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本文分析了湘钢外排废水的水质状况,通过烧杯静态试验确定了石灰-苏打法去除废水的碱度和硬度、有机(PAM)-无机(PFS)复合/复配型混凝药剂法脱除废水中悬浮物的钢铁企业外排废水处理工艺,并对药剂成本进行了分析和优化。在流体力学的基础上,利用反应器原理和絮凝动力学微涡旋理论设计了新型高效的混凝模型反应器和为反应器设置了适当的扰流装置,动态模型试验为湘钢实际废水循环回用工程设计提供最佳工艺流程和技术参数。试验结果表明:湘钢炼铁口和工农闸混合废水处理的关键工序为:石灰-苏打PFS+PAM↓↓外排废水—→除硬除碱—→机械/水力混和—→絮凝反应—→沉降处理每m~3废水的药剂消耗为:含量为90%的工业熟石灰18.5～27.75g;含量为99%的工业碳酸钠39.75g;工业聚合硫酸铁3 g;含量98%的工业硫酸(配制聚铁溶液时调整酸度用)4.752g;分子量为500～1800万的PAM0.5～2.0g,处理过程的药剂总成本可以控制在0.07～0.10元/ m3废水的范围。模型反应器的水力条件对水处理的效果影响最大,其次沉淀过程沉淀时间的选择也将较大地影响废水处理效果,计算得到最佳水力条件下的GT值为32241.6(混合)和2688.1(反应);对应的Re值为2.693×10~4(混合)和3.85×10~3(反应)当两个外排口的混合废水中悬浮物浓度<150 mg/L时,沉淀池设计采用75分钟停留时间,可以使混凝沉淀后的废水中悬浮物浓度≤31.5mg/L。本文在相似理论的基础上对模型试验进行了初步的探讨,比较各种混凝剂的混凝效果和用量表明:选择本模型反应器进行药剂的混合和反应,结果与烧杯试验的效果基本一致,同时还具有节能降低运行费用的特点,在烧杯试验处理率为90%的同等条件下,本模型的混凝剂投加量与其基本相当。把反应器原理用于模型混凝池运行状况评价,利用反应器原理中停留时间分布和纵向扩散模型(PFD)来分析混凝池的返混,以判断絮凝池偏离理想反应器的程度,这可以作为一种评价絮凝池运行状况的可行方法。新型模型反应器的分散数D/UL(1/Pe)在0.08～0.1之间,说明该模型絮凝池接近于PF推流型反应器,池子内返混程度较小,水流引起的短流等影响较弱。本文提出了分散数D/UL(1/Pe)这一宏观控制指标可以从另一个角度反映絮凝池性能的差异,再结合池内絮凝体矾花形成的情况可以作为絮凝效果评价指