铸钢件清砂及湿法除尘废水处理工程设计

赵庚宁，贾　非，张寿通，刘　丹（.齐齐哈尔轨道交通装备有限责任公司，黑龙江齐齐哈尔 600；.大连交通大学，辽宁大连 608）

铸钢件清砂及湿法除尘废水处理工程设计

赵庚宁1，贾非1，张寿通2，刘丹2
（1.齐齐哈尔轨道交通装备有限责任公司，黑龙江齐齐哈尔 161002；2.大连交通大学，辽宁大连 116028）

结合工程实际，介绍了采用包含混凝与回流的水解酸化—好氧接触氧化工艺来处理铸钢件清砂及湿法除尘废水的工程设计实例，运行结果表明，该工艺能够有效处理铸钢件清砂及湿法除尘废水，出水水质达到《GB8978—1996污水综合排放标准》三级标准及集团内部要求（COD排放最高浓度不超过50.00 mg/L），回用污水达到水力清砂高压水枪用水要求。

铸钢件清砂废水；混凝；厌氧—好氧；工程设计

0　引言

湿法除尘废水和水力清砂废水是机加工企业在生产过程中产生的两类废水，水力清砂是指将高压水经管道输送到喷枪形成高压射流，高压射流射向铸件表面清除型壳的一种方法。该技术对铸件无损伤，劳动条件好，劳动强度低，但是废水产生量较大。湿法除尘是用含尘气体与水或其它液体相接触时，水滴和尘粒的惯性碰撞及其他作用把尘粒从气流中分离出来。除尘废水可循环利用，但需定期排放。清砂废水和湿法除尘废水都含有大量无机沙粒［1］，废水呈现碱性，且有机物浓度较高［2］，废水生化性较差. 如将此类高碱性的胶液直接外排，将严重堵塞下水道，污染河流［3，4，5］。

为了减少废水排放，提高水资源利用效率，实现清洁生产和企业节能减排目标，拟将废水进行处理，达到当地和企业内部排放标准，并将其深度处理后作为高压水枪和湿法除尘用水。

1　废水来源、水质水量

水力清砂废水来源于车间采用高压水清除铸件表面水玻璃砂型壳的操作过程，湿法除尘废水来源于对人工清砂过程中产生的粉尘进行湿法除尘的操作过程。两股废水中的污染物主要是铸件使用的水玻璃砂，其成分大致包含水玻璃（硅酸钠）、丙烯碳酸酯、石英砂和甘油醋酸酯。因此，废水中pH较高，悬浮物的浓度也很高，含有难于生物降解的甘油酯类有机物。经模拟废水的产生过程后测量，得到水质指标变化范围见表1.

表1　水质指标

根据估算，水力清砂工段一天工作8 h（一班），共计产生废水量大约200 t；除尘工段一天工作2班，废水产生量大约20 t。因此，取变化系数1.4，则设计废水处理量300 t/d，日运行20 h，合15 t/h。

2　工艺设计

2.1废水处理工艺的确定

根据废水水质、水量特征，需要重点选取能够有效去除水中悬浮物和有机物的工艺。为此，本研究采取了混凝-生化-过滤处理工艺路线，并通过实验比较了几种工艺的处理效果，选择了厌氧水解—好氧生化作为主要的生物处理工艺，对混凝和生化条件进行了优化。该工艺不仅降低了对环境条件（如对pH、温度、DO等）的要求，缩小了厌氧段所需容积，同时也可设置气体的收集利用系统，从而节省基建费用。污水处理工艺如图1所示。

清砂废水和除尘排放废水，经收集后进入初沉池中，密度较大的沙粒沉至池底，上清液自流进入集水池内。集水池中污水经提升进入泥浆分离机进行固液分离。分离后出水进入调节池，用盐酸调节pH至适当范围，调节池内设潜水泵，将调节池废水提升至斜板沉淀槽前端反应区，同时向进水管道里加入聚合氯化铝和阳离子有机混凝剂，在反应区内进行均匀配水及加药混合，水中胶体脱稳絮凝后在斜板沉淀池的沉淀区沉淀后去除，斜板沉淀槽出水进入生化处理单元。

图1　污水处理工艺流程

实验证明，采用设置回流的水解酸化—好氧接触氧化工艺处理效率最高。本项目采用上述工艺，并于生化池中填装生化填料。废水首先进入水解酸化池，难降解有机物在此被水解酸化，提高了废水的可生化性。之后进入好氧接触氧化池进行好氧生物降解，去除了大部分有机物。出水进入二级斜板沉淀池进行固液分离，去除了水中脱落的生物膜和其他易沉降悬浮物后，出水流入中间水池。

为了进一步去除水中残余的污染物，尤其是难沉降悬浮杂质，保证出水达到高压水枪回用要求，本项目采用纤维球过滤器和精密过滤双重过滤方式，最大程度的保证了高压水枪用水安全.经过滤后的污水进入回用水池备用。

考虑到水质可能出现波动，因此在总排口设置了活性炭吸附过滤罐，用以去除水中残留的难降解有机物，保证出水完全达到排放标准。

过滤罐的反冲洗废水与生化池中剩余污泥均排至集水池或泥浆分离机进水管道，最终将产生的污泥收集外运。

2.2主要构筑物

主要构筑物设计参数见表2。

2.3主要设备

主要设备参数见表3。

表2　主要构筑物设计参数

表3　主要设备参数

2.4控制系统

本系统设计PLC自动控制和手动控制两种控制模式，自动监测液位、pH等参数，实现自动运行，本处理系统最大装机功率50 kW。为保证回用水的安全，在回用水池设置水质报警器，提示用水安全。

3　调试与运行结果

3.1工艺调试及运行

本工艺中调节pH在7左右，混凝过程以聚合氯化铝为混凝剂，阳离子聚丙烯酰胺为助凝剂，经过一段时间的调试，确定阳离子聚丙烯酰胺的浓度为10 mg/L，聚合氯化铝的含量为100 mg/L时絮凝达到最佳效果。如图2、图3所示。

经过一段时间的稳定运行，COD去除率基本上在85%以上，如图4，出水水质基本上在 40 mg/L以下，达到中水排放标准。水力清砂和湿法除尘废水的可悬浮物含量大，可生化性能差，通过混凝处理可以出去大部分的悬浮物，通过厌氧处理可以大大改善废水中有机物的可生化性，回流可以增加厌氧段的污泥浓度，提高处理效果。

图2　PAC浓度与吸光度关系曲线

图3　PAC浓度与COD去除率关系曲 线

图4　原水经混凝-厌氧-好氧（回流）工艺COD变化

图5　混凝-厌氧-好氧（回流）工艺AO段COD去除率

3.2运行费用

污水处理站设兼职人员2名，不用额外支出人工费。PAC加药浓度为100 mg/L，阳离子PAM加药浓度为10 mg/L。PAC价格2 000元/t，PAM价格20 000元/t。则药剂成本为0.4元/t。电耗费与本项目中泥浆分离机具体使用方式有关。

3.3经济效益

本项目的实施，可以实现水资源循环利用，降低企业运行成本，提高经济效益。

按照吨水价格5.4元计（工业用水价格4.3元/ m3，污水处理费1.1元/m3），年节约用水10.8万t，年节水及减排经济效益为58.32万元。

3.4环境减排效益

本项目的实施，可以大大减少废水中COD、SS等向环境中的排放，如果设备运行稳定，管理完善，基本可以实现水资源完全循环利用，上述污染物排放量基本可以忽略，剩余其它排放物为产生的污泥及温室气体。

4　结论

经实施，利用混凝-生化-过滤处理工艺的工程效果良好，COD去除率基本上在85%以上，出水水质基本上在40 mg/L以下，废水达标排放，也可回用，大大降低生产废水对环境的污染，同时也为类似废水处理的工程设计提供了很有价值的参考。

［1］ 冉兴.熔模精密铸件的水力清砂［J］.特种铸造及有色合金，2000：26-29.

［2］ 刘艳杰，杨俭.高压水射流清砂机的研究［J］.煤炭技术，2002，21（3）：59-61.

［3］ 刘精今.锅炉湿法除尘废水循环回用治理中的悬浮物处理技术研究［J］.工业水处理，1999，19（ 2）：22-25.

［4］ 刘精今.燃煤锅炉湿法除尘废水循环回用后的水质处理工艺和技术研究［J］.四川环境，1998，17（3）：27-31.

［5］ 杨俭.新型高效水力清砂机的研究［J］. 煤矿机械，1996（ 5） ：25-27.

［6］ 祝步升.水爆清砂污水处理［J］.中国铸造装备与技术， 1981（3）：15-19.

Design of Wastewater Treatment Technology of Steel Castings Sand Cleaning and Wet Dust

ZHAO GengNing1，JIA Fei1， ZHANG ShouTong2， LIU Dan2
（1.Qiqihar Railway Equipment Co.Ltd.， Qiqihar 161002， Liaoning，China；2. Dalian Jiaotong University， Dalian 116028， Liaoning，China）

The engineering design example of Coagulation and backfl ow of hydrolysis acidifi cation-aerobic contact oxidation process to deal with the combination of steel castings sand cleaning and wet dust wastewater have been reviewed. Results showed that the wastewater can be treated by the system effectively. The effl uent met the standard of wastewater discharge and internal requirements of enterprises， the reused sewage reached water requirements of hydraulic sand cleaning gun.

Steel castings sand cleaning wastewater； Coagulation； Anaerobic-aerobic； Engineering design

TG234;

A；

1006－9658（2015）02-0065-04

10.3969/j.issn.1006—9658.2015.02.018

2014-12-09

稿件编号：1412-727

赵庚宁（1973—），女，教授级高级工程师，主要从事铸造工艺、造型材料、清洁生产等.