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摘要：本文分析了我国钢铁工业炼钢厂传统的含油污水处理技术，分析了稀土磁力水处理工艺的优缺点，并提出改进和优化方向，该优化工艺处理后的水质指标稳定可靠，满足工艺要求，具有广阔的推广应用前景。
关键词:稀土磁力水处理工艺；絮凝；机械搅拌絮凝池；含油；
据了解，同时各种杂质的含量较高，这就给污水处理增加了难度。当前，连铸机产生的污水主要有以下三种:
(1)设备间接冷却污水，主要是结晶器和设备的间接冷却水，降温后可直接循环使用，称为净环水；(2)设备和产品的直接冷却污水，主要是二次喷淋冷却区产生的污水，含有氧化铁皮、粉尘和油脂类，还可能含有硅钙合金、萤石和石墨等；(3)冲铁皮渣污水，主要是连铸机生产过程中的火焰切割机粒化渣污水，其悬浮物440～1100mg/L。
处理连铸含油污水的传统工艺有旋流沉淀—平流沉淀除油—压力过滤—冷却工艺和混凝沉淀—化学除油—冷却工艺。前者占地面积大，工艺繁琐，滤料易板结堵塞、乱层，反冲洗水处理困难，出水水质波动较大；后者会产生大量生物黏泥，容易堵塞连铸机二冷水系统的细小喷嘴，导致生产事故频繁，而且化学除油池内水温约53℃，池内滋生大量菌藻类，出水水质易恶化。国内钢铁企业用于含油污水处理的大部分压力罐石英砂过滤器大多已停止使用，一些钢铁企业从国外引进的处理工艺技术设备，运行结果也未达到预期效果。
1连铸机含油污水处理新工艺
经过对国内连铸机含油污水处理的实地考察，目前国内最新的连铸机含油废水处理工艺为：一沉池--稀土磁力水处理设备二级处理工艺。连铸机生产线氧化铁皮沟排出的含油污水经一次旋流沉淀处理，去除大颗粒氧化铁皮，再由提升泵加压送至稀土磁力水处理设备，污水中的氧化铁皮絮团由于具有铁磁性在磁化装置高强度磁场的作用下克服水流阻力和重力影响向磁盘面运动并被吸附。吸附于磁盘表面的铁皮絮团通过固定刮刀和转动刮刀在无磁区刮至渣槽中，浊环水得到净化。净化后的水经加压至冷却塔降温，再由加压泵经高效自动管道过滤器过滤后供用户循环使用。污水处理工艺流程如图1所示。
落入渣槽的泥渣经磁力压榨机压榨脱水后综合回收利用。本工艺在设计过程中，在稀土磁盘出水后段设调节池，调节池内设置圆盘浮式除油器进行除油。
需要指出：本工艺的关键在于在浊环水进入稀土磁盘之前投加2种微磁絮凝剂，并要求有足够的时间和有效的技术方法让其充分混合和絮凝。保证后续的稀土磁力水处理设备对水质
净化达到预期的效果。
2．工艺分析
目前从国内采用上述工艺处理的连铸含有废水的工程实例中，微磁絮凝剂的投加和混合的方法是采用计量泵投加和管道混合器混合的方式。亦有采用在进入一沉池之前就开始投加，以达到延长混合时间的目的。
在上述投加方式中，基本只考虑了药剂的混合作用，基本没有从技术层面考虑絮凝剂的絮凝机理。所以说从众多工程实例来看，其絮凝效果不佳而导致后续磁力设备净化效果难以到达设计预期。
实践中亦有设计者为增加絮凝效果而延长管道增加混合时间的工程实例，在一沉池管道混合器后人为增加管道长度（在可利用区间蛇形布置管道）达到而增加药剂混合时间。这些措施均只是增加了药剂混合的时間，而非有效的絮凝措施。
所以在实际工程设计中需对上述工艺方案进行改进，优化絮凝措施，增加絮凝效果，从而提高出水水质。
3.混凝动力学机理
要使杂质颗粒之间或杂质与絮凝剂直接发生絮凝，一个必要条件是使颗粒相互碰撞。推动水中颗粒互相碰撞的动力来源来自两个方面：颗粒在水中的布朗运动；在水力或机械搅拌下所造成的流体运动。前者我们称之为“异向絮凝”；后者称之为“同向絮凝”。实际工程中我们是通过技术措施增大“同向絮凝”的作用，从而达到设计效果。
3.1 混凝控制指标
自药剂与水均匀混合起直至大颗粒絮凝体形成为止，在工艺上总称为混凝过程，相应设备有混合设备和絮凝设备
在混合阶段，对水流进行剧烈搅拌，主要是使药剂快速均匀地分散于水中以便于混凝剂快速水解、聚合及颗粒脱稳。由于上述过程进行很快，故混合要快速剧烈，一般在10～30S至多不超过2min即告完成。搅拌强度按速度梯度计，一般G在700～1000s-1之内，在此阶段同时存在颗粒间异向絮凝。
在絮凝阶段，主要靠机械或水力搅拌使颗粒碰撞凝聚，以同向絮凝为主。同向絮凝效果不仅与G值有关，还与絮凝时间T有关。因此在絮凝阶段以GT值为控制指标。在絮凝过程中，絮凝体尺寸逐渐增大，由于大絮凝体容易破碎，故自絮凝开始至絮凝结束，G值应渐次减小。采用机械搅拌时，其搅拌强度应逐渐减小；采用水力絮凝池时，其水流速度应逐渐减小。絮凝阶段，平均G=20~70S-1范围内,平均GT=1x104～1x105范围内。
3.2 絮凝设备
根据混凝动力学原理，目前絮凝设备可分为：水力搅拌式絮凝池和机械搅拌式絮凝池
前者有，格板絮凝池，折板絮凝池等，这些絮凝设备由于占地面积的限制一般在市政工程上使用较多。
而机械絮凝池是我们提出可用在冶金连铸机含油污水处理工艺系统中的絮凝优化措施。
机械絮凝池在设计时宜分格串联，一般分三格，每格均安装一台搅拌机。为适应絮凝体形成规律，第一格内搅拌强度最大，而后逐渐减小，从而速度梯度G值亦相应由大到小。搅拌强度决定于搅拌器转速和浆板面积，由计算决定。
G=
g—重力加速度，9.8m/s2;
h—混凝设备中的水头损失，m;
v—水的运动粘度，m2/s；
T—水流在混凝设备中的停留时间，S;
P—浆板所消耗功率，W;
n—同一旋转半径上浆板数；
r2—桨板外缘旋转半径，m;
r1—桨板内缘旋转半径，m;
w—相对于水的旋转叫速度， rad/s;
l—为桨板长度，m;
CD—阻力系数，决定与桨板宽长比。当宽长比小于1时，CD=1.1;当水处理中桨板宽长比一般均小于1；
ρ—水的密度，kg/m3;
设计浆板式机械絮凝池时应符合以下要求：
絮凝时间一般宜为15～20min;
池内一般设3～4档搅拌机，各档搅拌机之间用挡墙分开以防水流短路；
搅拌机转速按叶轮半径中心点线速度通过技术确定。线速度宜自第一档的0.5m/s起逐渐小至末档的0.2m/s;
每台搅拌器上浆板总面积宜为水流截面积德10～20%，不宜超过25%。
4新工艺的实践应用
某钢铁股份有限公司管线钢工程新建厚板坯连铸机项目，其连铸机含油污水处理采用一次铁皮旋流沉淀池—稀土磁力水处理—管道过滤的工艺，其在稀土磁盘前端设计了三段式机械搅拌絮凝池，于2007年6月份投产运行。经过二年多的生产实践考验，出水水质连续稳定，设备运行安全可靠，操作管理简便易行，用户满意。
4.1稀土磁力水处理装置
采用了某环保设备厂生产的SMDE-1000型稀土磁力水处理设备2台，其机理为:是在稀土磁盘磁力的作用下对氧化铁皮絮团进行吸附除去。单台处理水量1000m3/s;实际运行过程中进水悬浮物：≤200～300mg/L，加药后出水悬浮物：≤20～30mg/L；进水含油量：≤35mg/L，加药后出水含油量：≤5mg/L。
其配套设施有MDWD-Ⅰ-700 型磁力压榨脱水机2台，
调节池中配置DOS-9型圆盘除油机2台。
4.2机械搅拌絮凝池
本工程在稀土稀土磁力水处理装置前置机械搅拌絮凝池，分3格，每格有效容积55m3,絮凝时间控制在10分钟左右。每格设1台垂直轴桨板搅拌器且尺寸均相同。
叶轮中心点旋转线速度采用：
第一台搅拌机：V1=0.5M/s;
第二台搅拌机：V1=0.35M/s;
第三台搅拌机：V1=0.2M/s;
平均速度梯度控制值：
第一格平均速度梯度控制在G1=71 s-1；
第二格平均速度梯度控制在G1=42 s-1；
第三格平均速度梯度控制在G1=18 s-1；
絮凝池总平均速度梯度控制在G=49s-1
4.3高效自动过滤器
采用以色列FILTOMAT水力控制全自动管道过滤器，其工作原理是:供水压力≥0.25MPa，由进水管进入过滤器的细滤网内部，水中的悬浮物不断地在细滤网内表面上聚集成泥饼，当进出水压差ΔP≥0.05MPa时，水力控制器发出指令，过滤器反冲洗自动启动，历时8~10s。该过滤器反冲洗装置的显著优点是:吸污器的抽力能在细滤网内表面产生涡流抽吸，它的螺旋运行将滤网表面冲洗的干净如新，每次反冲洗水量为300L。
4.4高浓缩倍数水质稳定
本系统水质稳定工作通过全面监测管理，在系统的冷水池按10mg/L连续投加HZ-308缓蚀阻垢剂，确保了在高浓缩倍数下供水管道和连铸机二冷喷嘴长期处于无腐蚀不结垢的良好状态，同时还间断性地投加HZ-515杀菌剂抑制菌藻类的滋长，实践证明杀菌灭藻效果优良。
5.结论
实践证明新工艺处理后的水质指标稳定可靠，满足工艺要求，经济效益显著，具有以下的优越性:
(1)去除了传统工艺中的多介质石英砂过滤器、反洗水泵、反洗排水处理设施及压缩空气设施等，具有工艺流程简单、效果稳定、管理方便、运行成本低等优点。
(2)新工艺解决了传统工艺中絮凝不彻底的缺陷，使出水水质更趋设计预期，达到工艺要求。
（3）需要指出，由于絮凝后采用磁力吸附去除絮凝体而非沉定或过滤，故本工艺中改善了絮凝的效果，增大了絮凝体，但并非最终的絮凝颗粒越大对后续的处理效果越好，絮凝体本身质量大小与最终的处理效果有非常密切的关系。故在实际中絮凝体大小控制在什么样的范围内能使出水水质达到最佳有待进一步研究。
该工艺也可在轧钢含油污水处理系统中应用。
参考文献：
[1]国家环保总局.钢铁工业废水治理[M].北京:中国环境科学出版社，1992:259-265.
[2]肖丙雁.宝钢连铸浊循环水处理系统设计流程分析[J].宝钢技术，2001(4):19-23.
[3]陈常州，王俊，陈岩峰，等.连铸和热轧浊环水处理系统的短流程设计探讨[J].冶金动力，1997(4).
[4]周洪源.KMLZ斜板沉淀除油器在浊环水净化中的应用[J].云南冶金，2001，34(2):20-23.
[5]王喜良.KMLZ型斜板浓密机的原理及应用[J].金属矿山，1996(5):12-15.
[6]万小金.KMLZ型斜板浓密机沉降浓缩效果分析[J].金属矿山，2000(5):42-44.
[7]陈常州.连铸和热轧浊环水处理系统的改进措施[J].冶金动力，1995(5):47-52.
[8]孙福利，王俊.浅谈热轧浊环水除油问题[J].冶金动力，1995(3):10-16.
[9]孙福利.轧钢浊环水处理流程及除油方法的探讨[J].化工给排水设计，1998，29(1).
[10]严煦世、范瑾初.给水工程，1999.
注：文章內所有公式及图表请以PDF形式查看。
关键词:稀土磁力水处理工艺；絮凝；机械搅拌絮凝池；含油；
据了解，同时各种杂质的含量较高，这就给污水处理增加了难度。当前，连铸机产生的污水主要有以下三种:
(1)设备间接冷却污水，主要是结晶器和设备的间接冷却水，降温后可直接循环使用，称为净环水；(2)设备和产品的直接冷却污水，主要是二次喷淋冷却区产生的污水，含有氧化铁皮、粉尘和油脂类，还可能含有硅钙合金、萤石和石墨等；(3)冲铁皮渣污水，主要是连铸机生产过程中的火焰切割机粒化渣污水，其悬浮物440～1100mg/L。
处理连铸含油污水的传统工艺有旋流沉淀—平流沉淀除油—压力过滤—冷却工艺和混凝沉淀—化学除油—冷却工艺。前者占地面积大，工艺繁琐，滤料易板结堵塞、乱层，反冲洗水处理困难，出水水质波动较大；后者会产生大量生物黏泥，容易堵塞连铸机二冷水系统的细小喷嘴，导致生产事故频繁，而且化学除油池内水温约53℃，池内滋生大量菌藻类，出水水质易恶化。国内钢铁企业用于含油污水处理的大部分压力罐石英砂过滤器大多已停止使用，一些钢铁企业从国外引进的处理工艺技术设备，运行结果也未达到预期效果。
1连铸机含油污水处理新工艺
经过对国内连铸机含油污水处理的实地考察，目前国内最新的连铸机含油废水处理工艺为：一沉池--稀土磁力水处理设备二级处理工艺。连铸机生产线氧化铁皮沟排出的含油污水经一次旋流沉淀处理，去除大颗粒氧化铁皮，再由提升泵加压送至稀土磁力水处理设备，污水中的氧化铁皮絮团由于具有铁磁性在磁化装置高强度磁场的作用下克服水流阻力和重力影响向磁盘面运动并被吸附。吸附于磁盘表面的铁皮絮团通过固定刮刀和转动刮刀在无磁区刮至渣槽中，浊环水得到净化。净化后的水经加压至冷却塔降温，再由加压泵经高效自动管道过滤器过滤后供用户循环使用。污水处理工艺流程如图1所示。
落入渣槽的泥渣经磁力压榨机压榨脱水后综合回收利用。本工艺在设计过程中，在稀土磁盘出水后段设调节池，调节池内设置圆盘浮式除油器进行除油。
需要指出：本工艺的关键在于在浊环水进入稀土磁盘之前投加2种微磁絮凝剂，并要求有足够的时间和有效的技术方法让其充分混合和絮凝。保证后续的稀土磁力水处理设备对水质
净化达到预期的效果。
2．工艺分析
目前从国内采用上述工艺处理的连铸含有废水的工程实例中，微磁絮凝剂的投加和混合的方法是采用计量泵投加和管道混合器混合的方式。亦有采用在进入一沉池之前就开始投加，以达到延长混合时间的目的。
在上述投加方式中，基本只考虑了药剂的混合作用，基本没有从技术层面考虑絮凝剂的絮凝机理。所以说从众多工程实例来看，其絮凝效果不佳而导致后续磁力设备净化效果难以到达设计预期。
实践中亦有设计者为增加絮凝效果而延长管道增加混合时间的工程实例，在一沉池管道混合器后人为增加管道长度（在可利用区间蛇形布置管道）达到而增加药剂混合时间。这些措施均只是增加了药剂混合的时間，而非有效的絮凝措施。
所以在实际工程设计中需对上述工艺方案进行改进，优化絮凝措施，增加絮凝效果，从而提高出水水质。
3.混凝动力学机理
要使杂质颗粒之间或杂质与絮凝剂直接发生絮凝，一个必要条件是使颗粒相互碰撞。推动水中颗粒互相碰撞的动力来源来自两个方面：颗粒在水中的布朗运动；在水力或机械搅拌下所造成的流体运动。前者我们称之为“异向絮凝”；后者称之为“同向絮凝”。实际工程中我们是通过技术措施增大“同向絮凝”的作用，从而达到设计效果。
3.1 混凝控制指标
自药剂与水均匀混合起直至大颗粒絮凝体形成为止，在工艺上总称为混凝过程，相应设备有混合设备和絮凝设备
在混合阶段，对水流进行剧烈搅拌，主要是使药剂快速均匀地分散于水中以便于混凝剂快速水解、聚合及颗粒脱稳。由于上述过程进行很快，故混合要快速剧烈，一般在10～30S至多不超过2min即告完成。搅拌强度按速度梯度计，一般G在700～1000s-1之内，在此阶段同时存在颗粒间异向絮凝。
在絮凝阶段，主要靠机械或水力搅拌使颗粒碰撞凝聚，以同向絮凝为主。同向絮凝效果不仅与G值有关，还与絮凝时间T有关。因此在絮凝阶段以GT值为控制指标。在絮凝过程中，絮凝体尺寸逐渐增大，由于大絮凝体容易破碎，故自絮凝开始至絮凝结束，G值应渐次减小。采用机械搅拌时，其搅拌强度应逐渐减小；采用水力絮凝池时，其水流速度应逐渐减小。絮凝阶段，平均G=20~70S-1范围内,平均GT=1x104～1x105范围内。
3.2 絮凝设备
根据混凝动力学原理，目前絮凝设备可分为：水力搅拌式絮凝池和机械搅拌式絮凝池
前者有，格板絮凝池，折板絮凝池等，这些絮凝设备由于占地面积的限制一般在市政工程上使用较多。
而机械絮凝池是我们提出可用在冶金连铸机含油污水处理工艺系统中的絮凝优化措施。
机械絮凝池在设计时宜分格串联，一般分三格，每格均安装一台搅拌机。为适应絮凝体形成规律，第一格内搅拌强度最大，而后逐渐减小，从而速度梯度G值亦相应由大到小。搅拌强度决定于搅拌器转速和浆板面积，由计算决定。
G=
g—重力加速度，9.8m/s2;
h—混凝设备中的水头损失，m;
v—水的运动粘度，m2/s；
T—水流在混凝设备中的停留时间，S;
P—浆板所消耗功率，W;
n—同一旋转半径上浆板数；
r2—桨板外缘旋转半径，m;
r1—桨板内缘旋转半径，m;
w—相对于水的旋转叫速度， rad/s;
l—为桨板长度，m;
CD—阻力系数，决定与桨板宽长比。当宽长比小于1时，CD=1.1;当水处理中桨板宽长比一般均小于1；
ρ—水的密度，kg/m3;
设计浆板式机械絮凝池时应符合以下要求：
絮凝时间一般宜为15～20min;
池内一般设3～4档搅拌机，各档搅拌机之间用挡墙分开以防水流短路；
搅拌机转速按叶轮半径中心点线速度通过技术确定。线速度宜自第一档的0.5m/s起逐渐小至末档的0.2m/s;
每台搅拌器上浆板总面积宜为水流截面积德10～20%，不宜超过25%。
4新工艺的实践应用
某钢铁股份有限公司管线钢工程新建厚板坯连铸机项目，其连铸机含油污水处理采用一次铁皮旋流沉淀池—稀土磁力水处理—管道过滤的工艺，其在稀土磁盘前端设计了三段式机械搅拌絮凝池，于2007年6月份投产运行。经过二年多的生产实践考验，出水水质连续稳定，设备运行安全可靠，操作管理简便易行，用户满意。
4.1稀土磁力水处理装置
采用了某环保设备厂生产的SMDE-1000型稀土磁力水处理设备2台，其机理为:是在稀土磁盘磁力的作用下对氧化铁皮絮团进行吸附除去。单台处理水量1000m3/s;实际运行过程中进水悬浮物：≤200～300mg/L，加药后出水悬浮物：≤20～30mg/L；进水含油量：≤35mg/L，加药后出水含油量：≤5mg/L。
其配套设施有MDWD-Ⅰ-700 型磁力压榨脱水机2台，
调节池中配置DOS-9型圆盘除油机2台。
4.2机械搅拌絮凝池
本工程在稀土稀土磁力水处理装置前置机械搅拌絮凝池，分3格，每格有效容积55m3,絮凝时间控制在10分钟左右。每格设1台垂直轴桨板搅拌器且尺寸均相同。
叶轮中心点旋转线速度采用：
第一台搅拌机：V1=0.5M/s;
第二台搅拌机：V1=0.35M/s;
第三台搅拌机：V1=0.2M/s;
平均速度梯度控制值：
第一格平均速度梯度控制在G1=71 s-1；
第二格平均速度梯度控制在G1=42 s-1；
第三格平均速度梯度控制在G1=18 s-1；
絮凝池总平均速度梯度控制在G=49s-1
4.3高效自动过滤器
采用以色列FILTOMAT水力控制全自动管道过滤器，其工作原理是:供水压力≥0.25MPa，由进水管进入过滤器的细滤网内部，水中的悬浮物不断地在细滤网内表面上聚集成泥饼，当进出水压差ΔP≥0.05MPa时，水力控制器发出指令，过滤器反冲洗自动启动，历时8~10s。该过滤器反冲洗装置的显著优点是:吸污器的抽力能在细滤网内表面产生涡流抽吸，它的螺旋运行将滤网表面冲洗的干净如新，每次反冲洗水量为300L。
4.4高浓缩倍数水质稳定
本系统水质稳定工作通过全面监测管理，在系统的冷水池按10mg/L连续投加HZ-308缓蚀阻垢剂，确保了在高浓缩倍数下供水管道和连铸机二冷喷嘴长期处于无腐蚀不结垢的良好状态，同时还间断性地投加HZ-515杀菌剂抑制菌藻类的滋长，实践证明杀菌灭藻效果优良。
5.结论
实践证明新工艺处理后的水质指标稳定可靠，满足工艺要求，经济效益显著，具有以下的优越性:
(1)去除了传统工艺中的多介质石英砂过滤器、反洗水泵、反洗排水处理设施及压缩空气设施等，具有工艺流程简单、效果稳定、管理方便、运行成本低等优点。
(2)新工艺解决了传统工艺中絮凝不彻底的缺陷，使出水水质更趋设计预期，达到工艺要求。
（3）需要指出，由于絮凝后采用磁力吸附去除絮凝体而非沉定或过滤，故本工艺中改善了絮凝的效果，增大了絮凝体，但并非最终的絮凝颗粒越大对后续的处理效果越好，絮凝体本身质量大小与最终的处理效果有非常密切的关系。故在实际中絮凝体大小控制在什么样的范围内能使出水水质达到最佳有待进一步研究。
该工艺也可在轧钢含油污水处理系统中应用。
参考文献：
[1]国家环保总局.钢铁工业废水治理[M].北京:中国环境科学出版社，1992:259-265.
[2]肖丙雁.宝钢连铸浊循环水处理系统设计流程分析[J].宝钢技术，2001(4):19-23.
[3]陈常州，王俊，陈岩峰，等.连铸和热轧浊环水处理系统的短流程设计探讨[J].冶金动力，1997(4).
[4]周洪源.KMLZ斜板沉淀除油器在浊环水净化中的应用[J].云南冶金，2001，34(2):20-23.
[5]王喜良.KMLZ型斜板浓密机的原理及应用[J].金属矿山，1996(5):12-15.
[6]万小金.KMLZ型斜板浓密机沉降浓缩效果分析[J].金属矿山，2000(5):42-44.
[7]陈常州.连铸和热轧浊环水处理系统的改进措施[J].冶金动力，1995(5):47-52.
[8]孙福利，王俊.浅谈热轧浊环水除油问题[J].冶金动力，1995(3):10-16.
[9]孙福利.轧钢浊环水处理流程及除油方法的探讨[J].化工给排水设计，1998，29(1).
[10]严煦世、范瑾初.给水工程，1999.
注：文章內所有公式及图表请以PDF形式查看。