钢厂废水回用处理工程实例

Posted 2023-01-12 工程

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以某钢厂内部污水厂为例，介绍高效沉淀池+V型滤池+多介质过滤+反渗透组合工艺处理钢厂废水的效果、工艺、设计参数、投资和运行成本。该工程处理水量为2.4×104m3/d，主要去除水中的SS、硬度及浮油。经该工艺处理后，出水可满足该钢厂的用水水质标准，这可节省钢厂的部分取水费用及排污费用，每年可为该厂节约1750万元，同时也减少了对环境的污染。
近年来，随着钢铁行业的发展，钢厂废水的循环利用受到人们的广泛关注。对于轧钢产生的废水多为冷却水，具有用水量大、温度高，悬浮物、硬度含量较高、COD等含量较低的特点，采用传统的冷却/混凝/沉淀/过滤等组合工艺可实现对废水的回用[1-4]，如微涡旋反应沉淀池/双层过滤器工艺对碱度及浊度有较好的去除效果，而对pH、盐度等的去除效果较差。由于此类工艺不具备除盐作用，当水中的盐类大量积累会造成管道及设备的结垢及腐蚀，使导热能力下将，从而降低装置及设备的使用寿命，因此当对回用水水质要求较高时，需增加深度处理工艺提高污水的水质。目前关于污水深度处理的的组合工艺有很多，如超滤/反渗透工艺，该工艺对浊度、碱度及盐度均有较好的处理效果，但该工艺对原水的水质要求较高，并且投资较高、膜的使用寿命短。近年来，多介质过滤+反渗透组合工艺受到人们的广泛关注，某钢厂内部污水处理厂采用了该深度处理工艺，首先通过高效沉淀池+V型滤池对污水进行预处理，再经多介质过滤+反渗透组合工艺进行深度处理，该厂于2012年3月正式投入运行，经一年多的运行，出水效果稳定，经深度处理的出水可供锅炉使用，将经深度处理的出水与预处理的出水按一定比例混合，混合后的水质可达到钢厂生产用水的水质要求。这可实现重复利用水资源、节约用水的目的。
1.废水水量与水质
该污水处理厂的处理能力为2.4×104m3/d，主要用于处理该厂区内所有外排生产及生活污水，污水中主要污染物为悬浮物、硬度及少量浮油等。污水经预处理后的出水与经深度处理的出水混合供钢厂的生产使用。污水水质为：pH为7.57～8.52，SS、总硬度(以CaCO3计)、油质量浓度分别为28～45、≤600、1.036～1.413mg/L。
2.工艺流程
在预处理单元中通过高效沉淀池去除污水中主要悬浮物，再经V型滤池进一步去除水中的SS及有机物，出水部分流入回用水池。另外一部分出水流入到深度处理单元中进行深度处理。在深度处理单元中可通过多介质过滤器完成对SS进一步去除，再通过反渗透膜去除可溶性无机盐类，出水一部分供锅炉使用，另一部分流入到回用水池，在这里经预处理的水与深度处理的水相互混合，出水水质能够达到该钢厂生产用水的使用标准。具体工艺流程如图1所示。

厂区排水先经过粗格栅去除大块污染物后，在重力流作用下流入调节池，在这里可将不同生产工艺排出的不同水质、水量的污水进行混合均匀，减少了水质及水量的波动，从而减少对后续处理构筑物的冲击。污水经过调节池后被提升进入到高效沉淀池，高效沉淀池由前混凝反应池、絮凝沉淀池、沉淀-浓缩池和后混凝反应池组成，污水经絮凝池后，使水中杂质形成细小矾花后进入到絮凝反应池进行反应，再经过沉淀-浓缩池进行泥水分离，并对沉淀污泥进行浓缩。泥水分离后，污水进入后混凝反应池，向池内投加混凝剂来提高后续滤池的过滤效果，同时投加硫酸以中和污水的pH。污水经滤池过滤后，一部分出水进入到回用水池，另一部分作为深度处理的原水进入到深度处理单元。经清水池后污水进入到多介质过滤器，使悬浮颗粒物质得到进一步去除，同时减轻对后续处理设备的负荷。多介质过滤器出水进入到反渗透装置中，通过反渗透膜，去除水中绝大部分的盐分及大分子有机物。污水经反渗透装置后，部分进入产水池，另外一部分进入到回用水池与V型滤池的部分出水进行混合，该池内的水可通过回用水外输泵供给车间生产使用。
3.主要构筑物及设备参数
3.1格栅
1座，钢筋混凝土结构，栅渠宽度0.7m，栅前水深1m。主要用于去除污水中的大块污染物。
3.2调节池
2座，钢筋混凝土结构，尺寸30m×10m×5m，单池有效容积1500m3，主要用于均衡水质，减少对后续处理工艺的冲击；池内设置水下搅拌机4台，单台功率13kW，防止悬浮物沉淀。
3.3高效沉淀池
由前混凝反应池、絮凝沉淀池、沉淀-浓缩池和后混凝反应池组成，最大设计流量为1030m3/h。混凝反应池4座，钢筋混凝土结构，每座池内设搅拌机1台，共4台，功率2.2kW。主要作用是污水与混凝剂快速混合，使废水中的胶体状杂质脱稳形成细小的矾花，为后续絮凝反应提供有力条件。
絮凝沉淀池主要作用是进行絮凝沉淀，絮凝沉淀池分为两个反应池，能量扩散室和非混合池室。在能量扩散室内主要通过控制能量扩散和使用流量可变的泵控制污泥回流来优化絮凝反应。回流污泥注入絮凝反应池可增强水的絮凝，减少药剂的投加量，从而节约运行成本。第二个室为非混合室，在这里产生能够快速沉淀较大的、均匀的矾花。内设絮凝搅拌机2台，功率为4kW。
沉淀-浓缩池2座，钢筋混凝土结构，内设中心传动刮泥机2台，功率为0.75kW。作用是将污水的沉淀和污泥浓缩两个功能集于一体，采用斜板分离器将矾花和水分离，逆向流将水与污泥分离，在沉淀池的底部设置刮泥机加速污泥浓缩。高效沉淀池的排泥系统和污泥回流系统是分离的两个系统。回流系统的污泥浓度恒定且连续运行，排泥系统的污泥浓度大，且间歇运行。
后混凝反应池1座，钢筋混凝土结构，内设快速搅拌机1台，功率为1.1kW。在该池内投加混凝剂，因此增强后续滤池的过滤效果，同时投加硫酸用于中和污水的pH。
3.4V型滤池
3座，钢筋混凝土结构，尺寸为13.99m×3.5m，过滤介质以上水深1.2m，过滤介质床厚度1.5m。反冲洗泵房采用钢筋混凝土框架结构，反冲洗水泵采用采用离心泵Q=367m3/h，H=8m。N=15kW，3台(2用1备)。鼓风机(用于反洗)流量Q=22.47m3/min，H=40kPa，N=30kW，3台(2用1备)。
V型滤池主要用于去除污水中残余的SS。滤池内设置液位传感器，通过滤池出水的调节阀控制滤池的液位，实现滤池恒水位过滤，提高滤池的过滤效果。滤池反冲洗采用气、水反冲洗方式，可完成极其有效的反冲洗。
3.5多介质过滤器
8台，Q235碳钢衬胶，Φ3200mm×4400mm。主要用于进一步去除水中的悬浮颗粒物质，以减轻后续处理设备的负荷，增加系统的产水能力，减少运行费用，过滤器的辅助设备有反冲洗水泵和反洗风机、次氯酸钠加药装置。反冲洗水泵采用卧式离心泵，2台(1用1备)，流量350m3/h，扬程20m。反吸风机采用三叶罗茨风机，2台(1用1备)，流量7.62m3/min，扬程58.8kPa。
3.6反渗透系统
主要包括反渗透增压泵、保安过滤器、高压泵、反渗透装置和辅助系统，辅助系统主要有冲洗水泵、还原剂加药装置、阻垢剂加药装置、杀菌剂加药装置和清洗系统。反渗透高压泵采用卧式离心泵，4台，Q=130m3/h，H=115m，N=55kW，高压泵采用变频控制，进出口设置高低压开关，以保护高压泵的运行。反渗透冲洗泵采用卧式离心泵，1台，Q=130m3/h，H=35m。清洗保安过滤器，1台，垂直圆筒，Φ400mm×2100mm、流量150m3/h、工作压力0.4～0.5MPa。
反渗透系统是利用反渗透膜在外力的作用下，只允许盐水中的水和溶剂通过，将溶质留在浓水侧，反渗透膜可脱出水中绝大部分的盐份及大分子有机物。该过程是物理过程，具有耗能少、设备体积小、操作简单、适应性强等优点。
4.回用污水用途及出水指标
该厂分为预处理系统和深度处理系统，流量为1000m3/h，其中预处理系统出水500m3/h，作为深度处理原水，经一级反渗透后出水390m3/h，其中290m3/h与预处理系统剩余的500m3/h出水勾兑，外供混合回用水为790m3/h，锅炉补给水100m3/h，浓水110m3/h。其中预处理、深度处理出水指标分别见表1、表2。

预处理和深度处理混合水出水水质总硬度和碱度分别为230、58mg/L，pH为8。
5.效益分析
该工程总投资8200万元，土建部分投资1879.6万元，购置设备费4832.3万元，设备及安装费用200万元，材料及安装费726.2万元。其他建设费用561.9万元。
每处理回用1m3污水，可节省生产新水取水费和污水排污费共2.5元，节省的费用即可产生的效益，污水处理厂每年节约费用(营业收入)共计1750万元。药剂成本费：聚铁PFS，年消耗量3504t，每吨1350元，年总成本214万元；熟石灰2737.5t，每吨380元，年总成本86万元。电费年消耗量8.39×106kWh，单价0.68元/kWh，总成本375万元。
6.结论
本污水处理厂工程分为预处理和深度处理两个单元，其中预处理单元处理规模1000m3/h，深度处理站处理规模500m3/h。预处理与深度处理的混合水能够满足钢厂回用水的水质标准。
预处理单元采用调节池+高效沉淀池+V型滤池工艺，深度处理单元采用多介质过滤+反渗透工艺。有效去除了水中的悬浮物质及硬度。
本污水处理工程日处理污水2.4×104m3，全部回收，可节省钢厂新水的取水费用及污水的排污费用，并且每年可节约1750万元，为钢厂创造更高利润，同时也减少了对环境的污染，有利于对周边水质的改善，更有效地节约了水资源。