鋼廠雙膜法中水回用處理工藝

張瑋

上海東振環(huán)保工程技術(shù)有限公司，中國·上海 202105

1 引言

水資源短缺與水環(huán)境污染是全球淡水資源領(lǐng)域面臨的主要問題，也是中國經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展過程中所遇到的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。中國是一個(gè)水資源緊缺的國家，提高水資源的利用效率和效益勢(shì)在必行。污水回用是緩解水資源短缺的重要方法。

鋼鐵企業(yè)屬于高耗能行業(yè)，生產(chǎn)過程中需消耗大量的水。面對(duì)水資源的匱乏，如何有效利用廢水資源成為各大鋼鐵企業(yè)考慮的問題。采用傳統(tǒng)的污水處理技術(shù)已無法滿足廢水利用的要求，為了提高水循環(huán)利用率，某鋼廠在原有一套中水處理系統(tǒng)的基礎(chǔ)上新建一套中水深度處理系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)水資源的循環(huán)使用，降低噸鋼耗水量。

本工藝在原有混凝/絮凝＋沉淀/氣浮工藝基礎(chǔ)上采用中速過濾器＋浸沒式超濾＋反滲透＋陽、陰離子交換器＋混合離子交換器工藝實(shí)現(xiàn)廢水再利用，以滿足生產(chǎn)新水、軟水、一級(jí)除鹽水和二級(jí)除鹽水的水質(zhì)要求。

2 項(xiàng)目簡(jiǎn)介

2.1 設(shè)計(jì)規(guī)模

某新建中水回用水站處理規(guī)模為1250m3/h，其中包括綜合污水850m3/h和400m3/h軋鋼水處理中心濁環(huán)溢流水?；赜盟到y(tǒng)總產(chǎn)水為690m3/h。其中作為軟水的水量為300m3/h，生產(chǎn)新水水量為120m3/h，另外270m3/h反滲透產(chǎn)水經(jīng)原有陽、陰離子交換器脫鹽后作為一級(jí)除鹽水；一級(jí)除鹽水中140m3/h回用至原有除鹽水池，另外130m3/h經(jīng)新建混合離子交換器深度除鹽水后外供，作為中溫中壓干熄焦發(fā)電機(jī)組用二級(jí)除鹽水[1]。

2.2 進(jìn)、出水水質(zhì)

進(jìn)水水質(zhì)見表1。

表1 系統(tǒng)進(jìn)水水質(zhì)表

回用水水質(zhì)見表2。

表2 系統(tǒng)回用水水質(zhì)表

系統(tǒng)外排水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行GB13456——2012《鋼鐵工業(yè)水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》中表3鋼鐵聯(lián)合企業(yè)直接排放標(biāo)準(zhǔn)。

表3 系統(tǒng)外排水質(zhì)表

2.3 工藝流程

原有系統(tǒng)出水匯入回用水池后由泵提升至中速過濾器，經(jīng)中速過濾器截留懸浮物后進(jìn)入板式換熱器，以提高冬季水溫，保證系統(tǒng)回收率。板式換熱器出水進(jìn)入超濾前自清洗過濾器，出水進(jìn)入浸沒式超濾裝置。浸沒式超濾裝置通過產(chǎn)水泵抽吸負(fù)壓使水從膜外表面過濾入內(nèi)表面，產(chǎn)水儲(chǔ)存在超濾產(chǎn)水池。超濾產(chǎn)水池水經(jīng)反滲透給水泵提升至保安過濾器再經(jīng)高壓泵加壓后進(jìn)入反滲透裝置。反滲透濃水進(jìn)入反滲透濃水池，用泵輸送至外排口達(dá)標(biāo)外排。

反滲透一段產(chǎn)水進(jìn)入一段產(chǎn)水池，用泵輸送至原有軟水池作為軟水使用。由于反滲透脫鹽率會(huì)隨著運(yùn)行時(shí)間慢慢衰減，也會(huì)受到溫度的影響，為了確保一段產(chǎn)水達(dá)到軟水要求，在一段產(chǎn)水無法達(dá)到要求的情況下，一段產(chǎn)水由一段產(chǎn)水輸送泵輸送至原有鈉離子交換器，進(jìn)一步降低硬度后再進(jìn)入軟水池作為軟水使用。

二段產(chǎn)水進(jìn)入新水回用水池，與部分中速過濾器出水進(jìn)行勾兌后用泵直接泵入生產(chǎn)新水管網(wǎng)，一、二段剩余產(chǎn)水進(jìn)入反滲透二段產(chǎn)水池中儲(chǔ)存，用泵輸送至原有陽、陰離子交換器進(jìn)一步進(jìn)行脫鹽后進(jìn)入原有除鹽水池。部分水用泵輸送至一級(jí)除鹽水用水點(diǎn)，剩余部分用泵輸送至新建混合離子交換器，脫鹽至焦化除鹽水要求后進(jìn)入二級(jí)脫鹽水箱儲(chǔ)存，用泵輸送至用水點(diǎn)。

2.4 工藝特點(diǎn)

①考慮到項(xiàng)目處理水量大，用地緊張等因素，本工藝采用浸沒式超濾裝置代替外置式超濾，大大降低了占地面積。

浸沒式超濾膜直接安裝在池內(nèi)，通過產(chǎn)水泵在膜內(nèi)部產(chǎn)生負(fù)壓，使水透過膜表面實(shí)現(xiàn)過濾，其有以下幾點(diǎn)優(yōu)勢(shì)：

第一，浸沒抽吸的運(yùn)行方式，實(shí)現(xiàn)了對(duì)高濁度原水的過濾穩(wěn)定性。

第二，高密度的填充，占地面積小于外置式超濾。

第三，獨(dú)特的運(yùn)行方式無需濃水回流等手段，運(yùn)行壓力低，運(yùn)行費(fèi)用低。

②由于系統(tǒng)進(jìn)水水質(zhì)較好，反滲透一段產(chǎn)水即可滿足軟水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，故本項(xiàng)目將反滲透一段產(chǎn)水與二段產(chǎn)水分離，一段產(chǎn)水直接作為軟水回用處理。多余一段產(chǎn)水與部分二段產(chǎn)水混合作為除鹽水供給水供給陽、陰離子交換器進(jìn)一步進(jìn)行脫鹽[2]。

③本項(xiàng)目因供給用戶點(diǎn)較多，對(duì)水質(zhì)需要不同：生產(chǎn)新水、軟水、一級(jí)除鹽水、二級(jí)除鹽水等，結(jié)合各處理單元產(chǎn)水水質(zhì)不同，本項(xiàng)目采用多單元產(chǎn)水混合法對(duì)系統(tǒng)資源配置實(shí)現(xiàn)最大優(yōu)化。

對(duì)于生產(chǎn)新水采用部分中速過濾器產(chǎn)水＋反滲透二段部分產(chǎn)水混合作為其供給水。

軟水采用反滲透一段產(chǎn)水直接供給（一段產(chǎn)水＋鈉床作為補(bǔ)充工藝以滿足后期反滲透脫鹽率衰減）。

一級(jí)除鹽水供給水采用反滲透一段部分產(chǎn)水＋反滲透二段部分產(chǎn)水混合水作為供給水。

各處理單元產(chǎn)水水質(zhì)見表4。

表4 各處理單元產(chǎn)水水質(zhì)表

2.5 工藝及系統(tǒng)優(yōu)化

2.5.1 中速過濾器反洗水優(yōu)化

本工藝配備5套中速過濾器、5套浸沒式超濾和5套反滲透系統(tǒng)。超濾產(chǎn)水除作為反滲透供給水外，還需供給超濾系統(tǒng)反洗用水和中速過濾器反洗用水。超濾裝置每半小時(shí)需進(jìn)行一次自動(dòng)反洗，耗時(shí)約3～4min、每天需進(jìn)行一次維護(hù)性清洗，耗時(shí)約40～50min，處于此狀態(tài)下的超濾裝置不能進(jìn)行產(chǎn)水，即實(shí)際產(chǎn)水的超濾裝置為4套。中速過濾器運(yùn)行8h或進(jìn)、出水壓差達(dá)到設(shè)定值，亦需進(jìn)行自動(dòng)反洗。由于空間限制，超濾產(chǎn)水池為半地下式水池，地下部分約占水池總?cè)莘e的1/3，這使得水泵啟泵液位較高。為保證超濾系統(tǒng)正常反洗，超濾產(chǎn)水池液位需一直保持在超濾反洗泵啟泵液位以上（因超濾系統(tǒng)反洗為自動(dòng)進(jìn)行，但液位未達(dá)到啟泵液位，系統(tǒng)會(huì)進(jìn)入等待程序，使得超濾系統(tǒng)無法正常運(yùn)行）。但在系統(tǒng)運(yùn)行過程中發(fā)現(xiàn)中速過濾器反洗水量較大，每清洗一套中速過濾器，水池液位降低1m左右，如要保證超濾反洗隨時(shí)進(jìn)行，過濾器反洗需在水池較高液位進(jìn)行。這使得系統(tǒng)運(yùn)行不穩(wěn)定，操作人員需監(jiān)控水池液位以避免超濾產(chǎn)水池液位降至啟泵液位以下，從而使超濾反洗水泵不能正常開啟[3]。

后經(jīng)論證，將中速過濾器進(jìn)水作為其反洗水，延長(zhǎng)氣洗和水洗時(shí)間，在達(dá)到清洗效果的同時(shí)亦減輕超濾產(chǎn)水池運(yùn)行壓力。從而使系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行，減輕操作人員工作負(fù)擔(dān)。

2.5.2 反滲透一段、二段產(chǎn)水進(jìn)各水池管路優(yōu)化

因本項(xiàng)目將反滲透一段產(chǎn)水與二段產(chǎn)水分離，一段產(chǎn)水分別進(jìn)一段產(chǎn)水池和二段產(chǎn)水池；二段產(chǎn)水分別進(jìn)二段產(chǎn)水池和新水回用水池。為實(shí)現(xiàn)各段產(chǎn)水與進(jìn)水池之間自動(dòng)切換，系統(tǒng)在各水池進(jìn)水管道上安裝自動(dòng)閥門且與水池液位計(jì)連鎖。例如，反滲透一段產(chǎn)水在進(jìn)一段產(chǎn)水池與二段產(chǎn)水池管道上分別安裝自動(dòng)閥，正常運(yùn)行情況下，進(jìn)一段產(chǎn)水池自動(dòng)閥開啟，進(jìn)二段產(chǎn)水池自動(dòng)閥關(guān)閉，當(dāng)一段產(chǎn)水池達(dá)到關(guān)閥液位時(shí)，先開啟進(jìn)二段產(chǎn)水池自動(dòng)閥，隨后關(guān)閉進(jìn)一段產(chǎn)水池自動(dòng)閥。當(dāng)一段產(chǎn)水池液位降至設(shè)定開閥液位，開啟進(jìn)一段產(chǎn)水池自動(dòng)閥，關(guān)閉進(jìn)二段產(chǎn)水池自動(dòng)閥。但在系統(tǒng)運(yùn)行過程中發(fā)現(xiàn)，一旦兩個(gè)水池進(jìn)水自動(dòng)閥中的一個(gè)出現(xiàn)故障，就會(huì)造成閥門無法正常開啟時(shí)，就會(huì)使得反滲透產(chǎn)水管道憋壓，從而使運(yùn)行中的所有反滲透裝置爆破膜損壞，需要逐套進(jìn)行更換。這不僅使得維修工作非常巨大，并且系統(tǒng)不能穩(wěn)定供水，對(duì)用戶影響也很大。為解決這類問題，將反滲透一段產(chǎn)水進(jìn)二段產(chǎn)水池自動(dòng)閥取消，管道改為倒U型，這樣在進(jìn)一段產(chǎn)水池閥門開啟狀態(tài)下，因進(jìn)二段產(chǎn)水池管道為倒U型，增加管道背壓，使得來水全部進(jìn)入一段產(chǎn)水池，只有當(dāng)進(jìn)一段產(chǎn)水池閥門關(guān)閉情況下，一段產(chǎn)水才會(huì)進(jìn)入二段產(chǎn)水池，且不會(huì)因閥門故障而造成對(duì)反滲透系統(tǒng)的憋壓，出現(xiàn)系統(tǒng)不能正常運(yùn)行的情況。

3 結(jié)論

此工藝充分利用中速過濾器、超濾系統(tǒng)、反滲透一段產(chǎn)水、二段產(chǎn)水水質(zhì)不同的特點(diǎn)，將各處理單元產(chǎn)水靈活匹配，使其達(dá)到生產(chǎn)新水、軟水、一級(jí)除鹽水及二級(jí)除鹽水的需求，實(shí)現(xiàn)水資源利用最大化。