冶金工业废水处理高效污废水净化装置
目前，许多工矿企业、冶金企业及市政给水处理系统中存在大量的高浊高悬浮物的污废水，如炼钢及轧钢生产线开式循环水系统、矿井废水与洗煤废水、给水厂滤池反洗水、地表水给水处理等。该类污废水往往得不到彻底有效的处理，对生产工艺、厂区及城市环境都造成一定程度的影响。虽然传统工艺及其升级产品(如高密度澄清池、一体化水净水器等)得到不断地研究与应用，但整体效果仍未能达到理想状况，存在占地面积大，能耗高，二次污染严重，运行管理费用高等缺点，制约了其市场应用。
高效污废水净化装置(HEWPD)是针对现有的高密度澄清池、一体化净水器、化学除油器及稀土磁盘等设备存在的不足而研发的一种新型技术及装备，该产品具有结构合理、工艺先进、性能优良，以及运行成本低、维护管理方便等特点，在处理高悬浮物含油污废水时，是传统工艺设施的理想替代品。本文对HEWPD工作原理、技术特点进行了介绍，并通过工程改造实例，从工艺流程、处理效果、经济技术等方面进行对比分析，HEWPD具有流程短、占地少、投资省、能耗低等优势。
1、HEWPD工作原理及技术特点
1.1 工作原理
针对高密度澄清池工作原理及其结构进行优化，在立体化密闭结构基础上，HEWPD设计旋流式及自耦式水力混合装置，采用负压自吸式污泥内回流技术，在高效去除原水悬浮物的同时，能有效降低出水溶解油的含量。
HEWPD关键技术主要通过以下方式实现：
①进水大颗粒水力分离的有效措施;
②混凝剂及絮凝剂的混合时间、空间及G值的控制;
③絮凝水体流道结构及填料的优选;
④污泥回流及排污控制;
⑤消除设备内部死角的影响。
HEWPD结构及工作原理见图1。
1.2 技术特点
1.2.1 旋流沉砂混合技术
HEWPD主体设备底部内置旋流预分离与混凝剂混合的独特结构，可完全代替砂水分离器与管道混合器的组合，在大尺寸砂粒及其它大颗粒进入设备主体之前得到去除的同时，将混凝剂在30～60s内快速混合均匀，以达到混合反应的最佳条件。
旋流预分离混合结构以离心沉淀原理为核心，整合无动力水力驱动与混合工艺，在实现自动排砂的同时对混凝剂混合G值进行调节。通过内置旋流预分离混合结构，在不增加系统占地的同时大幅降低设备成本，对不同药剂及不同原水水质有较强的适应性。
1.2.2 可调式旋转混合填料
原水在无需额外增加外部动力的情况下，利用水流通过特殊构造的填料，形成旋流、层流及紊流等多种流态，保证在混合阶段及絮凝阶段混合要求，使数种物料得到充分混合，能适应水流在较大范围内流量及流速的变化。由于没有额外的动力消耗，因此可省掉相应的搅拌机械，避免了后期电能的消耗及机械设备的维修及保养工作。
HEWPD系统主体设备顶部设置有竖流式多回转流道的絮凝剂混合结构，并且流道内采用不同性质及构造的混合填料，通过调节混合装置内填料的级配和数量，可实现不同水质对絮凝剂混合速度梯度的不同要求，并能在100~20s-1之间逐渐减小，达到絮凝反应的最佳工况。
1.2.3 自吸式污泥回流及高效浓缩技术
通过自吸式的污泥回流装置，将浓缩的污泥回流至絮凝区，形成稳定的污泥层，使絮凝后的水质更加稳定。同时，污泥斗内浓缩污泥经过不断回流，底层污泥浓度更高。经定期排出的污泥可直接加压至污泥脱水装置，而无需额外增加污泥浓缩池。
设备初期运行一定时间后在内部泥斗积存大量污泥，通过设备进水管道的负压自吸结构将含有大量药剂的浓缩污泥吸入絮凝区。在进水管路投加药剂的同时对部分污泥进行回流，增加了大颗粒凝结核的数量，有利于絮凝矾花的快速形成，从而节省了进水药剂的投加量。采用负压自吸结构的污泥回流技术无需设置污泥回流泵，不需要额外增加能耗。
1.3 技术优势
1.3.1 节省药剂
絮凝反应区中的污水在助凝剂和回流污泥的作用下，形成高浓度的悬浮泥渣层来增加颗粒碰撞机会，有效吸附胶体、悬浮物、乳化油及金属离子等污染物。同时采用污泥回流技术不仅可以节省药剂投加量，而且可使反应区内的悬浮固体浓度维持在最佳水平，从而达到优化絮凝反应的目的。
1.3.2 节省投资及运行成本
借助于污泥循环和投加聚合物，泥斗中的浓缩污泥浓度可以达到20～50g/L，而常规沉淀池污泥浓度一般仅为5～10g/L。污泥浓度的提高意味着污泥脱水系统规模减少、投资及运行成本降低，设备排污可直接提升至污泥脱水设备，而不需要单设污泥浓缩池。
1.3.3 节省污泥系统能耗
高效浊水净化装置密闭运行，承压排污，压力可达0.25MPa，可直接在排污管路设置污泥加压泵排至污泥脱水机，可降低污泥泵25～35m的扬程。
1.3.4 有效解决设备及排泥系统堵塞问题
采用承压排污，管路中的污泥流速可控，不易堵塞，且排污较为彻底，排污结束时，管路中的排污水污泥浓度较低，不易沉积在设备内部及管路中。设备内部水流死角区域接出排污及冲洗设施，定期对死角中的集泥清理排除，可有效解决设备内部构件及填料的堵塞问题。
2、工程应用
2.1 工程概况
某钢铁厂其中一条炼钢连铸生产线的直接冷却循环水系统规模为1500m3/h，循环水经化学除油器处理后水质仍然较差，悬浮物及油含量超标，影响产品质量，系统排污水量较大且二次污染严重。采用HEWPD进行改造后，缩短了工艺流程，其出水直接上塔，省去二次提升泵、热水池等。同时考虑机械设备、电气、仪表、土建等产生的总投资、占地、运行费用、维护费用，可以看出HEWPD系统的工程经济优势明显。本工程改造前后工艺流程见图2及图3。
2.2 应用效果
通过HEWPD系统对炼钢连铸循环水进行处理回用，大大减少了系统排污量，实现零排放，水质改善效果明显，改造前后系统进出水水质对比见表1。
2.3 经济技术分析
经过该设备处理后出水水质优于改造前，完全满足冶金行业炼钢及轧钢工艺浊环水系统设备用水要求，无需设置过滤器等设施。与高密度澄清池、化学除油器、稀土磁盘等典型水处理设施相比，本系统具有流程短、占地少、投资省、能耗低等优点，该工程采用HEWPD工艺与原工艺工程经济对比分析见图4。从图4可以看出，HEWPD工艺一次投资比传统工艺略高，但在工程占地、土建投资、运行费用等方面具有明显的优势。
3、结语
随着当今世界能源的日趋紧张，越来越多的水处理设备在节能降耗、提效增产方面日臻完善。高效浊水净化装置在水处理行业尤其在恶质水处理领域体现出优异的性能和成效。HEWPD系统针对工程应用中出现的各种问题，通过改进结构，优化系统，采用专用材料、专有技术和独特工艺等多项措施，减少了设备耗能，降低了废弃物排放量，提高了运行效率，达到了节能减排的目的，具有深远的经济效益和社会效益。
