不銹鋼生產(chǎn)廢水減排回用及提標(biāo)工程實(shí)例

王萬(wàn)俊，肖丙雁

（1.帕克環(huán)保技術(shù)（上海）有限公司，上?！?01319；2.寶鋼工程技術(shù)集團(tuán)有限公司，上?！?01900）

不銹鋼生產(chǎn)廢水減排回用及提標(biāo)工程實(shí)例

王萬(wàn)俊1，肖丙雁2

（1.帕克環(huán)保技術(shù)（上海）有限公司，上海201319；2.寶鋼工程技術(shù)集團(tuán)有限公司，上海201900）

某不銹鋼生產(chǎn)廢水減排回用及提標(biāo)工程，含氮廢水經(jīng)軟化-生物反硝化預(yù)處理后與循環(huán)水排污水混合后，再經(jīng)混凝沉淀-砂濾-超濾-反滲透組合工藝進(jìn)行減排回用處理，出水達(dá)到企業(yè)內(nèi)部工業(yè)用水標(biāo)準(zhǔn)后回用，而反滲透濃水經(jīng)生物脫氮-電催化氧化-砂濾工藝再處理，最終使得該企業(yè)排放廢水的水質(zhì)水量均達(dá)到GB 13456—2012《鋼鐵工業(yè)水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》的要求。

不銹鋼生產(chǎn)廢水；減排回用；超濾；反滲透；生物脫氮

近年來(lái)，國(guó)家陸續(xù)頒布了多項(xiàng)環(huán)保政策和排放標(biāo)準(zhǔn)，其中GB 13456—2012《鋼鐵工業(yè)水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》對(duì)鋼鐵廢水的噸鋼排水量和排放水質(zhì)提出了更高的要求。鋼鐵廢水迫切需要減排回用，原處理工藝需要提標(biāo)改造，這既是環(huán)保的要求，也是企業(yè)自身減少新水消耗、降本增效的要求，是企業(yè)長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展的必要條件。

1　工程概況

某不銹鋼企業(yè)年產(chǎn)70萬(wàn)t不銹鋼，廢水包括2股：一股為經(jīng)石灰中和沉淀處理后的酸洗廢水（簡(jiǎn)稱(chēng)含氮廢水），水量為100 m3/h，其總氮嚴(yán)重超標(biāo)，CODCr也不達(dá)標(biāo)，已不能滿足新標(biāo)準(zhǔn)；另一股為循環(huán)水排污水，水量為400 m3/h，雖然水質(zhì)達(dá)標(biāo)，但是排放量遠(yuǎn)超新標(biāo)準(zhǔn)對(duì)噸鋼排水量的要求。

2　設(shè)計(jì)規(guī)模及進(jìn)出水水質(zhì)

2.1設(shè)計(jì)規(guī)模

本廢水減排回用及提標(biāo)工程的設(shè)計(jì)規(guī)模為500 m3/h，處理后350 m3/h作為工業(yè)水回用，150 m3/h廢水達(dá)標(biāo)排放。

2.2設(shè)計(jì)進(jìn)出水水質(zhì)

本工程進(jìn)水包括含氮廢水和循環(huán)水排污水，主要指標(biāo)見(jiàn)表1。減排回用產(chǎn)水達(dá)到企業(yè)內(nèi)部用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)后作為工業(yè)水使用，而減排回用產(chǎn)生的濃水處理后達(dá)到GB 13456—2012《鋼鐵工業(yè)水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》的直接排放標(biāo)準(zhǔn)后排放，主要指標(biāo)見(jiàn)表2。

表1廢水水質(zhì)指標(biāo)Tab.1　Wastewater qua1ity

表2　設(shè)計(jì)出水水質(zhì)指標(biāo)Tab.2　Design eff1uent water qua1ity

3　廢水處理工藝

3.1工藝選擇

含氮廢水的硝酸根質(zhì)量濃度高達(dá)2 800 mg/L，折算成總氮的質(zhì)量濃度為632.2 mg/L，總硬度也高達(dá)2 000 mg/L，因此采用軟化-生物脫氮工藝對(duì)其進(jìn)行預(yù)處理。

含氮廢水和循環(huán)水排污水（合并后稱(chēng)為綜合廢水）的含鹽量（表現(xiàn)為電導(dǎo)率指標(biāo)）均遠(yuǎn)超工業(yè)水標(biāo)準(zhǔn)，故需采用脫鹽工藝，本工程采用在鋼鐵廢水回用領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用的反滲透脫鹽工藝，同時(shí)為其設(shè)置了混凝沉淀-砂濾-超濾的預(yù)處理工藝［1-2］。

反滲透濃水總氮、CODCr等指標(biāo)超標(biāo)，本工程采用生物脫氮-電催化氧化-砂濾對(duì)其進(jìn)行處理，使出水各項(xiàng)指標(biāo)穩(wěn)定達(dá)標(biāo)。

綜上所述，確定本工藝流程見(jiàn)圖1。

圖1　廢水減排回用及提標(biāo)工藝流程Fig.1　Upgraded f1ow of wastewater treatment process for emission reduction and reuse

3.2工藝流程說(shuō)明

本工程廢水處理工藝分為以下3個(gè)系統(tǒng)：

（1）系統(tǒng)1：含氮廢水處理系統(tǒng)。含氮廢水首先泵提至混合絮凝槽和斜板沉淀器，在此投加氫氧化鈉和碳酸鈉，使廢水中的鈣離子生成碳酸鈣沉淀得以去除［3］。斜板出水經(jīng)中和后提升至兩級(jí)反硝化池，在第一級(jí)懸浮生長(zhǎng)式生物反硝化池中，通過(guò)攪拌使高濃度硝酸根廢水、懸浮生長(zhǎng)的反硝化菌及外加的甲醇碳源充分混合，使反硝化過(guò)程充分進(jìn)行，并使得產(chǎn)生的氮?dú)忭樌懦?，在第二?jí)附著生長(zhǎng)式生物反硝化池中，反硝化菌附著生長(zhǎng)在填料上，含有外加碳源的低濃度硝酸根廢水流經(jīng)填料，硝酸根被反硝化菌轉(zhuǎn)化成氮?dú)獾靡匀コ?］。在兩級(jí)反硝化后設(shè)置接觸氧化法去除微過(guò)量投加的碳源，出水通過(guò)泵輸送至系統(tǒng)2。

（2）系統(tǒng)2：綜合廢水處理系統(tǒng)。綜合廢水依次經(jīng)過(guò)混合絮凝、物化沉淀、砂濾工藝，去除廢水中的懸浮物、膠體、鐵、硅酸鹽、氟離子、有機(jī)物、微生物等污染物，從而降低后續(xù)超濾、反滲透系統(tǒng)結(jié)垢污堵的風(fēng)險(xiǎn)。砂濾出水通過(guò)余壓進(jìn)入超濾裝置，膜孔徑僅為0.02 μm，可去除廢水中的膠體、微生物等物質(zhì)，其出水SDI降至5以下，滿足反滲透的進(jìn)水要求。超濾出水通過(guò)泵輸送至反滲透裝置，用于去除水中的溶解性鹽類(lèi)，其脫鹽率可達(dá)95%以上，其出水優(yōu)于企業(yè)內(nèi)部工業(yè)用水標(biāo)準(zhǔn)。

（3）系統(tǒng)3：濃水處理系統(tǒng)。反滲透濃水通過(guò)泵輸送至附著生長(zhǎng)式生物反硝化池進(jìn)行生物反硝化脫氮處理［5］。反硝化后設(shè)置接觸氧化法去除微過(guò)量投加的碳源，生化出水經(jīng)中和后自流進(jìn)入電催化氧化裝置，進(jìn)一步降解廢水中的CODCr，其出水經(jīng)砂濾去除懸浮物后，確保出水水質(zhì)達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)。

4　主要構(gòu)筑物及設(shè)計(jì)參數(shù)

4.1含氮廢水處理系統(tǒng)

（1）含氮廢水調(diào)節(jié)池。1座，尺寸為14.0 m×4.0 m×9.0 m，有效水深為8.0 m，鋼砼結(jié)構(gòu)，水力停留時(shí)間為4.5 h。設(shè)調(diào)節(jié)池輸送泵2臺(tái)，流量為110 m3/h，揚(yáng)程為20 m，功率為11 kW。

（2）混合絮凝槽。1座2格，單格尺寸為2.7 m×2.7 m×4.0 m，有效水深為3.5 m，材質(zhì)為鋼結(jié)構(gòu)防腐，總水力停留時(shí)間為30 min。設(shè)攪拌機(jī)2臺(tái)，功率為3 kW。

（3）斜板沉淀器。2座，單座尺寸為6.5 m× 2.4 m×3.5 m，材質(zhì)為鋼結(jié)構(gòu)防腐，內(nèi)設(shè)斜管填料，表面負(fù)荷為3.2 m3/（m2·h）。設(shè)污泥輸送泵4臺(tái)，流量為20 m3/h，揚(yáng)程為25 m，功率為5.5 kW。

（4）一級(jí)反硝化池。2座4格，單格尺寸為8.0 m×7.5 m×10.0 m，有效水深為9.0 m，鋼砼結(jié)構(gòu)，水力停留時(shí)間為21.6 h。污泥質(zhì)量濃度為3 000 mg/L，污泥負(fù)荷為0.20 kg［TN］/（kg［MLSS］·d）。

（5）二級(jí)反硝化池。2座2格，內(nèi)設(shè)組合填料，單格尺寸為8.0 m×7.5 m×10.0 m，有效水深為9.0 m，鋼砼結(jié)構(gòu)，總水力停留時(shí)間為10.8 h。填料容積負(fù)荷0.33 kg［TN］/（m3［填料］·d）。

（6）好氧池。2座2格，采用附著生長(zhǎng)式生物反應(yīng)器形式，內(nèi)設(shè)組合填料，單格尺寸為8.0 m× 7.5 m×10.0 m，有效水深為9.0 m，鋼砼結(jié)構(gòu)，總水力停留時(shí)間為10.8 h。填料容積負(fù)荷為0.30 kg ［CODCr］/（m3［填料］·d）。設(shè)鼓風(fēng)機(jī)3臺(tái)，風(fēng)量為35 m3/min，壓力為98 kPa，功率為90 kW。

（7）生化沉淀池。1座，尺寸為Ф 12.0 m×4.0 m，池邊水深為3.5 m，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，表面負(fù)荷為0.88 m3/（m2·h），設(shè)中心傳動(dòng)刮泥機(jī)1臺(tái)，總功率為3 kW；設(shè)生化污泥輸送泵2臺(tái)，流量為50 m3/h，揚(yáng)程為25 m，功率為7.5 kW。

4.2綜合廢水處理系統(tǒng)

（1）綜合廢水調(diào)節(jié)池。1座，尺寸為14.0 m× 6.0 m×9.0 m，有效水深為8.0 m，鋼砼結(jié)構(gòu)，水力停留時(shí)間為1.4 h。設(shè)綜合調(diào)節(jié)池輸送泵3臺(tái)，流量為320 m3/h，揚(yáng)程為20 m，功率為30 kW。

（2）混合絮凝池。2座4格，單格尺寸為4.0 m×3.0 m×5.0 m，有效水深為4.5 m，鋼砼結(jié)構(gòu)，總水力停留時(shí)間為26 min。設(shè)混合攪拌機(jī)2臺(tái)，功率為5.5 kW；設(shè)絮凝攪拌機(jī)2臺(tái)，功率為3 kW。

（3）物化沉淀池。2座，尺寸為Ф 12.0 m×4.5 m，池邊水深為4.0 m，鋼砼結(jié)構(gòu)，內(nèi)設(shè)斜管填料，表面負(fù)荷為2.2 m3/（m2·h）。設(shè)中心傳動(dòng)刮泥機(jī)2臺(tái)，總功率為3 kW；設(shè)污泥輸送泵4臺(tái)，流量為50 m3/h，揚(yáng)程為25 m，功率為7.5 kW。

（4）砂濾。6臺(tái)，總凈產(chǎn)水量為500 m3/h，尺寸為Ф 3.6 m×1.8 m（直邊高度），濾料高度為1.2 m，材質(zhì)為碳鋼襯膠，濾速為9.8 m/h，強(qiáng)制濾速為11.8 m/h。設(shè)反洗風(fēng)機(jī)2臺(tái)，風(fēng)量為15 m3/min，壓力為58.8 kPa，功率為30 kW。設(shè)反洗水泵2臺(tái)，流量為500 m3/h，揚(yáng)程為22 m，功率為45 kW。

（5）超濾裝置。4套，總凈產(chǎn)水量為500 m3/ h，凈產(chǎn)水通量為 37.4 L/（m2·h），回收率大于90%，超濾產(chǎn)水SDI小于5，超濾膜元件采用進(jìn)口外壓式超濾膜，材質(zhì)為PVDF，孔徑為0.02 μm，總數(shù)為240支。設(shè)超濾反洗風(fēng)機(jī)2臺(tái)，風(fēng)量為10.2 m3/min，壓力為70 kPa，功率為22 kW。

（6）超濾產(chǎn)水池。1座，尺寸為12.0 m×6.0 m×9.0 m，有效水深為8.0 m，鋼砼結(jié)構(gòu)，水力停留時(shí)間為1.1 h。設(shè)超濾反洗水泵2臺(tái)，流量為280 m3/h，揚(yáng)程為15 m，功率為15 kW；設(shè)反滲透給水泵3臺(tái)，流量為260 m3/h，揚(yáng)程為35 m，功率為45 kW。設(shè)反滲透高壓泵4臺(tái)，流量為125 m3/h，揚(yáng)程為150 m，功率為90 kW。

（7）反滲透裝置。4套，總凈產(chǎn)水量為350 m3/h，凈產(chǎn)水通量為17.9 L/（m2·h），回收率大于70%，反滲透膜元件采用進(jìn)口聚酰胺復(fù)合膜，總數(shù)為504支；膜殼材質(zhì)為玻璃鋼，設(shè)計(jì)壓力為2.1 MPa，膜殼總數(shù)為84支。

（8）回用水池。1座，尺寸為12.0 m×5.0 m× 9.0 m，有效水深為8.0 m，鋼砼結(jié)構(gòu)，水力停留時(shí)間為1.37 h。設(shè)反滲透沖洗水泵1臺(tái)，流量為150 m3/h，揚(yáng)程為30m，功率為18.5kW；設(shè)回用水泵3臺(tái)，流量為180m3/h，揚(yáng)程為30m，功率為30kW。

4.3濃水處理系統(tǒng)

（1）濃水調(diào)節(jié)池。1座，尺寸為14.0 m×3.0 m×9.0 m，有效水深為8.0 m，鋼砼結(jié)構(gòu)，水力停留時(shí)間為2.24 h。設(shè)調(diào)節(jié)池輸送泵2臺(tái)，流量為150 m3/h，揚(yáng)程為20 m，功率為15 kW。

（2）濃水反硝化池。1座3格，內(nèi)設(shè)組合填料，單格尺寸為8.0 m×7.5 m×10.0 m，有效水深為9.0 m，鋼砼結(jié)構(gòu)，總水力停留時(shí)間為10.8 h。填料容積負(fù)荷為0.20 kg［TN］/（m3［填料］·d）。

（3）濃水好氧池。1座，采用附著生長(zhǎng)式生物反應(yīng)器形式，內(nèi)設(shè)組合填料，尺寸為8.0 m×7.5 m×10.0 m，有效水深為9.0 m，鋼砼結(jié)構(gòu)，水力停留時(shí)間為3.6 h。填料容積負(fù)荷0.40 kg［CODCr］/（m3［填料］·d）。

（4）濃水生化沉淀池。1座，尺寸為Ф 12.0 m× 4.0 m，池邊水深為3.5 m，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，表面負(fù)荷為1.33 m3/（m2·h），設(shè)中心傳動(dòng)刮泥機(jī)1臺(tái)，總功率為3 kW；設(shè)污泥輸送泵2臺(tái)，流量為50 m3/h，揚(yáng)程為25 m，功率為7.5 kW。

（5）電催化氧化裝置。2套，單臺(tái)處理能力為75 m3/h，功率為75 kW，設(shè)計(jì)進(jìn)、出水CODCr質(zhì)量濃度分別小于100mg/L和50mg/L，噸水電耗小于1 kW·h。設(shè)備本體采用鋼結(jié)構(gòu)材質(zhì)防腐，電極采用耐腐蝕能力強(qiáng)的惰性貴金屬添加合金電極，并設(shè)置自動(dòng)倒極功能，避免結(jié)垢保證電極長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行。

（6）濃水砂濾。2臺(tái)，總凈處理水量為150 m3/h，尺寸為Ф 3.6 m×1.8 m（直邊高度），濾料高度為1.2 m，材質(zhì)為碳鋼襯膠，濾速為8.1 m/h，強(qiáng)制濾速為16.2 m/h。

（7）濃水排放水池。1座，尺寸為7.0 m×6.0 m×7.5 m，有效水深為7.0 m，鋼砼結(jié)構(gòu)，水力停留時(shí)間為2 h。設(shè)排放水泵2臺(tái)，流量為150 m3/h，揚(yáng)程為30 m，功率為22 kW。

5　工程設(shè)計(jì)特點(diǎn)

（1）對(duì)于不銹鋼硝酸酸洗廢水，其硝酸根濃度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于排放標(biāo)準(zhǔn)，須采用兩級(jí)脫氮工藝，其中一級(jí)采用高負(fù)荷懸浮污泥法，二級(jí)采用低負(fù)荷填料法，具有工藝成熟，運(yùn)行管理簡(jiǎn)單，出水水質(zhì)穩(wěn)定的特點(diǎn)。

（2）反滲透工藝具有脫鹽率高、出水水質(zhì)好、能耗低、占地面積小、操作簡(jiǎn)便等優(yōu)點(diǎn)，已成為廢水脫鹽回用的主流工藝。

（3）電催化氧化通過(guò)電解產(chǎn)生各種自由基處理廢水中的難降解污染物，是一種能量效率高、適用范圍廣、處理效果穩(wěn)定、設(shè)備體積小、管理方便的綠色處理技術(shù)［6-7］。

6　工程運(yùn)行效果

本工程目前已調(diào)試成功并投入運(yùn)行，各系統(tǒng)進(jìn)出水水質(zhì)見(jiàn)表3。運(yùn)行結(jié)果表明，本工程運(yùn)行狀況良好，出水指標(biāo)達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。

7　主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)

本工程總投資費(fèi)用為8 350萬(wàn)元，處理水量為12 000 m3/d，制成的回用水量為8 400 m3/d，每天運(yùn)行成本為51 280元（含電費(fèi)、藥劑費(fèi)、膜更換費(fèi)用），回用水按工業(yè)水單價(jià)2.5元/m3計(jì)算，則每天的實(shí)際運(yùn)行成本為30 280元，折算成噸水運(yùn)行成本為2.52元。

表3　各系統(tǒng)實(shí)際進(jìn)、出水水質(zhì)Tab.3 Actua1 inf1uent and eff1uent water qua1ity of each system

8　結(jié)語(yǔ)

（1）本工程減排回用采用反滲透作為脫鹽工藝，并輔以混凝沉淀-砂濾-超濾組合工藝進(jìn)行預(yù)處理，可保證長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行，出水水質(zhì)穩(wěn)定達(dá)到工業(yè)水水質(zhì)指標(biāo)，而反滲透濃水采用生物脫氮和電催化氧化的組合工藝，可保證各項(xiàng)水質(zhì)指標(biāo)達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)。

（2）本工程實(shí)施后，大部分外排廢水制成工業(yè)水回用，減少了排污量，降低了新水消耗量，其余外排廢水經(jīng)處理后達(dá)到新標(biāo)準(zhǔn)，因此本項(xiàng)目是一項(xiàng)既有一定經(jīng)濟(jì)效益，又有突出社會(huì)效益的資源化環(huán)保項(xiàng)目。

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［4］任延麗，靖元孝.反硝化細(xì)菌在污水處理作用中的研究［J］.微生物學(xué)雜志，2005，25（2）：88-92.

［5］袁怡，黃勇，李祥.工業(yè)廢水反硝化技術(shù)研究進(jìn)展［J］.工業(yè)水處理，2013，33（4）：1-4.

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［7］周春，徐鋒，許春，等.電化學(xué)反應(yīng)器流動(dòng)和傳質(zhì)特性的仿真研究［J］.工業(yè)用水與廢水，2013，44（1）：9-12.

Upgrading and reconstruction project of emission reduction and reuse of wastewater from stainless steel production

WANG Wan-jun1，XIAO Bing-yan2
（1.Paques Environment Technology（Shanghai）Co.，Ltd.，Shanghai 201319，China；2.Baosteel Engineering and Technology Group Co.，Ltd.，Shanghai 201900，China）

In the upgrading and reconstruction project of emission reduction and reuse of wastewater from stain1ess stee1 production，the nitrogen-containing wastewater was pretreated by softening-biodenitrification process，and then was mixed with circu1ating coo1ing wastewater.To reducing the emission，the mixed wastewater was treated using coagu1ation sedimentation-sand fi1tration-reverse osmosis combined process，the eff1uent water met the qua1ity requirement of enterprise standard about water for industria1 use；moreover，the reverse osmosis concentrated water was retreated by bio1ogica1 denitrification-e1ectrocata1ytic oxidation-sand fi1tration.Fina11y，the qua1ity and quantity of the discharged water from the company both met the specification of GB 13456—2012 Discharge Standard of Water Pollutants for Iron and Steel Industry.

wastewater from stain1ess stee1 production；emission reduction and reuse；u1trafi1tration；reverse osmosis；bio1ogica1 denitrification

X757.031

B

1009-2455（2016）02-0069-04

王萬(wàn)?。?982-），男，江蘇建湖人，注冊(cè)環(huán)保工程師，碩士研究生，主要從事環(huán)境工程污水處理及回用工作，（電子信箱）imwwj@126.com。

2016-01-18（修回稿）