＊劉橋云 杜在會 羅滔 鄧人杰 張小剛

（1.湖南華菱湘潭鋼鐵有限公司能源環(huán)保部 湖南 411100 2.湖南工程學(xué)院 湖南 411104）

1.前言

考慮到全球急速消耗的資源和能源，同時日趨越發(fā)嚴重的水域生態(tài)，作為能源和資源損耗大戶的鋼鐵行業(yè)是否可借助循環(huán)經(jīng)濟模式和新型工業(yè)化來實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，已成為該行業(yè)是否可以持續(xù)、健康、穩(wěn)定發(fā)展的關(guān)鍵問題。此外，鋼鐵工廠的工業(yè)廢水已受到了更多鋼鐵企業(yè)的重視，這些廢水是非傳統(tǒng)水資源，因此需采取措施進行處理和利用[1]。

對于鋼鐵企業(yè)來說，每日使用的新水量巨大，其水費和排污費用不斷增加，如何合理高效地利用水資源對企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展至關(guān)重要?；诖舜笮弯撹F企業(yè)需要更加高效地處理和利用現(xiàn)有水資源，同時采用先進的污染控制技術(shù)，積極推廣非傳統(tǒng)水資源的利用。近年來，針對國家對鋼鐵企業(yè)綠色發(fā)展和可持續(xù)發(fā)展的要求，鋼鐵企業(yè)正在加速發(fā)展污水處理和回用技術(shù)[2]。

隨著鋼鐵年產(chǎn)量穩(wěn)步增長，鋼鐵企業(yè)總耗水量也隨之提高。不過，相應(yīng)的污水排放量卻有了明顯降低，同時新水用量也得到有效控制。這表明我國鋼鐵企業(yè)在節(jié)能減排方面已經(jīng)有了一定的成果。未來，應(yīng)該進一步加強研究深化高效處理工藝技術(shù)、開發(fā)新型環(huán)保設(shè)備以及研制價格低廉的污水處理劑等，以提升我國鋼鐵企業(yè)在污水處理領(lǐng)域的影響力。

相比國外，中國鋼鐵行業(yè)的廢水處理技術(shù)整體水平在治理專業(yè)技術(shù)、治理范疇、生態(tài)意識以及精細化管理水平等方面與外界存在明顯差異。針對目前鋼鐵企業(yè)污水處理，已應(yīng)用串級、循環(huán)、一水多用、分級用水等手段。這些手段有效提高了工業(yè)用水循環(huán)利用率，也是重要方式和關(guān)鍵措施。此外，鋼鐵企業(yè)還形成了有效的膜技術(shù)、乳狀油污水處理和破乳技術(shù)等[3]。然而，在某些方面與國外相比存在差距，例如膜材料使用、如何有效穩(wěn)定水質(zhì)、在焦化廢水處理方面的特殊技術(shù)等方面。此外，大多數(shù)鋼鐵企業(yè)的廢水回收系統(tǒng)依靠傳統(tǒng)處理工藝，如生物分解、吸附、混凝等方法進行處理。然而，鋼鐵企業(yè)污水中含有多種污染物和復(fù)雜成分，傳統(tǒng)的處理技術(shù)無法徹底去除。這些處理技術(shù)不能滿足工業(yè)循環(huán)水系統(tǒng)對水中鹽分含量等指標的具體要求，限制了處理水的適用范圍[4]。雙膜法污水脫鹽新工藝是以新型膜材料為主體，采用物理手段，利用具有高隔絕能力的膜，將水中的污物隔絕，在應(yīng)用系統(tǒng)集成計算機程序、自動化、在線監(jiān)測儀器儀表、加工制造等最新成果的水處理新工藝。在使用雙膜法的過程中，可以確保污水處理的質(zhì)量，降低含鹽量，并達到企業(yè)節(jié)能減排的最終目的。因此加強雙膜法在鋼鐵行業(yè)污水處理中的應(yīng)用研究具有重要的意義。

因此，本文關(guān)注某鋼鐵廠廢水處理系統(tǒng)，研究了在該系統(tǒng)中采用雙膜法脫鹽技術(shù)的應(yīng)用。

2.某鋼鐵廠綜合污水處理及回用系統(tǒng)現(xiàn)有工藝基本情況

該廠廢水包括循環(huán)冷卻水系統(tǒng)產(chǎn)生的廢水、廠區(qū)生活污水和雨水。這些廢水水質(zhì)和水量都不同，但都被混合輸入至污水處理廠。

在水平衡測試期間，一級總新水量為171720m3/d，各生產(chǎn)分廠系統(tǒng)主要生產(chǎn)用水排污水量為39418m3/d，輔助生產(chǎn)用水41527m3/d，附屬生產(chǎn)用水為4820m3/d，總計排入煉鐵口和工農(nóng)閘污水處理水站的污水總計85765m3/d，與雨水混合后進入處理站進行處理，其中部分經(jīng)處理后進行回用，還有30616m3/d的處理水經(jīng)處理合格后直接排放。進入煉鐵口污水處理水站的水量為總污水量的2/3，為主要處理水站。

某鋼鐵廠煉鐵口污水處理水站設(shè)計處理水量為8000m3/h，在測試期間該污水處理站處理水量為6500m3/h左右，能夠滿足進入該污水處理站的污水處理要求。目前該處理水站采取的工藝為：煉鐵口、焦化口總排，五米板區(qū)域排水經(jīng)過粗細格柵，通過提升至調(diào)節(jié)池進行水質(zhì)、水量的均衡，經(jīng)過二次提升至混合配水井，通過在混合配水井中加藥混合進入高效澄清池內(nèi)進行絮凝沉淀，泥水分離，最后進入V型濾池進行過濾后由排水泵供五米板、寬厚板、焦燒等用水系統(tǒng)。污泥經(jīng)過濃縮、板框壓濾機壓成泥餅裝車外運。

某鋼鐵廠全廠區(qū)所有排水全部匯集至煉鐵口和工農(nóng)閘污水處理水站，經(jīng)水站處理后部分轉(zhuǎn)為中水回用，部分經(jīng)處理達到一級排放標準后排放。沉淀污泥經(jīng)壓濾機壓制成泥餅外運。煉鐵口污水處理水站設(shè)計處理水量為8000m3/h，在測試期間該污水處理站處理水量為6500m3/h左右，能夠滿足進入該污水處理站的污水處理要求。

目前，煉鐵口污水處理所采用的方法包括氣浮、生化、混凝和沉淀等方法，雖然上述方法處理后的污水可以進行外排，但是隨著鋼鐵行業(yè)對于排水的要求日益嚴格（懸浮物≤20mg/L、CODcr≤30mg/L、氨氮≤5mg/L、總氮≤15mg/L），同時為了實行水資源的利用，最好是能夠?qū)崿F(xiàn)廢水的零排放，但由于上述處理過程沒有設(shè)置除鹽系統(tǒng)，長期運行導(dǎo)致設(shè)備結(jié)垢和腐蝕，無法滿足廢水回用需求。因此，目前煉鐵口污水處理廠的處理后水主要用于綠化生產(chǎn)以及少量對水質(zhì)要求還不高的工藝用水，部分水達標后排放（懸浮物≤20mg/L、CODcr≤30mg/L、氨氮≤5mg/L、總氮≤15mg/L），不利于企業(yè)零排水目標的實現(xiàn)。因此，對于污水回用的深度處理的需求也是迫在眉睫。

3.雙膜法脫鹽在某鋼鐵廠污水處理及回用中的應(yīng)用研究

(1)雙膜法在某鋼鐵廠污水處理及回用中的設(shè)計原則和思路

本項目旨在符合某鋼鐵廠的廢水零排放要求，污水處理廠的設(shè)計采取相應(yīng)措施。處理污水時，根據(jù)工業(yè)出水（總硬度≤250mg/L、電導(dǎo)率≤1000μS/cm、氯化物≤250mg/L）和脫鹽水（總硬度≤18mg/L、電導(dǎo)率≤90μS/cm、氯化物≤15mg/L）的水質(zhì)標準，對兩種出水水質(zhì)標準進行分析并確定合理的處理工藝及回用水水質(zhì)，以實現(xiàn)廢水零排放的目標。

該項目的方案要求技術(shù)先進、管理簡單、操作便捷、且能夠長期高效穩(wěn)定運行，同時要在保證出水水質(zhì)達標的前提下，盡量降低投資費用。投產(chǎn)后，該項目的出水水質(zhì)各項主要指標及生產(chǎn)運行物耗和能耗指標需達到國內(nèi)先進水平。

(2)雙膜法在某鋼鐵廠污水處理及回用中的應(yīng)用探討

結(jié)合原有工藝以及深度處理工藝，同時充分考慮以下問題：

①經(jīng)綜合分析，對出水再采用膜處理，使其達到回用水的要求，可在該廠內(nèi)部進行循環(huán)使用。

②在采用納濾和反滲透技術(shù)之前，必須考慮采用超濾技術(shù)，以此來保證前兩者的進水達到要求。

③在采用反滲透技術(shù)之前，必須考慮采用納濾技術(shù)，以此達到反滲透的進水要求，提高產(chǎn)水率。

④經(jīng)過處理后，出水水質(zhì)達到以下要求：SS（懸浮物）≤0.3mg/L；CODcr（化學(xué)需氧量）和BOD5（生化需氧量）均為0mg/L；NH3-N（氨氮）≤1mg/L；硬度≤10mg/L；電導(dǎo)率≤50μS/cm。

根據(jù)現(xiàn)有工藝，可對于某鋼鐵廠煉鐵口污水處理站現(xiàn)有污水處理系統(tǒng)進行改進，結(jié)構(gòu)如圖1所示。在原有流程的基礎(chǔ)上增加超濾以及反滲透處理系統(tǒng)，以此可將最后的出水滿足鋼鐵廠內(nèi)部循環(huán)水的用水要求。

圖1 煉鐵口污水處理及回用示意圖

結(jié)合某鋼鐵廠目前除鹽水主要用戶為熱電鍋爐、煉鋼、煉鐵、焦化、寬厚板廠，軟水用戶總計用水量為13634m3/d，約568m3/h，因此在進行設(shè)計時，并不需要對所有初步處理污水進行深度處理，部分初步處理污水可以直接回用，部分初步處理污水進行深度處理，結(jié)合某鋼鐵廠目前除鹽水用量以及未來發(fā)展，某鋼鐵廠雙膜法工藝標準設(shè)計處理水量為1000m3/h，設(shè)計規(guī)模既可以減少投資成本，又能滿足生產(chǎn)要求。在建立深度處理系統(tǒng)后，可逐步替代中心除鹽水站，這樣可以減少四水站送中心除鹽水站的凈化水13990m3/d，從而降低噸鋼耗水量。同時可以減少污水排放量18000m3/d，約占總排水的59%，為某鋼鐵廠實現(xiàn)“零排放”奠定基礎(chǔ)。

引入膜處理系統(tǒng)的處理工藝描述如下，污水經(jīng)過原有系統(tǒng)常規(guī)處理后，進入超濾系統(tǒng)，超濾系統(tǒng)根據(jù)設(shè)計量初步設(shè)計為五套，單套產(chǎn)水量為200m3/h。經(jīng)過超濾系統(tǒng)處理后的出水進入反滲透系統(tǒng)進一步處理，已達到深度脫鹽，反滲透系統(tǒng)初步設(shè)計為五套，單套產(chǎn)水量為150m3/h。

(3)雙膜法在某鋼鐵廠污水處理及回用中的初步經(jīng)濟分析

1000m3/h方案是污水處理廠回用水采用雙膜法處理工藝，將所有污水經(jīng)預(yù)處理后全部進入超濾和一級反滲透裝置制備成除鹽水，作為熱電鍋爐、煉鋼、煉鐵、焦化、寬厚板廠軟水水源進行使用?，F(xiàn)將方案進行初步技術(shù)經(jīng)濟分析，如表1所示。

表1 方案初步技術(shù)經(jīng)濟分析

本方案項目投資7500.00萬元，實際運行費用為2736.00萬元/年。將全廠部分污水經(jīng)過反滲透后，出水達到除鹽水標準，按照除鹽水結(jié)算價格8.5元/立方米，同時可節(jié)約新水13990m3/d，按照場內(nèi)新水價格0.57元/立方米，同時減少排放污水量為18000m3/d，按照每噸排污費0.4元計算，項目投產(chǎn)后可實現(xiàn)產(chǎn)品價值約為8.5×750×24+13990×0.57+18000×0.4=16.81743萬元/天，按每年300天進行計算，年收益為5045.2290萬元。根據(jù)目前結(jié)算價格，本方案投產(chǎn)后3.2年即可收回成本，項目實現(xiàn)收益。

該建設(shè)項目的實施，全方位優(yōu)化了該廠區(qū)的污水處理工藝，借助膜處理技術(shù)，可最大限度地減少了新水量，對廠區(qū)循環(huán)用水的結(jié)構(gòu)進行了改造。該項目的建設(shè)和運行具備重要意義，能夠?qū)τ谠撲撹F廠建設(shè)環(huán)境友好型企業(yè)做出一定的貢獻。

4.結(jié)論

針對某鋼鐵廠煉鐵口污水處理廠只采用傳統(tǒng)常規(guī)工藝進行處理，提出對于污水回用的深度處理的雙膜技術(shù)，從理論探討了其可行性，對于1000m3/h雙膜法某鋼鐵廠污水處理及回用系統(tǒng)進行了初步的技術(shù)經(jīng)濟分析，項目方案投資7500.00萬元，實際運行費用為2736.00萬元/年。將全廠部分污水經(jīng)過反滲透后，出水達到除鹽水標準，項目投產(chǎn)后可實現(xiàn)產(chǎn)品價值年收益為5045.2290萬元。項目方案在投產(chǎn)3.2年后即可收回成本，實現(xiàn)收益。該項目全方位優(yōu)化了該廠區(qū)的污水處理工藝，借助膜處理技術(shù)，可最大限度地減少了新水量，對廠區(qū)循環(huán)用水的結(jié)構(gòu)進行了改造。