徐達(dá)坤

(麥王環(huán)境技術(shù)股份有限公司，上海 200082)

鋼鐵工業(yè)作為我國(guó)工業(yè)發(fā)展的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)，既是用水大戶也是排污大戶。隨著現(xiàn)代化工業(yè)的迅速發(fā)展，用水量劇增，水資源短缺，已成為鋼鐵工業(yè)發(fā)展的瓶頸[1-2]。鋼鐵工業(yè)中冷軋工段用水量大，污水污染物來(lái)源多，成分復(fù)雜，處理難度較大，冷軋廢水經(jīng)處理達(dá)標(biāo)后進(jìn)行回用是各大鋼鐵企業(yè)長(zhǎng)期追求的目標(biāo)，并且進(jìn)行了大量的探索和嘗試性應(yīng)用。目前冷軋廢水回用的主要出路有：(1)用作沖渣水或沖灰水，廢水經(jīng)處理達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)后直接用作沖渣水，不需再建設(shè)深度處理設(shè)施，相對(duì)來(lái)講比較簡(jiǎn)便，但受到廢水鹽分、管道鋪設(shè)及維護(hù)等因素的影響，限制了該方案的大規(guī)模應(yīng)用；(2)進(jìn)行深度處理后，作為循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的補(bǔ)水或脫鹽水系統(tǒng)的原水進(jìn)行回用，目前這方面的回用已經(jīng)取得了一定的突破和進(jìn)展[3-6]。

對(duì)冷軋廢水進(jìn)行深度處理和回收利用時(shí)，需要進(jìn)行脫鹽處理，目前比較常用的處理方式為雙膜法，經(jīng)過(guò)超濾和反滲透，廢水中細(xì)菌、懸浮物、病毒、膠體和鹽等污染物絕大部分都可去除，最后得到能夠回收利用的水資源[7]。

1 工程概況

河北某鋼鐵公司冷軋板生產(chǎn)工藝包含連續(xù)酸洗、 熱基熱鍍鋅和酸再生，產(chǎn)生的廢水主要有含酸廢水、稀堿廢水、平整液廢水和乳化液廢水。該公司建有廢水處理站，根據(jù)各股廢水性質(zhì)的不同，先采用分質(zhì)預(yù)處理后，再采用生化處理，廢水站出水達(dá)到《鋼鐵工業(yè)水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB13456—2012)標(biāo)準(zhǔn)[8-9]。根據(jù)項(xiàng)目環(huán)評(píng)的要求，需要對(duì)廢水站出水進(jìn)行回用，主要作為循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的補(bǔ)水。因此新建一套深度處理設(shè)施以滿足回用的需求。

1.1 進(jìn)出水水質(zhì)

廢水處理站出水水質(zhì)滿足《鋼鐵工業(yè)水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB 13456-2012)的要求，詳見(jiàn)表1。廢水經(jīng)深度處理后主要用于工藝循環(huán)冷卻水站的補(bǔ)充水，滿足循環(huán)冷卻水補(bǔ)水的水質(zhì)要求，詳見(jiàn)表2。

表1 設(shè)計(jì)進(jìn)水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)Table 1 Designed Requirement For Inlet Wastewater

表2 設(shè)計(jì)出水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)Table 2 Designed Requirement For Outlet Wastewater

1.2 設(shè)計(jì)工藝流程

深度回用系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)模為20 m3/h。深度處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用“藥劑軟化+離子交換+超濾(UF)系統(tǒng)+反滲透(RO)系統(tǒng)”的處理公益，系統(tǒng)產(chǎn)水送入回用水池，供循環(huán)水站補(bǔ)水使用。濃鹽水外排至高爐燜渣。設(shè)計(jì)工藝流程如圖1所示所示。

圖1 工藝流程Fig.1 Process flow

(1)預(yù)處理工藝

預(yù)處理段的主要任務(wù)是去除廢水中的硬度和懸浮物質(zhì)。使得其水質(zhì)符合反滲透系統(tǒng)的進(jìn)水要求。設(shè)計(jì)的預(yù)處理工藝段包括：藥劑軟化+離子交換器+超濾裝置。

根據(jù)廢水中硬度的種類及濃度的不同，可以選擇不同的軟化工藝。冷軋廢水硬度較高，本項(xiàng)目采用二級(jí)軟化，即“藥劑軟化+離子交換樹(shù)脂軟化”。藥劑軟化方法較為簡(jiǎn)單，即為簡(jiǎn)單的混凝沉淀工藝，根據(jù)廢水堿度不同，采用氫氧化鈉-純堿軟化法或石灰-純堿方法。離子交換器可進(jìn)一步去除水中鈣鎂離子，降低硬度。

廢水站出水在原水池中混合均勻，經(jīng)水泵提升至預(yù)處理混凝池1和2，自流入絮凝池，在混凝池內(nèi)投加石灰乳和純堿，以降低硬度，在絮凝池內(nèi)投加PAM，之后加入鹽酸調(diào)節(jié)pH值。水中生成礬花絮體后自流入軟化澄清池進(jìn)行泥水分離。澄清池上清液出水進(jìn)入多介質(zhì)過(guò)濾器，在多介質(zhì)過(guò)濾器中去除絕大部分懸浮物和部分膠體物質(zhì)后，再進(jìn)入離子交換器進(jìn)一步除去硬度降低反滲透裝置結(jié)垢風(fēng)險(xiǎn)。離子交換器出水進(jìn)入自清洗過(guò)濾器，攔截其中可能存在的破碎濾料顆粒及前級(jí)中可能泄露的雜質(zhì)，進(jìn)入超濾裝置。在超濾裝置中，絕大部分的懸浮物、濁度、色度、以及部分有機(jī)物都被去除，使得其出水的SDI小于5，保證出水符合反滲透裝置的進(jìn)水水質(zhì)要求，進(jìn)入超濾水池，作為下一工藝的進(jìn)水。

軟化產(chǎn)生的污泥，與前段廢水站的污泥混合處理，不單獨(dú)設(shè)置污泥處理系統(tǒng)。

(2)一級(jí)反滲透除鹽工藝

反滲透裝置用來(lái)對(duì)原水進(jìn)行脫鹽，保證其出水滿足循環(huán)水補(bǔ)水的要求。超濾產(chǎn)水由一級(jí)水泵提升，經(jīng)投加阻垢劑、還原劑后，進(jìn)入一級(jí)5 μm保安過(guò)濾器，去除水中可能存在的剩余顆粒物質(zhì)，以免高壓泵及反滲透膜元件被損壞；保安過(guò)濾器出水由一級(jí)反滲透高壓泵升壓，進(jìn)入一級(jí)反滲透裝置。在一級(jí)反滲透裝置中，水被分成兩部分，即含鹽量非常少的反滲透產(chǎn)水以及濃縮的濃水，產(chǎn)水進(jìn)入回用水池，濃水進(jìn)入一級(jí)RO濃水池收集，進(jìn)入后續(xù)工藝?yán)^續(xù)處理；反滲透裝置是整個(gè)系統(tǒng)的關(guān)鍵，用來(lái)對(duì)原水進(jìn)行預(yù)脫鹽，脫鹽率≥97%。

(3)濃水反滲透裝置減排工藝

一級(jí)反滲透濃水經(jīng)過(guò)預(yù)處理后進(jìn)入RO濃水池，再經(jīng)濃水RO提升泵提升進(jìn)入5 μm保安過(guò)濾器。在進(jìn)入反滲透高壓泵前投加非氧化殺菌劑、阻垢劑后，由濃水反滲透高壓泵升壓，進(jìn)入濃水反滲透裝置。濃水反滲透產(chǎn)水出口設(shè)置電導(dǎo)儀監(jiān)視產(chǎn)水水質(zhì)，合格產(chǎn)水可以進(jìn)入回用水池作為循環(huán)水站補(bǔ)水用。濃鹽水壓力排入濃鹽水池，由濃鹽水外排泵外排至高爐燜渣。

2 主要構(gòu)筑物及設(shè)備參數(shù)

2.1 預(yù)處理系統(tǒng)

(1)預(yù)處理反應(yīng)池(混凝池1、混凝池2和絮凝池)：2+2+2座(并列運(yùn)行)，單池容積20 m3，鋼砼防腐。每格反應(yīng)池內(nèi)設(shè)攪拌機(jī)，功率為2.2 kW。

(2)軟化澄清池：2座(并列運(yùn)行)，單座處理能力60 m3/h，容積100 m3，表面負(fù)荷3.3 m3/m2/h，鋼砼防腐。設(shè)中心傳動(dòng)刮泥機(jī)2臺(tái)，功率1.1 kW，排泥泵4臺(tái)(2臺(tái)污泥循環(huán)用，2臺(tái)排泥用)，單臺(tái)流量10 m3/h，揚(yáng)程20 m，功率5.5 kW。

(3)收集水池：1座，鋼砼防腐，容積70 m3。收集水池提升泵2臺(tái)(1用1備)，用于將收集的回用水站的內(nèi)部廢水提升至廢水站，流量50 m3/h，揚(yáng)程15 m，功率4 kW。

(4)預(yù)處理pH調(diào)整池：1座，容積15 m3，反應(yīng)時(shí)間大于 5 min。池內(nèi)設(shè)pH在線儀1套。

(5)多介質(zhì)過(guò)濾器：3臺(tái)，直徑2600 mm，直邊高度 2000 mm。碳鋼襯膠，水帽ABS。過(guò)濾流速8.5 m/h，單臺(tái)設(shè)計(jì)出力45 m3/h。水反沖洗強(qiáng)度為14 L/(m2·s)，沖洗時(shí)間 5～15 min，氣沖洗強(qiáng)度取為15 L/(m2·s)，擦洗時(shí)間為2 min。

(6)離子交換器：3臺(tái)，直徑1600 mm，過(guò)濾流速20 m/h，單臺(tái)設(shè)計(jì)出力40 m3/h，承托層石英砂2～3 mm，濾層高度 200 mm，弱酸樹(shù)脂層，濾層高度1600 mm。材質(zhì)碳鋼襯膠。每臺(tái)離子交換器出水管路設(shè)置1臺(tái)樹(shù)脂捕捉器。產(chǎn)水口設(shè)電磁流量計(jì)和pH儀。

(7)自清洗過(guò)濾器：3臺(tái)，與超濾裝置一一對(duì)應(yīng)。網(wǎng)式自動(dòng)自清洗，流量45 m3/h，精度100 μm。

(8)超濾裝置：3套，單套進(jìn)水量為45 m3/h，凈產(chǎn)水量≥40 m3/h，單套水回收率≥90%；PVDF材質(zhì)中空纖維膜，外壓式，設(shè)計(jì)凈水通量≤35 L/(m2·h)。反洗水泵流量40 m3/h，揚(yáng)程25 m，功率7.5 kW。

2.2 一級(jí)反滲透除鹽系統(tǒng)

(1)一級(jí)RO提升泵：3臺(tái)(2用1備)，流量60 m3/h，揚(yáng)程35 m，功率11 kW。

(2)一級(jí)RO保安過(guò)濾器：3臺(tái)，1支/臺(tái)。PP大流量折疊濾芯。處理出力40 m3/h。

(3)一級(jí)RO高壓泵：3臺(tái)，與3套一級(jí)反滲透裝置一一對(duì)應(yīng)，立式離心泵，流量40 m3/h，揚(yáng)程120 m，功率2 kW。

(4)一級(jí)反滲透裝置，：3套，單套進(jìn)水量為40 m3/h，凈產(chǎn)水量≥26 m3/h，單套水回收率≥65%，脫鹽率≥97%；設(shè)計(jì)通量不大于15 L/m2h。膜元件型號(hào)DOW公司BW30XFR-400/34。單套膜元件48支，總計(jì)144支。排列方式位5：3一級(jí)二段排列。

(5)深度處理回用水池：1座，容積300 m3，鋼砼防腐。

2.3 濃水反滲透系統(tǒng)

(1)濃水RO進(jìn)水池：1座，175 m3，鋼砼防腐。

(3)濃水RO保安過(guò)濾器：2臺(tái)，1支/臺(tái)。PP大流量折疊濾芯，處理出力40 m3/h。

(4)濃水RO高壓泵：2臺(tái)，與2套濃水反滲透裝置一一對(duì)應(yīng)，立式離心泵，流量21 m3/h，揚(yáng)程200 m，功率18.5kW。

(5)濃水反滲透裝置：2套，單套進(jìn)水量為21 m3/h，凈產(chǎn)水量≥11.5 m3/h，單套水回收率≥55%，脫鹽率≥97%。膜元件型號(hào)DOW公司BW30XFR-400/34。單套膜元件20支，總數(shù)量40支。排列方式按3∶1進(jìn)行一級(jí)二段排列。

(6)濃鹽水池，1座，250 m3，鋼砼防腐。

3 運(yùn)行控制

3.1 進(jìn)水水質(zhì)控制

深度處理系統(tǒng)的進(jìn)水是廢水處理站的產(chǎn)水，污水站良好的運(yùn)行管理才能確保進(jìn)水水質(zhì)穩(wěn)定。運(yùn)行過(guò)程中，加強(qiáng)與上游廢水站的溝通，確保來(lái)水水質(zhì)穩(wěn)定。該項(xiàng)目運(yùn)行一年，統(tǒng)計(jì)系統(tǒng)進(jìn)水質(zhì)均值如表3所示，實(shí)際進(jìn)水水質(zhì)優(yōu)于設(shè)計(jì)值。

表3 進(jìn)水水質(zhì)Table 3 Inlet wastewater quality

3.2 預(yù)處理優(yōu)化

縱觀國(guó)內(nèi)雙膜法深度處理回用中出現(xiàn)的問(wèn)題，絕大部分都是發(fā)生在預(yù)處理工序上，做好預(yù)處理段的運(yùn)行控制是系統(tǒng)良好運(yùn)行的關(guān)鍵。冷軋廢水的主要污染物為 CODcr、石油類和硬度等。本項(xiàng)目中CODcr和油類在廢水處理站得到了較好的處理，能滿足后續(xù)膜系統(tǒng)的要求，因此預(yù)處理段需要主要關(guān)注硬度的去除。本項(xiàng)目進(jìn)水的硬度約200～400 mg/L，預(yù)處理藥劑軟化后硬度一般控制在80 mg/L以下。之后廢水進(jìn)入離子交換器，運(yùn)行效果如表4所示，廢水中硬度得到了有效的去除。

表4 離子交換器處理效果Table 4 Treatment result for ion exchanger

但在運(yùn)行過(guò)程中，我們也發(fā)現(xiàn)了系統(tǒng)存在的一些問(wèn)題：(1)離子交換器出水無(wú)自動(dòng)檢測(cè)裝置，產(chǎn)水只能通過(guò)人工取樣檢測(cè)，離子交換器失效后，廢水中鈣鎂離子會(huì)進(jìn)入超濾系統(tǒng)，可能對(duì)膜系統(tǒng)造成損傷。(2)離子交換器再生成本過(guò)高，單臺(tái)離子交換器再生—轉(zhuǎn)型過(guò)程需要消耗鹽酸約0.6～0.8 t，液堿約0.4～0.6 t，藥劑成本約1200元/次，耗二級(jí)除鹽水約40 t。考慮到水、電成本，單臺(tái)陽(yáng)床每次再生成本約為2000元。同時(shí)離子交換器再生廢液也難以得到有效處理。(3)系統(tǒng)經(jīng)藥劑軟化后，硬度可控制在80 mg/L以下，經(jīng)一級(jí)RO濃縮后，濃水硬度在300 mg/L以下，滿足濃水RO進(jìn)水條件，濃水RO單元產(chǎn)水的水質(zhì)也滿足回用要求。綜合考慮到系統(tǒng)回用水質(zhì)要求及成本情況，離子交換器暫未投入使用。

3.3 提高膜系統(tǒng)運(yùn)行效率

為避免膜系統(tǒng)出現(xiàn)嚴(yán)重污堵影響出水效率與質(zhì)量，保證反滲透系統(tǒng)的高效穩(wěn)定運(yùn)行，運(yùn)行中注意做好如下措施：(1)需要定期根據(jù)產(chǎn)水電導(dǎo)率情況，評(píng)估系統(tǒng)處理效果，對(duì)膜元件進(jìn)行檢測(cè)分析；(2)為保證雙膜系統(tǒng)進(jìn)水水質(zhì)達(dá)到要求，降低污堵頻率，需要定期更換保安過(guò)濾器濾芯；(3)及時(shí)進(jìn)行系統(tǒng)清洗，確保系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。

4 運(yùn)行情況分析

4.1 運(yùn)行效果

深度回用系統(tǒng)產(chǎn)水水質(zhì)如表5所示，不難看出，深度回用處理出水水質(zhì)完全符合循環(huán)水補(bǔ)水的的水質(zhì)要求。

表5 出水水質(zhì)Table 5 Outlet wastewater quality

4.2 技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析

對(duì)深度處理系統(tǒng)運(yùn)行能源消耗、藥劑費(fèi)、人工費(fèi)等進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，處理運(yùn)行成本分析見(jiàn)表6，不含大修及折舊，運(yùn)行成本約為3.73元/噸。

續(xù)表6

5 結(jié) 論

鋼鐵企業(yè)冷軋板生產(chǎn)廢水經(jīng)污水廠處理后，進(jìn)入深度處理系統(tǒng)。深度處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用“藥劑軟化+離子交換+超濾(UF)系統(tǒng)+反滲透(RO)系統(tǒng)”工藝。實(shí)際運(yùn)行中，通過(guò)優(yōu)化系統(tǒng)運(yùn)行，出水電導(dǎo)率良好，滿足循環(huán)水站的使用要求。工藝運(yùn)行結(jié)果表明：該工藝處理效果理想，各項(xiàng)運(yùn)行指標(biāo)良好，深度處理段處理費(fèi)用約為3.73元/噸。