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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(guò)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(wàn)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(jiàn)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(jiàn)圖1。廠區(qū)各單元生產(chǎn)污廢水經(jīng)管網(wǎng)收集后,通過(guò)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(guò)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(guò)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(lái)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(lái)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(guò)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(guò)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(guò)濾器。自清洗過(guò)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(guò)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(guò)濾器設(shè)置4臺(tái),其過(guò)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(jiàn)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(lái)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(shuō)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(wèn)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(jiàn)表3。面對(duì)來(lái)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(guò)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(guò)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(guò)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(guò)氣洗+水洗模式,很好的保證膜組件中膜絲的過(guò)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)??紤]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(wàn)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(lái)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(wàn)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(lái)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(wú)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