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鋼鐵企業綜合廢水處理及回用工程實例

來源:作者:發表時間:2019-03-29 08:38:49

红龙德州app下载 摘 要:為實現廠區綜合廢水的零排放,某鋼鐵公司處理站采用高密度澄清池 +V 型濾池預處理與超濾 + 反滲透 +混床深度處理的組合工藝,將處理后的廢水全部回用于廠區不同用戶。工程運行結果表明,該綜合廢水處理站運行穩定、處理工藝合理,總硬度降低 98%以上,脫鹽率高于 97%,反滲透出水水質與混床出水水質分別滿足 HG/T 3923-2007 與 GB 1576-2008 的要求的要求。直接運行費用為 1.65 元 / m3,年收益 2 105 萬元,具有顯著的經濟效益與環境效益。

 
鋼鐵企業是工業用水大戶,屬于高耗水行業,約為全國工業總用水量的 20%[1]。水資源利用水平已成為制約鋼鐵企業生存和發展的重要因素[2-3]。因此,通過開發城市中水和廢水資源綜合利用技術,提高鋼鐵企業水資源利用效率,從而解決企業與城市爭奪地下水及地表水新水資源、廢水利用率低和用水工藝落后的問題,最終優化水資源配置,降低企業水資源成本,實現鋼鐵企業循環經濟與可持續性發展。唐山某鋼鐵公司位于北方缺水地區范圍內,根據生產發展用水需求,將全廠達標外排放的綜合廢水進行深度處理,以將產水全部回用于廠區內不同需水用戶,包括循環冷卻水系統補水及鍋爐給水。以實現全廠綜合廢水的零排放。
 
1 工程概況
綜合廢水來源于煉鐵、煉鋼和軋鋼等工藝循環冷卻水系統的排廢水及少量生活污水,主要含油類、懸浮物、硬度及無機鹽類等污染物,具有總硬度、電導率及含鹽量高的特點。綜合廢水處理站設計處理水量 40×103 m3/d,廢水經預處理工藝后部分出水(水量約 20×103 m3/d)直接用于生產濁循環水系統的補水,另一部分出水進入后續深度處理裝置(最大產水量為 14.4×103 m3/d);深度處理后的除鹽水,其中一部分供給轉爐氧槍、連鑄結晶器等循環水系統,一部分與新水混合作為全廠補充水,另外一部分經混床制成純水(最大純水量約 4.8×103 m3/d),作為補給水供給熱電工程中的鍋爐。
 
2 設計進出水質
廠區綜合廢水全部排入廠區河,考慮河道的調節作用,綜合廢水處理站設計進水和預處理、反滲透及混床處理工藝的出水水質見表 1。
設計進水及各工藝段出水水質
3 工藝流程
根據綜合廢水水質特點及廠區不同用戶對回用水水質的要求,綜合廢水處理站采用高密度澄清池、V 型濾池預處理工藝,主要去除懸浮物、油類、暫時硬度和堿度[4-5];采用國內技術先進、運行穩定可靠的超濾、反滲透、混床深度處理工藝,進一步去除懸浮物、膠體物質及可溶性鹽分[4-7]。具體處理工藝流程如圖 1 所示。
綜合廢水處理工藝流程
3.1 預處理
廠區綜合廢水排至廠區河,首先進入格柵間,格柵間設有機械自動格柵除污機以去除水中大顆粒雜物。格柵間出水由提升泵經配水井均勻分配后送至高密度澄清池進行混合、絮凝、沉淀、澄清處理。高密度澄清池由 5 部分組成,按工藝流程順序分別為前混凝反應池、絮凝反應池、沉淀 - 濃縮池和后混凝反應池。
 
前混凝反應池投加石灰乳、混凝劑以去除水中的懸浮固體及油,并使水中懸浮物、膠體物質形成細小礬花便于后續絮凝反應。石灰乳的投加不僅能夠去除部分暫時硬度,還可以防止后續沉淀池與濾池中藻類的繁殖生長。前混凝反應池出水經手動調節溢流堰進行分配,以重力流方式進入絮凝反應池。絮凝反應池由 1 個混合池和 1 個非混合池構成,混合池通過變速泵控制回流污泥強化絮凝反應;非混合池能夠快速形成較大的、均勻的礬花,同時投加碳酸鈉用于去除水中的永久硬度。
 
絮凝反應池出水進入沉淀 - 濃縮池,實現泥水分離,并對沉淀污泥進行濃縮,一部分污泥回流至絮凝反應池,剩余污泥排至污泥處理段。沉淀 - 濃縮池出水進入后混凝反應池,池內投加混凝劑以提高后續濾池過濾效果,同時投加硫酸以調節 pH。后混凝反應池出水經配水堰板均勻進入V 型濾池,通過石英砂濾料進一步去除水中殘留懸浮物、膠體物質。V 型濾池出水進入清水池,部分出水作為生產濁循環水系統補水回用,另一部分出水進入深度處理裝置。為防止夏季藻類繁殖,向清水池投加次氯酸鈉溶液消毒。
 
3.2 深度處理
清水池部分出水經過濾器增壓泵提升至多介質過濾器中,進一步去除水中細小懸浮顆粒物和膠體物質,以減輕后續處理設備負荷,延長超濾膜使用壽命,增加系統產水能力。多介質過濾器出水經自清洗過濾器后進入超濾系統進一步過濾,自清洗過濾器去除水中大分子物質和顆粒,以避免大顆粒物堵塞超濾膜,為后續反滲透提供更安全可靠的進水。
 
超濾產水進入保安過濾器去除水中的微小懸浮物、膠體物質及微生物,防止反滲透膜被污染。保安過濾器出水進入一級反滲透系統,脫除水中的可溶性鹽分及大分子有機物。反滲透產水進入反滲透產水池,一部分由外送泵送至各生產車間作為循環水或補充水使用,另一部分經混床的混合離子交換器進一步降低水中含鹽量,形成純水供鍋爐補水系統使用。反滲透濃縮水進入沖渣池用于高爐沖渣補充水。
 
4 主要構筑物及設計參數
4.1 格柵間及提升泵站
格柵間設置格柵渠道 2 條,單渠道過水能力 875m3/h。每條渠道安裝粗、細兩道機械自動格柵除污機,粗格柵柵條間隙 25 mm,細格柵柵條間隙 10 mm。為格柵檢修方便,每條渠道進出口各設置手動閘板閥 1 臺。
 
提升泵站設 4 臺潛水提升泵(3 用 1 備),體積流量 qV=583 m3/h,揚程 H=16 m。水泵出口干管設 1臺電磁流量計和 1 臺壓力傳感器分別對流量、壓力進行監測。
 
4.2 高密度澄清池
前混凝反應池 2 座,鋼筋混凝土結構,設快速攪拌機各 1 臺,單臺功率 4 kW。快速攪拌機用于進水與石灰乳、混凝劑的快速混合反應,提高混凝效果。絮凝反應池 2 座,鋼筋混凝土結構,設絮凝攪拌機 2 臺,單臺功率 11 kW。沉淀 - 濃縮池 2 座,鋼筋混凝土結構,單池斜管面積 72 m2,斜管上升流速 12 m/h;設刮泥機 2 臺,單臺功率 1.5 kW;污泥外排泵與污泥回流泵各設螺桿泵 3 臺(2 用 1 備),qV=40 m3/h,H=20 m。后混凝反應池 1 座,鋼筋混凝土結構,配套快速攪拌機 1 臺,單臺功率 1.1 kW。
 
4.3 V 型濾池
V 型濾池 3 座,鋼筋混凝土結構,每座濾池分 2格,單格尺寸 12 m×4 m,石英砂濾層厚度 1.5 m,正常濾速 7.8 m/h。反沖洗水泵設 3 臺離心泵(2 用 1備),qV=580 m3/h,H=8 m;羅茨風機 3 臺(2 用 1 備),qV=2 120 m3/h,功率 55 kW。
 
4.4 多介質過濾器
D3.2 m 立式多介質過濾器 10 臺,碳鋼襯膠材質,內部濾料為粒徑 0.4~0.6 mm 的精制石英砂及粒徑 0.8~1.2 mm 的無煙煤,濾料層高度 1 000~1 200mm。單臺處理能力 80 m3/h,過濾速度 7~10 m/h,水、氣反洗強度分別為 13~16、18~25 L/(m·2 s)。
 
4.5 超濾系統
自清洗過濾器 2 套,qV =450 m3/h,過濾精度 500μm。組合體超濾裝置 4 套,單套處理能力 220 m3/h,每套 52 支超濾膜。超濾膜采用坎普爾的外壓式中空纖維式膜元件,材質為聚偏氟乙烯(PVDF)。單支膜表面積 70 m2,懸浮物、膠體物質及微生物的去除率達 98%。主要配套設備有反洗水泵、壓縮空氣用儲氣罐、清洗裝置及加藥裝置。
 
4.6 反滲透系統
一級反滲透裝置 4 套,每套反滲透設計產水量150 m3/h。主要配套設備包括反滲透增壓泵、保安過濾器、高壓泵、還原劑加藥裝置、沖洗水泵、阻垢劑加藥裝置、清洗裝置和殺菌劑加藥裝置。反滲透增壓泵采用臥式離心泵 4 臺,qV =200m3/h,H=20 m;保安過濾器 8 臺,qV =100 m3/h,精度 5μm,小流量濾芯,每臺 50 支濾芯;高壓泵采用臥式離心泵 4 臺,qV =200 m3/h,H=150 m;反滲透沖洗水泵采用臥式離心泵 1 臺,qV=160 m3/h,H=30 m。
 
4.7 混床系統
混床系統設備包括混床增壓泵、混床和混床再生裝置。混床增壓泵采用臥式離心泵 3 臺 (2 用 1備),qV =120 m3/h,H=30 m;混床采用 D1 250 mm 的逆流再生混合離子交換器 4 臺(3 用 1 備),單臺產水量 60 m3/h;混床再生裝置主要有酸堿貯罐、再生水泵、酸堿噴射器、酸堿計量箱、卸酸堿泵等。
 
4.8 污泥脫水間
污泥脫水間設過濾面積 300 m2 的自動板框壓濾機 2 臺,安裝功率 11 kW,泥餅固體的質量濃度35%;污泥儲池設置 2 座,單池有效容積 120 m3,為防止污泥沉淀,每池設置 1 臺立式攪拌機,單臺功率11 kW。
 
5 運行效果
綜合廢水處理及回用工程投產后,運行穩定,產水連續外供,水質可靠。某 1 個月的運行效果如圖2~圖 4 所示。
系統進出水總硬度變化超濾系統進出水濁度變化反滲透系統除鹽效果
由圖 2 可知,該廢水處理站進水總硬度較高,在580~750 mg/L 波動。經混凝、過濾的預處理工藝去除了部分硬度,其出水硬度在 285~350 mg/L,硬度降低 50%左右。預處理出水經超濾和反滲透系統進一步降低硬度,反滲透出水總硬度平均為 7.44 mg/L,低于 HG/T 3923-2007 的要求的 10 mg/L[8]。該處理系統總硬度降低 98%以上。
 
由圖 3 可知,該廢水處理站進水濁度平均為 30.3NTU。經高效澄清池的機械混合、機械絮凝、斜管沉淀工藝和 V 型濾池、多介質過濾器預處理,廢水中大部分懸浮物、膠體物質被去除,使超濾系統進水濁度平均為 3.1 NTU。經超濾膜的進一步過濾,超濾出
水濁度低于 0.5 NTU,遠低于 HG/T 3923-2007 中規定的濁度≤10 的要求。這樣為后續反滲透裝置的安全穩定運行提供了保證。
 
由圖 4 可知,反滲透系統進水電導率波動在 2.7~3.4 mS/cm,反滲透膜在外力作用下去除水中絕大部分的可溶性鹽分,出水電導率為 0.06~0.105 mS/cm,脫鹽率高于 97%。
 
6 經濟效益分析
工程總投資 9 005 萬元,其中土建費用 3 767萬元,設備購置及安裝費用 4 978 萬元,其他費用 260萬元。
 
綜合廢水處理系統運行成本主要包含電費、藥劑費和人工費。年耗電量 12.52 GW·h,按電價 0.51 元 /(kW·h)計,電費 17 496 元 /d;化學藥劑費用 44 474元 /d;壓縮空氣、氮氣等介質費用 1 095 元 / d;操作人員、維護人員合計費用 3 083 元 / d。廢水處理運行成本合計為 66 148 元 /d,按綜合廢水處理量 40×103m3/d 計,廢水處理系統的運行成本為 1.65 元 /m3。
 
綜合廢水處理站投產后,按中水取水費 1.5元 /m3、除鹽水取水費 5 元 /m3 和純水取水費 7.5 元 /m3 計算,年生產中水收益 1 095 萬元,除鹽水收益 2 628萬元,純水收益 1 314 萬元,年總收益 5 037 萬元。每年直接運行費用 2 409 萬元、設備維護費用 127 萬元、設備折舊及其他費用 396 萬元,年總支出費用 2 932萬元,則每年可節約費用 2 105 萬元。
 
7 結 論
鋼鐵公司綜合廢水處理站采用高密度澄清池 +V 型濾池與雙膜法 + 混床的組合處理工藝對綜合廢水進行深度處理和回用,處理效果良好,預處理出水水質達到中水水質要求,其用于濁循環水系統的補水;反滲透產生的除鹽水水質達到 HG/T 3923-2007的要求,其用于轉爐氧槍、連鑄結晶器等循環水系統及與新水混合作為全廠補充水;混床產生的純水水質達到 GB 1576-2008 的要求,其用于鍋爐補給水。該廢水處理站的運行降低了廠區生產新水、除鹽水及純水取水量,運行成本為 1.65 元 /m3,年節約費用 2 105 萬元。工程的實施實現了工業廢水零排放,消除了工業廢水對社會環境的影響,提升了企業廠區環境質量,可為其他鋼鐵企業廠區綜合廢水的處理回用提供借鑒。