某鋼鐵企業(yè)廢水處理改造工程設(shè)計(jì)

劉 軍

(中國(guó)五環(huán)工程有限公司,湖北 武漢 430223)

鋼鐵企業(yè)生產(chǎn)廢水具有水質(zhì)成分復(fù)雜、水質(zhì)水量變化大的特點(diǎn)，處理難度較大。鋼鐵企業(yè)耗水量大，如何提高廢水的回用率、減少新鮮水的消耗，是當(dāng)前水系統(tǒng)改造的重點(diǎn)。本文介紹了某鋼鐵企業(yè)生產(chǎn)廢水回用系統(tǒng)改造的處理工藝流程及主要構(gòu)筑物的設(shè)計(jì)參數(shù)，以期為同類企業(yè)進(jìn)行廢水處理提供參考[1]。

1 工程概況

某鋼鐵企業(yè)主要從事煉焦燒結(jié)、鋼鐵冶煉、軋鋼等產(chǎn)品研發(fā)和生產(chǎn)?，F(xiàn)有含鹽污水處理達(dá)標(biāo)后大部分外排，小部分做到了中水回用，大部分達(dá)標(biāo)排放污水未進(jìn)行后續(xù)深度處理后回用，新鮮水的回用率不高，面對(duì)日益嚴(yán)格的環(huán)保政策和國(guó)家的節(jié)水要求，從企業(yè)自身持續(xù)發(fā)展的需要，對(duì)現(xiàn)有污水處理流程進(jìn)行改造、增加廢水回用勢(shì)在必行。

現(xiàn)有污水經(jīng)處理后，少量中水經(jīng)多介質(zhì)過濾器、保安過濾器和反滲透裝置處理后回用，其余大部分外排。本工程主要是對(duì)污水預(yù)處理進(jìn)行局部改造,采用雙堿法強(qiáng)化硬度處理，膜處理采用浸沒式超濾加反滲透工藝進(jìn)行深度處理后回用。深度處理系統(tǒng)擴(kuò)建1 700 m3/h反滲透水裝置，使總回用水量可達(dá)到2 000 m3/h反滲透水。

通過該工程的實(shí)施，將原達(dá)標(biāo)外排的污水制備成滿足生產(chǎn)要求的工業(yè)新水和反滲透水，可大幅降低新水外部取水量和廢水排放量，規(guī)避外因?qū)е碌挠盟L(fēng)險(xiǎn)，有效緩解水資源供需矛盾。增加回收1 360萬t/a淡水。

該工程符合國(guó)家節(jié)水減排的政策導(dǎo)向，具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益、環(huán)境效益和社會(huì)效益。同時(shí)，本工程工藝技術(shù)先進(jìn)，具有較強(qiáng)的工程示范性。

2 設(shè)計(jì)規(guī)模及水質(zhì)

(1)設(shè)計(jì)規(guī)模。對(duì)原有300m3/h系統(tǒng)進(jìn)行改造，并新增反滲透裝置,反滲透產(chǎn)水量為1 700 m3/h，合計(jì)產(chǎn)水量達(dá)到2 000 m3/h。2017年外排污水水質(zhì)指標(biāo)見表1。

表1 2017年外排污水水質(zhì)指標(biāo)

(2)本工程產(chǎn)品水為中水和中水反滲透產(chǎn)水(一級(jí)除鹽)，中水設(shè)計(jì)水質(zhì)指標(biāo)見表2。一級(jí)反滲透產(chǎn)水設(shè)計(jì)水質(zhì)指標(biāo)見表3。

表2 中水設(shè)計(jì)水質(zhì)指標(biāo)

表3 一級(jí)反滲透產(chǎn)水設(shè)計(jì)水質(zhì)指標(biāo)

3 廢水處理工藝

現(xiàn)有污水經(jīng)處理后，由預(yù)處理中水池進(jìn)入深處理中水池，然后由泵提升進(jìn)入多介質(zhì)過濾器，經(jīng)保安過濾器后，由高壓泵加壓進(jìn)入反滲透裝置，反滲透產(chǎn)生的淡水由泵外送回用。原系統(tǒng)工藝流程見圖1。

圖1 原系統(tǒng)工藝流程

新工藝流程如下：由預(yù)處理中水池進(jìn)入深處理中水池，然后由超濾增壓泵提升至自清洗過濾器，之后進(jìn)入浸沒式超濾系統(tǒng)，由超過濾產(chǎn)水泵將超濾產(chǎn)水輸送至超濾產(chǎn)水池，再由反滲透增壓泵加壓進(jìn)入新建的保安過濾器，再由高壓泵加壓進(jìn)入反滲透系統(tǒng)。一部分反滲透產(chǎn)水進(jìn)入高位水池,另一部分由外供泵組送往公司軟水管網(wǎng)。進(jìn)入高位水池的反滲透產(chǎn)水由高位水池自流進(jìn)入東區(qū)凈水池，降低項(xiàng)目能耗。新建系統(tǒng)的工藝流程見圖2。

圖2 新建系統(tǒng)的工藝流程

新建系統(tǒng)的工藝流程主要改造的技術(shù)關(guān)鍵點(diǎn)如下。

(1)本項(xiàng)目進(jìn)水中的硬度較高，為降低膜系統(tǒng)結(jié)垢風(fēng)險(xiǎn)和清洗頻次，采用了石灰軟化的方法對(duì)進(jìn)水進(jìn)行除硬，同時(shí)為減少排泥量,減低污泥處理的負(fù)荷，考慮不完全除硬即可達(dá)到膜處理要求。

(2)本項(xiàng)目高密度澄清池排泥負(fù)荷較大，斜管區(qū)積泥嚴(yán)重，考慮到高密池排泥效果較差，本次改造采取兩項(xiàng)措施：①增加抽沙泵從排泥口排泥，增加污泥的排放量;②土建施工對(duì)高密池內(nèi)排泥死角邊角進(jìn)行抹面處理。

(3)本項(xiàng)目為改造項(xiàng)目，首先新建浸沒式超濾，超濾調(diào)試完成后,拆除原有7臺(tái)保安過濾器，切換水源不影響原有反滲透裝置的運(yùn)行[2]。

(4)新建5套反滲透裝置，調(diào)試合格后拆除原有4臺(tái)反滲透裝置，在原有位置更新反滲透裝置[3,4]。

(5)為降低能耗，在裝置區(qū)內(nèi)新建高位水池，反滲透產(chǎn)水由高位水池自流進(jìn)入東區(qū)蓄水池，同時(shí)新建管道支路進(jìn)入外供水泵吸水池，采用自動(dòng)閥門切換。

(6)浸沒式超濾CIP清洗藥劑由超濾進(jìn)水泵供水進(jìn)入超濾膜池，EFM清洗藥劑由超濾反洗水泵供水稀釋進(jìn)入超濾膜池。

4 主要構(gòu)筑物及設(shè)計(jì)參數(shù)

4.1 超濾系統(tǒng)

(1)超濾增壓泵。型式為臥式離心泵，數(shù)量為5臺(tái)(3用2備);流量為1 100～1 500m3/h;揚(yáng)程為30m，變頻配置;密封為機(jī)械密封;電機(jī)絕緣等級(jí)為F;防護(hù)等級(jí)為IP54。

(2)自清洗過濾器。運(yùn)行方式為全自動(dòng)，電動(dòng)吸式;設(shè)備出力為1 500m3/h，數(shù)量為3臺(tái);過濾精度為200μm;工作壓力為0.25MPa;設(shè)計(jì)溫度為40 ℃;電機(jī)功率為0.55kW。

(3)超濾裝置。數(shù)量共9套(8用1備);設(shè)計(jì)總產(chǎn)水量為≥3 200m3/h;設(shè)計(jì)運(yùn)行膜通量為37～50L/m2·h;產(chǎn)水水質(zhì)為正常SDI≤3;濁度≤0.2NTU;回收率為不小于90%。

4.2 反滲透系統(tǒng)

(1)反滲透增壓泵。型式為臥式離心泵，數(shù)量為5臺(tái)(3用2備)，流量為1 100m3/h，揚(yáng)程為32m。

(2)保安過濾器。型式為臥式圓筒，設(shè)備出力為360m3/h，數(shù)量為9臺(tái)(每臺(tái)高壓泵配套1臺(tái))，直徑為φ1 000 mm，設(shè)計(jì)壓力為0.6 MPa，過濾精度為5 μm，濾芯數(shù)量為14支/臺(tái)(大流量濾芯)。

(3)反滲透高壓泵(變頻控制)。型式為臥式離心泵，數(shù)量為9臺(tái)，單臺(tái)流量為360m3/h，揚(yáng)程為130m，變頻器為9臺(tái)，功率為240kW。

(4)反滲透裝置。數(shù)量為9套，單套凈出力為250m3/h，水回收率不小于70%，設(shè)計(jì)溫度為20 ℃，排列(級(jí)、段)方式為2段、40∶20，6芯裝，一段膜元件型式為DOW CR-100，二段膜元件型式為DOW CR-100，材質(zhì)為聚酰胺，膜通量(15 ℃)不大于19.0LMH，膜元件總數(shù)量為360支/套，共3 240支，使用壽命>3年。

(5)加藥系統(tǒng)。①還原劑投加裝置:計(jì)量箱數(shù)量為2臺(tái)，容積為2 000L；計(jì)量泵數(shù)量為5臺(tái)，出力為0～100L/h，出口壓力為1.0MPa;②阻垢劑投加裝置:阻垢劑加藥裝置9套(含一期更新3套)，一對(duì)一配置，其中包括計(jì)量箱9臺(tái)、計(jì)量泵11臺(tái)(其中2臺(tái)備用)、配管和撬座、現(xiàn)場(chǎng)就地控制箱等;③非氧化性殺菌劑加藥系統(tǒng):設(shè)置1套非氧化性殺菌裝置，間歇沖擊加藥。投加濃度為50～100mg/L。設(shè)置2臺(tái)計(jì)量箱，2臺(tái)計(jì)量泵(1用1備)，間斷使用，每周1～2次，每次30min。

4.3 新建配套水池及外供水系統(tǒng)

4.3.1 配套水池

深度處理系統(tǒng)擴(kuò)建部分配套水池,包括超濾產(chǎn)水池、反滲透產(chǎn)水池及濃鹽水池。

(1)新建超濾產(chǎn)水池(鋼砼結(jié)構(gòu))。數(shù)量為1座；容積為1 600m3；材質(zhì)為鋼砼結(jié)構(gòu)，襯2布4油環(huán)氧樹脂玻璃鋼防腐。

(2)新建反滲透產(chǎn)水池(鋼砼結(jié)構(gòu))。數(shù)量為1座；材質(zhì)為鋼砼結(jié)構(gòu)，襯2布4油環(huán)氧樹脂玻璃鋼防腐。

(3)反滲透產(chǎn)水池(鋼砼結(jié)構(gòu))。利舊，數(shù)量為1座；(預(yù)留)容積為1 500m3；設(shè)備本體材質(zhì)為鋼砼結(jié)構(gòu)，襯2布4油環(huán)氧樹脂玻璃鋼防腐。

(4)新建濃鹽水水池(鋼砼結(jié)構(gòu))。數(shù)量為1座；容積為500m3；材質(zhì)為鋼砼結(jié)構(gòu)，襯2布4油玻璃鋼防腐。

4.3.2 外供泵

新增一期反滲透水外供泵：型式為臥式離心泵，數(shù)量為3臺(tái)(同時(shí)使用)，流量為500m3/h，揚(yáng)程為55m。

5 工程設(shè)計(jì)特點(diǎn)

(1)對(duì)污水預(yù)處理進(jìn)行改造，充分降低了污水硬度，以滿足后續(xù)深度處理裝置的要求。

(2)采用浸沒式超濾和陶式反滲透膜對(duì)污水進(jìn)行深度處理，去除污水中的鹽分，以滿足回用水水質(zhì)要求。

(3)項(xiàng)目的生產(chǎn)水、供電、汽等公用工程均依托老廠現(xiàn)有，交通運(yùn)輸便捷，具有較好的建設(shè)條件。

(4)本工程采用大量節(jié)能、節(jié)水技術(shù)，符合國(guó)家產(chǎn)業(yè)政策和資源的再利用。為降低能耗，在裝置區(qū)內(nèi)新建高位水池，反滲透產(chǎn)水由高位水池自流進(jìn)入東區(qū)蓄水池，同時(shí)新建管道支路進(jìn)入外供水泵吸水池，采用自動(dòng)閥門切換。

6 結(jié)語

目前,國(guó)家鼓勵(lì)和支持企業(yè)進(jìn)行廢水深度處理后回用，減少新鮮水的使用，提高水的循環(huán)利用率。該工程原污水經(jīng)處理后達(dá)標(biāo)外排，外排水量較大，基于此原因，考慮到節(jié)約用水，計(jì)劃進(jìn)行外排達(dá)標(biāo)污水的深度處理，實(shí)現(xiàn)淡水回用，降低新鮮水的使用量。

本工程適應(yīng)國(guó)家環(huán)保及節(jié)水政策，在進(jìn)行廢水深度處理后回用。項(xiàng)目建設(shè)具有較好的環(huán)境效益，完全符合國(guó)家的環(huán)保產(chǎn)業(yè)政策要求。

預(yù)處理采用雙堿法強(qiáng)化硬度處理，膜處理采用浸沒式超濾加反滲透工藝，技術(shù)上成熟可靠，工程風(fēng)險(xiǎn)小，能滿足企業(yè)廢水處理要求，生產(chǎn)的反滲透淡水可全部回用。