寶鋼集團南通鋼鐵有限公司全廠工業污水回收及利用項目水處理工藝介紹
來源：上海寶鋼工程技術有限公司 閱讀：3588 更新時間：2009-08-04 14:181.前言
寶鋼集團南通鋼鐵有限公司根據集團產品的發展規劃以及公司的總體規劃，進行產品結構調整和配套工程建設，簡稱寶通工程。該工程對冶煉工序進行技術改造，建設1座100t直流電爐、1座100t LF爐、1座100t雙工位VD爐、1套散狀料系統、1臺Φ400的圓坯連鑄機，年產碳鋼圓坯60萬t，并配套建設相關的供配電(總降改造)及公輔設施(包括鍋爐房、水處理站、倉庫、球罐區、檢化驗設施等)。
2.全廠給排水現狀及面臨的問題
公司已有工業新水處理站、污水處理站。全廠工業用新水取自公司西側運河地表水，經過工業新水處理站處理后，供公司工業水總管網，作各工藝單元(燒結、煉鐵、煉鋼、軋鋼、制氧等)的工業凈循環水系統補充水用。全公司污水集中回流至污水處理站，經處理后供各工藝單元及消防水系統等，多余的處理后的污水排放至通揚運河。
寶通工程建設完成后，將提出新的工業新水、回用水、純水用水以及工業污水排水的要求。原有的工業新水處理站、污水處理站已經滿負荷運轉，必須建設新的水處理站。同時，根據《鋼鐵工業水污染物排放標準》和環保部門的相關要求，應實現總排放口的零排放[1]。
為實現總排放口零排放，本工程實施將新建工程所產生的工業污水制成純水和工業新水供生產使用。
3.工業污水處理及純水和工業新水制取工藝
3.1工業污水處理工藝
工業污水處理工藝流程為：
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工業污水以壓力流進入調節池。調節池分為兩格，兼有工作池和事故池的功能，每格調節池內設潛水攪拌機。調節池內投加混凝劑、石灰等。
調節池出水采用潛水泵提升，將水送澄清池。澄清池內設中心傳動刮泥機。工業污水在澄清池內混凝、沉淀，降低水中懸浮物含量、鈣鎂離子含量以及鐵錳離子含量。澄清池上清液出水至中間水池，底部污泥排至污泥槽，再以潛污泵加壓送污泥處理設施集中處理。
澄清池上清液出水至中間水池，調節pH值后，通過潛水泵輸送到高效流砂過濾器過濾。高效流砂過濾器采用升流式流動床過濾原理和單一均質濾料，過濾與洗砂同時進行，24h連續自動運行，無須停機反沖洗，巧妙的提砂和洗砂結構代替了傳統大功率反沖洗系統，能耗極低，系統無須維護和看管，管理簡便。流砂過濾器可進一步降低水中SS的含量、鈣鎂和鐵錳的含量。
過濾器出水進入后續濾后水池。濾后水池不僅儲存前序砂濾器出水，同時也有原廠區回用水和工業新水補入，作為純水制取的原水使用。濾后水池內設潛水泵，濾后水池出水經壓力提升后送活性炭過濾器過濾。
活性炭過濾器可有效去除水中的COD物質、余氯和膠體硅。活性炭過濾器定期反沖洗，反沖洗排水回水至調節池。活性炭過濾器出水以余壓至后續設施進行進一步的深度脫鹽處理。
由于工業污水量無法完全滿足后序水處理工藝制取純水和工業新水的要求，在濾后水池須補充廠區內已有回用水。
3.2純水和工業新水制取工藝
純水和工業新水的制取采用雙膜法水處理工藝(即UF+RO)，純水和工業新水制取的具體工藝流程為：
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工業污水經處理后的出水以壓力流進入純水制取設施原水水池，投加殺菌劑，由超濾給水泵加壓，經板式換熱器(氣溫下降時使用)、自清洗過濾器，再經過超濾裝置進入超濾水池。超濾裝置平時設反洗，定期采用酸堿化學清洗。
超濾水池出水經一級RO給水泵加壓，再投加還原劑、阻垢劑后，經過保安過濾器后，再以一級RO高壓給水泵加壓，送一級RO裝置；一級RO出水經PH調節(酸堿加藥裝置)送入中間水池；中間水池出水經二級RO高壓給水泵加壓，送二級RO裝置，出水進入純水水池。
超濾反沖洗排水回水至工業污水處理設施調節池，一級RO濃鹽水、RO的化學清洗廢水送反滲透濃水池后外用。二級RO濃鹽水利用余壓送超濾水池。
4.在設計中面臨的主要問題分析及解決的辦法
4.1深度脫鹽工藝處理原水的選擇
目前國內大型鋼鐵企業，均逐步在其常規回用水處理設施之后建設了采用超濾加反滲透的雙膜法進行脫鹽處理的水處理設施。從實際運行效果來看，在不同程度上存在著反滲透系統污堵快、清洗頻繁以及由于頻繁清洗造成的反滲透脫鹽率下降、頻繁更換保安過濾器濾芯等現象。
根據工程實際情況來看，進入脫鹽深度處理系統的原水含有油及一定的COD造成的。據統計，由這些有機物造成的反滲透系統故障占全部系統故障的60-80%。
這是由于目前反滲透膜尚不能有效解決油和COD污染的問題，因此在采用雙膜法進行工業污水的深度脫鹽處理時，應對進入反滲透系統的原水加以選擇和分離。工業污水中連鑄、熱軋等工業污水，即便是經過了常規的處理，其水中仍會含有1-5mg/L的油，該部分工業污水宜進行單獨處理，不使其進入反滲透系統。
當然，不使連鑄、熱軋等含油工業污水進入反滲透脫鹽系統并不是優先的選擇。如果連鑄、熱軋在全部工業污水含量中不高，能使全廠工業污水的COD物質含量和油的含量達到反滲透要求的情況下，仍可對其全部處理回用。
相反，如果連鑄、熱軋等含油工業污水在全廠工業污水中所占比例很高的情況下，則不宜將其選為反滲透脫鹽系統的原水。
經過系統分析，寶通工程連鑄濁循環所排污水約占工業污水總量的15%左右，因此最終將連鑄濁循環工業污水納入整個工業污水深度處理回用系統[2]。
4.2工業污水處理工藝分析
鋼鐵企業全廠工業污水一般具有以下主要污染物：濁度、COD、硬度與堿度、油類、鹽類等。工業污水經過常規混凝、沉淀、過濾處理后，其出水的COD含量一般為每升水幾十毫克，油含量一般為1-5mg/L。工業污水所含COD，主要是非溶解性物質；工業污水所含油，主要為設備所漏的機油。要想進一步降低COD和油含量很難。無論是氣浮法還是生化處理，其效果均不佳。而COD和油的含量對于反滲透膜的使用有很大的影響。即便在系統設計時，對于大流量的含油工業污水進行了分離，但仍應在工業污水處理的工藝流程設計中，設置控制、降低油和COD含量的措施[3]。
寶通工程在常規砂濾后增設了活性炭過濾器，用于對有機物的吸附，進一步控制和降低油和COD的含量。活性炭可以用來吸附溶解性有機物以及游離氯和臭氧等氧化劑。
在超濾工藝中，應在超濾前投加絮凝藥劑，但考慮到絮凝反應的時間，最終選擇在工業污水處理工藝段的活性炭過濾器前的濾后水池內投加，以保證充分的反應時間，同時經過活性炭過濾器也可起到很好的藥劑與水的混合作用。
4.3工業污水進水電導率對于雙膜法工藝的影響及解決的方法
在工業污水采用雙膜法進行深度脫鹽處理中的遇到的另一個主要問題是工業污水的進水含鹽量過高，在數據指標上常以電導率值來體現。全廠工業污水的電導率值一般都在3000μS•cm以上，工業用純水的電導率值一般要求在10μS•cm以下，工業新水的電導率值一般要求在500μS•cm以下。經過雙膜法處理后，產生的工業新水完全可以達到使用的要求，但是如果制成純水用于生產則可能出現較難達到要求的情況。因此，在工業污水制取純水工藝中，可以考慮采取將部分工業新水補入脫鹽系統的原水水池。
在制取純水(或軟水、脫鹽水)時，在原水中摻入工業水，是改善雙膜法工藝原水水質的一種有效手段。
寶通工程從區域工業新水管網中接出一路管道至純水制取設施的原水水池，作為改善雙膜法進水含鹽量使用。當原水水池進水電導率達到4000μS•cm以上(該數值可根據實際情況調整)，將廠區工業新水補充入原水水池。
4.4超濾膜元件的選擇
本工程超濾系統采用的是內壓式多孔膜管的超濾膜。多孔膜管的每一個纖維集中了7根毛細管，強度大大增強，增加運營的安全性， 降低運營維護成本，并導致總成本的降低。多孔超濾技術能有效地防止膜絲的斷裂。
另外，超濾系統采用了膜件、端蓋、機架一體化集成系統T-Rack，組件在支架上排列十分緊密，管道系統已經和組件連接在一起，無需再另外安裝管道系統，節省大量空間，無論從技術和經濟方面都進行優化，與傳統的組件安裝支架設計方案相比有較大的改進。
4.5反滲透膜元件的選擇
目前常用的反滲透膜元件產品有低壓高脫鹽反滲透膜元件、超低壓大通量反滲透膜元件、低污染反滲透膜元件、增強型低污染反滲透膜元件等。作為工業污水回用制取純水或工業新水，一級反滲透應采用低污染膜元件，二級反滲透系統可以采用一般的低壓膜元件。
4.6反滲透系統回收率的合理確定與濃水的應用
反滲透回收率是指反滲透系統產水量和進水量的比值，表示進水轉化為產水的百分率，是反滲透系統設計和運行的重要參數。回收率增加時，濃水側的鹽濃度增加更快，致使透鹽率增加、滲透壓上升、一級凈驅動壓力降低、產水量減少。回收率增高，溶解于水中的鹽會更加接近飽和狀態，有可能析出后在膜表面沉淀并結垢，會對膜性能帶來很大的危害。因此，在反滲透系統設計時，選擇合理的回收率是至關重要的。回收率的增加一般意味著在產水量不變的前提下，能耗的增加和膜使用壽命的減少。
和回收率直接相關的另外一個反滲透系統的參數，就是反滲透濃水水量的大小。一般，反滲透濃水是指一級反滲透系統濃水，因為二級反滲透濃水可回流至超濾產水箱，只有一級反滲透濃水須從系統外排。一級反滲透濃水具有懸浮物含量低而含鹽量高的特點，如何實現一級反滲透濃水的直接利用和資源化，是反滲透系統應用所研究的一個重要問題。從常規設計角度而言，都追求反滲透濃水量的最小化。
寶鋼集團南通鋼鐵有限公司在整個反滲透系統的設計時，著眼于整個工廠的水量平衡，追求總體能耗的最小化，而不是只注重單個系統或單個設備的參數。在系統設計時，首先尋找反滲透濃水(RO的化學清洗廢水)的合適用途，確定將該部分廢水用于場地的沖洗和沖渣。在參考可使用反滲透濃水的用戶用水量后，確定反滲透系統的回收率時，確定回收率為75%。采用該回收率指標，使反滲透系統的能耗不致過高，同時反滲透濃水能充分的應用與下級用戶。
4.7控制反滲透系統原水進水水溫
進水的溫度對脫鹽率和產水量的影響非常大。當水溫升高時，由于水的粘度降低，產水量也隨之增加；當水溫升高時，由于鹽的擴散速度會增大，因此溫度增高脫鹽率降低。但前者對于反滲透系統運行的有利因素要大于后者對反滲透系統運行產生的不利因素。
在鋼鐵企業中，蒸汽一般都是具有較大富裕的。所以適宜在雙膜法系統總進水上增加板式換熱器。在冬季，以蒸汽熱量傳遞給水，從而保證反滲透系統的產水量。
寶通工程從全廠的蒸汽管網上接一路支管至脫鹽水處理系統，并在系統內設置了板式換熱器。
5.小結
工業污水回用制取純水和工業新水用于生產，是鋼鐵企業節能減排的一項重要手段。但整個系統的設計是十分復雜的，需要有詳細和周密的考慮。對于一些技術問題和難點需要反復分析和論證。
參考文獻
1 金亞飚.鋼鐵企業水系統實現節能減排的技術措施.環境工程，2008.26(增刊)：165-169，173
2 金亞飚.淺談鋼鐵企業工業污水處理現狀和存在的問題.中國環保產業，2009.1(總127期)：31-34
3 金亞飚.鋼鐵企業全廠工業污水采用雙膜法工藝進行脫鹽處理的問題分析及設計要點淺談.中國脫鹽，2008.6(總18期)：15-18
作者簡介：金亞飚(1975.12- )，男，漢族，籍貫江蘇省常熟市，同濟大學環境工程學院給水排水工程專業本科畢業，學士學位，高級工程師/注冊公用設備工程師，兼任《環境科學與技術》雜志編委、《科技創新導報》雜志特約編委，主要從事鋼鐵企業給排水設計工作和冶金環境保護研究工作。
