鋼鐵工業(yè)綜合廢水處理回用工程探究

鋼鐵工業(yè)綜合廢水處理回用工程探究摘要:為提高廠區(qū)廢水水資源利用率，某鋼鐵公司采用“格柵+高效沉淀池+V型濾池+超濾(UF)+一級反滲透(R0)+二級R0+電去離子(EDI)”工藝處理和再生回用其生產(chǎn)綜合廢水，產(chǎn)水有軟水、除鹽水和超純水等。實際運行結(jié)果說明，該工藝設計合理，運行穩(wěn)定，實現(xiàn)了72%?80%的高回收率廢水回用；其中UF系統(tǒng)產(chǎn)水SDH5V2.5,一級RO、二級RO、EDI產(chǎn)水電導率分別為＜30、＜2.5、＜0.06uS/cm,特別是其產(chǎn)水電阻＞17MQ?cm,到達GB/T6682—2008一級超純水水質(zhì)要求，其它各項產(chǎn)水指標均能夠滿足不同生產(chǎn)單元對于不同品類水質(zhì)的需求，實現(xiàn)了廠內(nèi)分區(qū)分質(zhì)供水。關鍵詞:鋼鐵工業(yè)；綜合廢水；水處理;回用鋼鐵工業(yè)是開展國民經(jīng)濟與國防建設的物質(zhì)基礎，也是衡量一個國家工業(yè)化的重要標志，同時，鋼鐵工業(yè)也是生產(chǎn)用水大戶［1-2］。鋼鐵工業(yè)從原料準備到鋼鐵冶煉以至于成品軋制的全過程都需要大量的水，且鋼鐵工業(yè)廢水產(chǎn)生量大，污染面積廣［3-4］。因此，加強鋼鐵工業(yè)廢水的治理、注重循環(huán)利用，對于響應國家節(jié)能減排政策，保護環(huán)境、提高企業(yè)綜合競爭力，實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)升級有著重要的意義［5］。某鋼鐵集團公司鋼鐵精品基地年產(chǎn)商品鋼材790萬噸。為節(jié)能減排、合理利用水資源、提高廠區(qū)水系統(tǒng)重復利用率、實現(xiàn)全廠廢水零排放，新建污水處理廠1座，采用預處理+多膜法深度處理工藝，接納處理并回用廠區(qū)所產(chǎn)生的綜合廢水。本文介紹分析此污水處理廠工程。1廢水水量與水質(zhì)污水處理廠工程主要包括預處理單元、深度處理單元及配套輔助設施，設計處理水量為30X103m3/d。污水處理廠設計進、出水指標見表1。2工藝流程根據(jù)進水水質(zhì)情況與出水水質(zhì)要求。廠區(qū)各單元生產(chǎn)污廢水經(jīng)管網(wǎng)收集后，通過格柵攔截大顆粒漂浮物，經(jīng)除油池進行除油，由污水提升泵供至調(diào)節(jié)池對水質(zhì)、水量進行調(diào)節(jié)，后進入高效沉淀池，投加藥劑使污水通過混合、反響、絮凝、沉淀發(fā)揮除硬、澄清的作用，去除廢水中的大局部硬度及局部有機物，保證后續(xù)系統(tǒng)穩(wěn)定運行。高效沉淀池出水調(diào)節(jié)pH后進入V型濾池進行過濾，進一步去除水中的懸浮物（SS）和化學需氧量（COD）等，保證后續(xù)系統(tǒng)連續(xù)穩(wěn)定運行。V濾濾池出水經(jīng)UF供水泵進入超濾（UF）系統(tǒng)，進一步降低進水中的膠體、SS及COD等污染物。超濾產(chǎn)水經(jīng)一級反滲透（R0）供水泵進入一級R0系統(tǒng)進行預脫鹽，降低來水中的鹽分，一級R0采用1級2段式設計，一段產(chǎn)水供給二級R0用水，二段產(chǎn)水外供煉鐵煉鋼用戶。二級R0對一級R0來水進行除鹽，進一步降低水中的鹽分，其產(chǎn)水供電去離子（EDI）裝置及焦化用戶。EDI裝置用于深度除鹽，進一步去除水中的鹽分，使得產(chǎn)水滿足業(yè)主高壓鍋爐用水要求。二級R0濃水及EDI濃水進入工業(yè)新水池作為補充用水。3主要構(gòu)筑物及設備參數(shù)1預處理單元預處理單元由格柵、除油池、集水井、調(diào)節(jié)池（事故池）、高效沉淀池、V型濾池、預處理產(chǎn)水池及輔助生產(chǎn)設施等構(gòu)成。1）格柵：格柵設置循環(huán)齒耙式中格柵2臺。單臺格柵渠道寬度1.5m,渠深約為6.4m,安裝角度75°,每臺格柵均設置1個柵渣斗。2）調(diào)節(jié)池（事故池）：調(diào)節(jié)池（事故池）三池合建，有效容積218h的調(diào)節(jié)量。實際生產(chǎn)中各水池分別處于進水、混勻、供水狀態(tài)，實現(xiàn)階段性均質(zhì)、均量供水,為后工序生產(chǎn)創(chuàng)造良好條件，通過水池中的電導率檢測判斷調(diào)節(jié)池均質(zhì)效果。3）高效反響沉淀池：分為混凝區(qū)、反響區(qū)、澄清區(qū)、出水pH調(diào)節(jié)區(qū)，澄清區(qū)采用斜管沉淀。其設計處理量35X103m3/d,共2座，每座都可單獨運行。其沉淀段入口流速〉50m/h,斜管澄清區(qū)上升流速〈12m/h,污泥循環(huán)系數(shù)為0.01?0.05,流量可調(diào)。V型濾池：V型濾池設置1座，共4格，處理水量34.46X103m3/d,單池有效過濾面積48m2。濾池的設計濾速〈7.50m/h；濾料為單層均質(zhì)海砂；濾池配水配氣系統(tǒng)選用長柄濾頭，采用氣水反沖洗。3.2深度處理單元深度處理單元由UF、一級R0、二級RO、EDI及輔助生產(chǎn)設施等構(gòu)成。1）UF：①板式換熱器。板式換熱器設置2臺，其熱源采用飽和蒸汽，具備將低溫原水升溫10C的能力，控制出口水溫在20C左右，保證超濾、反滲透系統(tǒng)的低能耗穩(wěn)定運行。②自清洗過濾器。自清洗過濾器用在超濾裝置前去除大顆粒，防止劃傷、污堵超濾膜元件。過濾器在反洗的同時可繼續(xù)產(chǎn)水，不影響后續(xù)設備的穩(wěn)定運行。自清洗過濾器設置4臺，其過濾精度為100um。③UF裝置。8套UF裝置并聯(lián)設置，每套出力156m3/h,每套安裝70支有效面積50m2的膜組件。UF膜的設計膜通量W50L/(m2-h),水回收率＞90%。污水處理廠采用北京某公司的熱法UF膜，膜材料為PVDF,平均膜孔徑0.1urn,膜面積50m2,具有耐污染、耐酸堿清洗等優(yōu)勢，最大進水壓力0.4MPa,使用溫度1?40℃,pH耐受1?13。2)一級R0：一級二段式，共設置6套，產(chǎn)水量為150m3/h,回收率272也一級R0膜選用BW30FR-400/34抗污染型反滲透膜。3)二級R0：二級RO設置3套，產(chǎn)水量173m3/h,回收率》90%。二級反滲透膜選用BW30HRLE-440高壓反滲透膜。4)EDI：EDI設置3套，產(chǎn)水量為65m3/h,回收率292%。每套模塊數(shù)量為12塊，EDI裝置選用IP-LXM45ZEDI模塊。4運行效果4.1處理水量工程于2017年8月進水調(diào)試，于2018年初完成工程驗收并移交用戶。污水廠24h連續(xù)穩(wěn)定產(chǎn)水狀態(tài)，系統(tǒng)運行情況穩(wěn)定，各處理單元產(chǎn)水水質(zhì)優(yōu)良，滿足出水用戶水質(zhì)要求。調(diào)試運行期間，各單元水量及回收率可知，即使污水廠深度處理單元的處理水量受用戶用水需求及來水水量負荷波動較大，系統(tǒng)也能很好地處理水量水質(zhì)的沖擊。一級R0單元、二級R0單元及EDI單元產(chǎn)水回收率均滿足設計要求，說明該工藝運行穩(wěn)定，適用于鋼鐵冶金類工業(yè)廢水。4.2水質(zhì)分析綜合廢水在經(jīng)預處理后產(chǎn)水濁度〈1NTU,預處理工藝很好地應對了工業(yè)廢水水質(zhì)水量波動大的問題；同時可以降低超濾膜污堵風險，有助于延長超濾使用壽命；經(jīng)UF處理后出水濁度〈0.1NTU,濁度去除率＞99%,且系統(tǒng)運行穩(wěn)定。污泥密度指數(shù)(SDI)是衡量膜進水水質(zhì)的重要指標，R0膜的進水水質(zhì)要求SDH5V5,系統(tǒng)UF產(chǎn)水SDH5V2.5,顯著優(yōu)于RO膜對進水水質(zhì)的要求，將有利于反滲透的長期運行。其他實際產(chǎn)水水質(zhì)見表3。面對來水水質(zhì)波動大的狀況，由表3并比照表2可知，污水處理各單元實際產(chǎn)水水質(zhì)均高于設計出水水質(zhì)要求，說明了本工藝優(yōu)異的抗沖擊負荷能力。EDI產(chǎn)水（超純水）產(chǎn)水電阻率>17MQ-cm,即電導率<0.06uS/cm,到達GB/T6682—2008一級超純水水質(zhì)要求［6］。3工藝優(yōu)勢與特點采用“預處理+深度處理”工藝處理鋼鐵工業(yè)綜合廢水，通過預處理工藝對后續(xù)深度處理膜系統(tǒng)單元穩(wěn)定運行進行保障，經(jīng)深度處理對綜合廢水進行回用。3.1工藝特點。預處理工藝中通過前端原水加氯殺菌、高效沉淀池加石灰除硬和殺菌、V型濾池過濾等，可很好地抑制微生物滋生，降低了原水中的懸浮物（藻類）、暫時硬度、局部COD等，能夠降低后續(xù)深度處理單元膜污染風險。深度處理單元，針對UF、R0膜元件對水溫波動的敏感性，在超濾進水前設置板式換熱器，可充分利用鋼廠的余熱蒸汽，保證后續(xù)膜系統(tǒng)穩(wěn)定生產(chǎn)；同時也降低了反滲透的高壓泵運行能耗；UF采用外壓恒流運行、定期反洗和化學清洗的工藝設計,每套UF設置1臺進水自動調(diào)節(jié)閥，保證UF產(chǎn)水量恒定，反洗通過氣洗+水洗模式，很好的保證膜組件中膜絲的過濾性能和可恢復性能；一級R。采用1級2段分別出水，同時設置1段產(chǎn)水背壓閥恒定1段產(chǎn)水流量，其中水質(zhì)更好的一段產(chǎn)水供二級R0進水，保證了后續(xù)二級R0產(chǎn)水水質(zhì)，且投資低、操作簡便；一級R0工藝二段產(chǎn)水可外供為工業(yè)軟水、二級R0產(chǎn)水可外供為除鹽水、EDI產(chǎn)水那么作為超純水外供，對整個鋼廠不同生產(chǎn)單位，實現(xiàn)按需分區(qū)分質(zhì)供水。3.2配置選型特點?？紤]到綜合廢水水質(zhì)波動性大、水質(zhì)復雜，選用了熱致相法制備的PVDF外壓式UF膜元件，具有耐污染、耐酸堿清洗等優(yōu)勢，保證了系統(tǒng)長時間運行；針對不同工藝段進水水質(zhì)特點和各用水水質(zhì)要求，有針對性選擇R0膜元件類型，一級R0裝置采用寬通道、抗污染苦咸水膜元件，二級R0裝置采用大通量、高脫鹽苦咸水膜元件；污水處理廠布置緊湊合理，降低了工程投資及生產(chǎn)運營本錢，采用完善的自動化檢測及控制系統(tǒng),進行集中操作和自動控制,實現(xiàn)了自動化控制生產(chǎn)運行。5效益分析工程總投資為7760萬元，工程在實際投運后，處理lm3綜合廢水，可為企業(yè)節(jié)省排污費及工業(yè)新水取水費共3元/m3（其工業(yè)新水來自水庫水并經(jīng)初步預處理達標后使用），每年可節(jié)約至少2300萬元（以目前70%處理負荷計）；同時經(jīng)反滲透和EDI生產(chǎn)的除鹽水、超純水外供生產(chǎn)那么經(jīng)濟效益價值更高。工程投運后為煉鐵煉鋼持續(xù)提供平安和高品質(zhì)的生產(chǎn)用水，其中煉鐵、煉鋼、發(fā)電等所用的除鹽水、超純水，均100%來自污水廠的廢水回用，整體污水廠處理的廢水最高可達30X103m3/d,目前該企業(yè)生產(chǎn)生活需要當?shù)赝獠克畮旃┧考s80?100kt/d,而污水廠的建成投產(chǎn)，將該水量降低至60?80kt/d,成功降低了該企業(yè)自身約20%?25%的水庫淡水資源需求，也緩解了該沿海城市對淡水需求的缺口，具有良好的環(huán)境效益。污水處理廠日常運行費用主要包括動力費、藥劑費、人工費，其運行本錢為1.94元/m3,其中電耗為1.66kW?h/m3,電價為0.66元/（kW?h）,那么電費為1.10元/m3；污水廠藥劑主要有次氯酸鈉、聚合氯化鋁（PAC）、聚丙烯酰胺（PAM）、硫酸、石灰、鹽酸、氫氧化鈉、阻垢劑、還原劑、非氧化殺菌劑等，藥劑費合計為0.77元/m3；污水處理廠設專職人員15人，按工資為4000元/（人?月）計算，折算后的人工費用為0.07元加3。6結(jié)論采用“預處理+深度處理”的組合工藝處理鋼鐵企業(yè)綜合廢水，具有處理效果好、系統(tǒng)運行穩(wěn)定、抗沖擊負荷能力強等優(yōu)點。廢水經(jīng)預處理后，水中的懸浮物等得到較好的去除，預處理產(chǎn)水濁度〈1NTU,保證了系統(tǒng)后續(xù)膜穩(wěn)定運行。深度處理采用“超濾+一級反滲透+二級反滲透+EDI”等多膜法處理，對廢水實現(xiàn)了不同程度的脫鹽及高回收率回用，一級R0回收