鋼鐵工業(yè)綜合廢水處理回用工程探究

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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(jí)反滲透（RO）+二級(jí)RO+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(shí)際運(yùn)行結(jié)果表明，該工藝設(shè)計(jì)合理，運(yùn)行穩(wěn)定，實(shí)現(xiàn)了72%～80%的高回收率廢水回用；其中UF系統(tǒng)產(chǎn)水SDI15<2.5，一級(jí)RO、二級(jí)RO、EDI產(chǎn)水電導(dǎo)率分別為<30、<2.5、<0.06μS/cm，特別是其產(chǎn)水電阻>17MΩ•cm，達(dá)到GB/T6682－2008一級(jí)超純水水質(zhì)要求，其它各項(xiàng)產(chǎn)水指標(biāo)均能夠滿足不同生產(chǎn)單元對(duì)于不同品類水質(zhì)的需求，實(shí)現(xiàn)了廠內(nèi)分區(qū)分質(zhì)供水。

關(guān)鍵詞:鋼鐵工業(yè);綜合廢水;水處理;回用

鋼鐵工業(yè)是發(fā)展國(guó)民經(jīng)濟(jì)與國(guó)防建設(shè)的物質(zhì)基礎(chǔ)，也是衡量一個(gè)國(guó)家工業(yè)化的重要標(biāo)志，同時(shí)，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(zhǔn)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(qiáng)鋼鐵工業(yè)廢水的治理、注重循環(huán)利用，對(duì)于響應(yīng)國(guó)家節(jié)能減排政策，保護(hù)環(huán)境、提高企業(yè)綜合競(jìng)爭(zhēng)力，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)升級(jí)有著重要的意義［5］。某鋼鐵集團(tuán)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(fù)利用率、實(shí)現(xiàn)全廠廢水零排放，新建污水處理廠1座，采用預(yù)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(yù)處理單元、深度處理單元及配套輔助設(shè)施，設(shè)計(jì)處理水量為30×103m3/d。污水處理廠設(shè)計(jì)進(jìn)、出水指標(biāo)見表1。

2工藝流程

根據(jù)進(jìn)水水質(zhì)情況與出水水質(zhì)要求，污水廠采用的工藝流程見圖1。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(jìn)行除油，由污水提升泵供至調(diào)節(jié)池對(duì)水質(zhì)、水量進(jìn)行調(diào)節(jié)，后進(jìn)入高效沉淀池，投加藥劑使污水通過混合、反應(yīng)、絮凝、沉淀發(fā)揮除硬、澄清的作用，去除廢水中的大部分硬度及部分有機(jī)物，保證后續(xù)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。高效沉淀池出水調(diào)節(jié)pH后進(jìn)入V型濾池進(jìn)行過濾，進(jìn)一步去除水中的懸浮物（SS）和化學(xué)需氧量（COD）等，保證后續(xù)系統(tǒng)連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行。V濾濾池出水經(jīng)UF供水泵進(jìn)入超濾（UF）系統(tǒng)，進(jìn)一步降低進(jìn)水中的膠體、SS及COD等污染物。超濾產(chǎn)水經(jīng)一級(jí)反滲透（RO）供水泵進(jìn)入一級(jí)RO系統(tǒng)進(jìn)行預(yù)脫鹽，降低來水中的鹽分，一級(jí)RO采用1級(jí)2段式設(shè)計(jì)，一段產(chǎn)水供給二級(jí)RO用水，二段產(chǎn)水外供煉鐵煉鋼用戶。二級(jí)RO對(duì)一級(jí)RO來水進(jìn)行除鹽，進(jìn)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(jìn)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(jí)RO濃水及EDI濃水進(jìn)入工業(yè)新水池作為補(bǔ)充用水。

3主要構(gòu)筑物及設(shè)備參數(shù)

3.1預(yù)處理單元

預(yù)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(yù)處理產(chǎn)水池及輔助生產(chǎn)設(shè)施等構(gòu)成。1）格柵：格柵設(shè)置循環(huán)齒耙式中格柵2臺(tái)。單臺(tái)格柵渠道寬度1.5m，渠深約為6.4m，安裝角度75°，每臺(tái)格柵均設(shè)置1個(gè)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≥18h的調(diào)節(jié)量。實(shí)際生產(chǎn)中各水池分別處于進(jìn)水、混勻、供水狀態(tài)，實(shí)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(dǎo)率檢測(cè)判斷調(diào)節(jié)池均質(zhì)效果。3）高效反應(yīng)沉淀池：分為混凝區(qū)、反應(yīng)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(shè)計(jì)處理量35×103m3/d，共2座，每座都可單獨(dú)運(yùn)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)。4）V型濾池：V型濾池設(shè)置1座，共4格，處理水量34.46×103m3/d，單池有效過濾面積48m2。濾池的設(shè)計(jì)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(zhǎng)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(jí)RO、二級(jí)RO、EDI及輔助生產(chǎn)設(shè)施等構(gòu)成。1）UF：①板式換熱器。板式換熱器設(shè)置2臺(tái)，其熱源采用飽和蒸汽，具備將低溫原水升溫10℃的能力，控制出口水溫在20℃左右，保證超濾、反滲透系統(tǒng)的低能耗穩(wěn)定運(yùn)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(shí)可繼續(xù)產(chǎn)水，不影響后續(xù)設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行。自清洗過濾器設(shè)置4臺(tái)，其過濾精度為100μm。③UF裝置。8套UF裝置并聯(lián)設(shè)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(shè)計(jì)膜通量≤50L/(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0.1μm，膜面積50m2，具有耐污染、耐酸堿清洗等優(yōu)勢(shì)，最大進(jìn)水壓力0.4MPa，使用溫度1～40℃，pH耐受1～13。2）一級(jí)RO：一級(jí)二段式，共設(shè)置6套，產(chǎn)水量為150m3/h，回收率≥72%。一級(jí)RO膜選用BW30FR-400/34抗污染型反滲透膜。3）二級(jí)RO：二級(jí)RO設(shè)置3套，產(chǎn)水量173m3/h，回收率≥90%。二級(jí)反滲透膜選用BW30HRLE-440高壓反滲透膜。4）EDI：EDI設(shè)置3套，產(chǎn)水量為65m3/h，回收率≥92%。每套模塊數(shù)量為12塊，EDI裝置選用IP-LXM45ZEDI模塊。

4運(yùn)行效果

4.1處理水量

工程于2017年8月進(jìn)水調(diào)試，于2018年初完成項(xiàng)目驗(yàn)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(yùn)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(yùn)行期間，各單元水量及回收率見表2所示。由表2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(fù)荷波動(dòng)較大，系統(tǒng)也能很好地處理水量水質(zhì)的沖擊。一級(jí)RO單元、二級(jí)RO單元及EDI單元產(chǎn)水回收率均滿足設(shè)計(jì)要求，說明該工藝運(yùn)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(yù)處理后產(chǎn)水濁度<1NTU，預(yù)處理工藝很好地應(yīng)對(duì)了工業(yè)廢水水質(zhì)水量波動(dòng)大的問題；同時(shí)可以降低超濾膜污堵風(fēng)險(xiǎn)，有助于延長(zhǎng)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(yùn)行穩(wěn)定。污泥密度指數(shù)（SDI）是衡量膜進(jìn)水水質(zhì)的重要指標(biāo)，RO膜的進(jìn)水水質(zhì)要求SDI15<5，系統(tǒng)UF產(chǎn)水SDI15<2.5，顯著優(yōu)于RO膜對(duì)進(jìn)水水質(zhì)的要求，將有利于反滲透的長(zhǎng)期運(yùn)行。其他實(shí)際產(chǎn)水水質(zhì)見表3。面對(duì)來水水質(zhì)波動(dòng)大的狀況，由表3并對(duì)比表2可知，污水處理各單元實(shí)際產(chǎn)水水質(zhì)均高于設(shè)計(jì)出水水質(zhì)要求，表明了本工藝優(yōu)異的抗沖擊負(fù)荷能力。EDI產(chǎn)水（超純水）產(chǎn)水電阻率>17MΩ·cm，即電導(dǎo)率<0.06μS/cm，達(dá)到GB/T6682－2008一級(jí)超純水水質(zhì)要求［6］。

4.3工藝優(yōu)勢(shì)與特點(diǎn)

采用“預(yù)處理+深度處理”工藝處理鋼鐵工業(yè)綜合廢水，通過預(yù)處理工藝對(duì)后續(xù)深度處理膜系統(tǒng)單元穩(wěn)定運(yùn)行進(jìn)行保障，經(jīng)深度處理對(duì)綜合廢水進(jìn)行回用。4.3.1工藝特點(diǎn)。預(yù)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(shí)硬度、部分COD等，能夠降低后續(xù)深度處理單元膜污染風(fēng)險(xiǎn)。深度處理單元，針對(duì)UF、RO膜元件對(duì)水溫波動(dòng)的敏感性，在超濾進(jìn)水前設(shè)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(shí)也降低了反滲透的高壓泵運(yùn)行能耗；UF采用外壓恒流運(yùn)行、定期反洗和化學(xué)清洗的工藝設(shè)計(jì)，每套UF設(shè)置1臺(tái)進(jìn)水自動(dòng)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(fù)性能；一級(jí)RO采用1級(jí)2段分別出水，同時(shí)設(shè)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(jí)RO進(jìn)水，保證了后續(xù)二級(jí)RO產(chǎn)水水質(zhì)，且投資低、操作簡(jiǎn)便；一級(jí)RO工藝二段產(chǎn)水可外供為工業(yè)軟水、二級(jí)RO產(chǎn)水可外供為除鹽水、EDI產(chǎn)水則作為超純水外供，對(duì)整個(gè)鋼廠不同生產(chǎn)單位，實(shí)現(xiàn)按需分區(qū)分質(zhì)供水。4.3.2配置選型特點(diǎn)。考慮到綜合廢水水質(zhì)波動(dòng)性大、水質(zhì)復(fù)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(shì)，保證了系統(tǒng)長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行；針對(duì)不同工藝段進(jìn)水水質(zhì)特點(diǎn)和各用水水質(zhì)要求，有針對(duì)性選擇RO膜元件類型，一級(jí)RO裝置采用寬通道、抗污染苦咸水膜元件，二級(jí)RO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(yùn)營(yíng)成本，采用完善的自動(dòng)化檢測(cè)及控制系統(tǒng)，進(jìn)行集中操作和自動(dòng)控制，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化控制生產(chǎn)運(yùn)行。

5效益分析

工程總投資為7760萬元，工程在實(shí)際投運(yùn)后，處理1m3綜合廢水，可為企業(yè)節(jié)省排污費(fèi)及工業(yè)新水取水費(fèi)共3元/m3（其工業(yè)新水來自水庫(kù)水并經(jīng)初步預(yù)處理達(dá)標(biāo)后使用），每年可節(jié)約至少2300萬元（以目前70%處理負(fù)荷計(jì)）；同時(shí)經(jīng)反滲透和EDI生產(chǎn)的除鹽水、超純水外供生產(chǎn)則經(jīng)濟(jì)效益價(jià)值更高。工程投運(yùn)后為煉鐵煉鋼持續(xù)提供安全和高品質(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(dá)30×103m3/d，目前該企業(yè)生產(chǎn)生活需要當(dāng)?shù)赝獠克畮?kù)供水量約80～100kt/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(kù)淡水資源需求，也緩解了該沿海城市對(duì)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(yùn)行費(fèi)用主要包括動(dòng)力費(fèi)、藥劑費(fèi)、人工費(fèi)，其運(yùn)行成本為1.94元/m3，其中電耗為1.66kW·h/m3，電價(jià)為0.66元/(kW·h)，則電費(fèi)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(fèi)合計(jì)為0.77元/m3；污水處理廠設(shè)專職人員15人，按工資為4000元/（人·月）計(jì)算，折算后的人工費(fèi)用為0.07元/m3。

6結(jié)論

采用“預(yù)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(yùn)行穩(wěn)定、抗沖擊負(fù)荷能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。廢水經(jīng)預(yù)處理后，水中的懸浮物等得到較好的去除，預(yù)處理產(chǎn)水濁度<1NTU，保證了系統(tǒng)后續(xù)膜穩(wěn)定運(yùn)行。深度處理采用“超濾+一級(jí)反滲透+二級(jí)反滲透+EDI”等多膜法處理，對(duì)廢水實(shí)現(xiàn)了不同程度的脫鹽及高回收率回用，一級(jí)RO回收率>72%，二級(jí)RO與EDI回收率>90%，并實(shí)現(xiàn)了廠內(nèi)按需分區(qū)分質(zhì)供水，分別生產(chǎn)了軟水、除鹽水、超純水等回用水，能滿足不同用戶水質(zhì)要求，其中EDI產(chǎn)水達(dá)到GB/T6682－2008一級(jí)水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，成功為企業(yè)節(jié)約了水資源，提升了經(jīng)濟(jì)效益；“預(yù)處理+多膜法深度處理”工藝適用于鋼鐵類廢水的處理，是鋼鐵類綜合廢水實(shí)現(xiàn)廢水零排放的核心環(huán)節(jié)，對(duì)此類廢水處理實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排、資源化、無害化處理具有重要意義，有利于鋼鐵企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，值得在業(yè)內(nèi)進(jìn)一步推廣。

作者:王為民 郭彩榮 梁丹 張巖崗 單位:北京賽諾水務(wù)科技有限公司