水水质中铁的质量浓度约0.048 mg/L，锰的质量浓度约0.019 mg/L，对二者去除率分别可达83%和63%左右，更有效地解决了铁、锰的污染问题。

表2 臭氧活性炭工艺下钢铁厂废水进出水水质状况

3 结论

我国钢铁工业不仅用水量大，产生废水量也较多，其废水中含有大量悬浮物、有机物、重金属、油等有害污染物质，是我国废水治理的焦点和难点。对钢铁工业废水中污染物的控制研究，不仅对解决水体污染、净化水环境、保护水资源有重要的现实意义，还是促进钢铁工业可持续发展的重要保障。本试验通过臭氧活性炭技术处理某钢厂废水，得出如下结论：1) 钢铁工业是我国工业用水和外排废水大户，回收与利用潜力巨大，积极探索一条适于钢铁企业不同水质要求且经济可靠的废水再生循环利用系统，是实现工业废水资源化利用的重要途径和解决办法。2) 试验确定的臭氧活性炭工艺处理钢厂废水的臭氧最佳投加量为1.5 mg/L，投加量小，达不到废水处理效果，投加量大，不仅不够经济实用，还会影响废水出水水质。3) 臭氧活性炭技术可以有效地控制钢铁厂废水中的污染物。钢铁厂废水经过臭氧活性炭工艺处理后，CODMn、油和金属污染物铁、锰浓度有明显的降低，紫外消光度(UV254)也有较大的降低。具体为，对CODMn、UV254、油、Fe2+及Mn2+的去除率分别为68%、50%、84%、83%和63%左右，出水水质达到排放要求。

[1] 邵青.水处理及循环再利用技术[M].北京：化学工业出版社，2003.

[2] 肖锦.城市污水处理及回用技术[M].第1版.北京：化学工业出版社，2002.

[3] 张书珍，孙晓然.国内钢铁工业废水处理现状及发展趋势[J].中国钢铁业,2010(9):16-19.

[4] 李剑波，张焕祯，赵星洁，等.钢铁废水回用作循环冷却水补水试验研究[J].工业水处理,2006,26(10):20-23.

[5] 杨德敏，袁建梅，夏宏.臭氧/活性炭联合工艺深度处理焦化废水[J].环境工程学报,2014,8(9):53-55.

Study on the control of pollutants in wastewater of a steel plant by ozone activated carbon technology

LI Feng

(Yuncheng Environmental Protection Monitoring Station, Yuncheng Shanxi 044000, China)

China's industrial water and waste water is mainly from iron and steel industries. The control of pollutants in wastewater of iron and steel industry has important practical significance for the protection of water resources. Taking"wastewater treatment and recycling projects " of a Jinnan steel plant in Shanxi as the basis, this paper discusses the control effect of ozone activated carbon technology on heavy steel wastewater pollutants. The results show that ozone activated carbon process has good removal effect on organic pollutants, metal pollutants and manganese in wastewater by iron steel, and the removal rate of CODMn, UV254, Fe2+and oil, Mn2+are around 68%, 50%, 84%, 83% and 63%. The ozone activated carbon process is worth to be popularized and applied in wastewater treatment of iron and steel industry.

ozone activated carbon; wastewater of steel plant; pollutant; control

2017-02-14

李 锋，男，1969年出生，1990年毕业于山西矿业学院，高级工程师，主要从事环境监测、环境保护等方面的研究工作。

10.16525/j.cnki.cn14-1109/tq.2017.01.38

X703

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1004-7050(2017)01-0115-03