谷洪雪（天津冶金集團(tuán)軋三鋼鐵有限公司，天津300131）

天津軋三的鋼鐵廢水綜合處理與回用

谷洪雪（天津冶金集團(tuán)軋三鋼鐵有限公司，天津300131）

[摘要]為了降低噸鋼新水耗量，節(jié)能減排，保護(hù)環(huán)境，天津冶金集團(tuán)軋三鋼鐵有限公司根據(jù)發(fā)展用水需要以及環(huán)保等要求，建設(shè)了鋼鐵廢水處理及回用工程。該工程設(shè)計(jì)處理規(guī)模為4 500 m3/d，采用超濾、反滲透、鈉離子交換器等處理工藝，處理出水作為循環(huán)水補(bǔ)水。介紹了該工程的工藝流程，主要構(gòu)筑物的設(shè)計(jì)原理及參數(shù)。

[關(guān)鍵詞]鋼鐵廢水處理；超濾；反滲透

1　引言

鋼鐵廢水的特點(diǎn)是量大、成分復(fù)雜、難處理、不易降解和凈化，危害性較大，如不做處理會(huì)對(duì)環(huán)境以及人類的身體健康造成威脅。天津冶金集團(tuán)軋三鋼鐵有限公司根據(jù)總體規(guī)劃以及生產(chǎn)發(fā)展用水要求，將全廠生產(chǎn)廢水進(jìn)行收集處理，并將處理后的軟水和濃鹽水用于循環(huán)水系統(tǒng)，以達(dá)到節(jié)約用水，保護(hù)環(huán)境的目的。

2　設(shè)計(jì)規(guī)模與水質(zhì)

天津軋三鋼鐵有限公司廢水處理系統(tǒng)，處理規(guī)模為4 500 m3/d，廢水處理站最終產(chǎn)水為150 m3/h的除鹽軟化水和50 m3/h的濃鹽水。設(shè)計(jì)進(jìn)出水水質(zhì)如表1。

3　工藝流程及主要構(gòu)筑物的設(shè)計(jì)參數(shù)

3.1工藝流程

針對(duì)該鋼鐵廠綜合廢水的特點(diǎn)，采用預(yù)處理系統(tǒng)，深度處理系統(tǒng)以及軟化水制備系統(tǒng)對(duì)鋼鐵廢水進(jìn)行處理。廢水處理工藝流程見(jiàn)圖1。

表1　鋼鐵廢水水質(zhì)

由圖1可知，本系統(tǒng)預(yù)處理設(shè)施包括全自動(dòng)格柵、調(diào)節(jié)池、石灰反應(yīng)槽、一體化凈水器、自清洗過(guò)濾器、超濾裝置。鋼鐵廢水先進(jìn)入沉砂池去除廢水中粒徑大的沙粒。沉砂池出水經(jīng)過(guò)全自動(dòng)格柵除去較大漂浮物或懸浮物后進(jìn)入曝氣調(diào)節(jié)池，調(diào)節(jié)池出水加入石灰、聚氯化鋁鐵和聚丙烯酰胺后進(jìn)入一體化凈水器。廢水在一體化凈水器里經(jīng)過(guò)混凝、沉淀、過(guò)濾后進(jìn)入凈水池內(nèi)，凈水池里的水經(jīng)過(guò)管道換熱器加熱至預(yù)定溫度，再經(jīng)過(guò)自清洗過(guò)濾器去除殘余的顆粒物后進(jìn)入超濾裝置。超濾出水后進(jìn)入中間水池，再通過(guò)高壓泵打入反滲透系統(tǒng)，廢水經(jīng)過(guò)除鹽再去除CO2后進(jìn)入除鹽水池，最后除鹽水經(jīng)過(guò)鈉離子交換器去除鈉、鎂離子硬度后得到軟水，再供往各個(gè)用水點(diǎn)。一體化凈水器和石灰反應(yīng)槽里的污泥經(jīng)過(guò)管道進(jìn)入污泥濃縮池，污泥濃縮池里的污泥加入聚丙烯酰胺等藥品后用污泥泵打入帶式壓濾機(jī)，經(jīng)過(guò)脫水、碾壓成泥餅后外運(yùn)。

圖1　廢水處理與回用工藝流程

3.2主要構(gòu)筑物設(shè)計(jì)參數(shù)

3.2.1格柵及調(diào)節(jié)池

設(shè)置中格柵一臺(tái)，柵條間隙B=20 mm,格柵寬度800 mm。調(diào)節(jié)池容積900 m3，調(diào)節(jié)池分為兩格，一格作為預(yù)沉池，容積300 m3；另一格容積600 m3，調(diào)節(jié)池中設(shè)有曝氣攪拌裝置，使污水中污泥不沉降，并充分耗氧，把污水中二價(jià)鐵氧化成三價(jià)鐵，并去除污水中部分有機(jī)物，提升后續(xù)除鐵效果。

3.2.2石灰反應(yīng)槽

由于來(lái)水中的硬度較高，無(wú)法直接采用膜處理工藝，因此需要進(jìn)行去除硬度預(yù)處理。本系統(tǒng)采用的去除硬度預(yù)處理為熟石灰軟化，即通過(guò)向水中投加熟石灰，把水中的Ca2+、Mg2+轉(zhuǎn)化為難溶化合物使其沉淀出來(lái)。

3.2.3聚氯化鋁鐵PAFC和聚丙烯酰胺PAM加藥系統(tǒng)

為了避免水中較高濃度的二氧化硅對(duì)反滲透膜的不利影響，在通過(guò)熟石灰軟化后，向水中投加聚合氯化鋁鐵，此時(shí)廢水內(nèi)鐵鹽可以形成無(wú)定形氫氧化鐵，它能夠吸附溶解硅。因此，可使水中殘余溶解硅含量進(jìn)一步降低，從而滿足反滲透系統(tǒng)長(zhǎng)周期穩(wěn)定運(yùn)行的要求。混凝劑聚丙烯酰胺的作用是將水中微小的膠體、懸浮物，甚至大分子有機(jī)物通過(guò)電中和、混凝、架橋、網(wǎng)捕使之形成較大顆粒的懸浮物，以便生成較大的礬花在一體化凈水器中去除掉。

3.2.4一體化凈水器

一體化凈水器包括布水、反應(yīng)、沉淀、過(guò)濾、集水、集泥、自動(dòng)反洗7個(gè)主要單元。一體化凈水器里的高濃度絮凝層，能使原水中的雜質(zhì)顆粒在其間得到充分地碰撞接觸，吸附的幾率增大，雜質(zhì)顆粒去除率高。凈水系統(tǒng)自動(dòng)化，既保證了凈水系統(tǒng)的高效過(guò)濾，又能自動(dòng)反沖洗，無(wú)需另設(shè)反沖洗水泵或空壓機(jī)等電氣設(shè)備，而且節(jié)省了大量基建投資及日常運(yùn)行、維修、保養(yǎng)費(fèi)用。本系統(tǒng)采用兩套一體化凈水器，每套處理水量150 m3/h。

3.2.5超濾裝置

超濾可以去除病毒、大分子物質(zhì)、膠體等。膜使用壽命在3年以上，在3年之內(nèi)的任何時(shí)期，凈出力達(dá)到保證值SDI≤4。本系統(tǒng)設(shè)置2套100 m3/h的超濾裝置，全自動(dòng)運(yùn)行。系統(tǒng)的出水量可以滿足各種工況的運(yùn)行，每套都能單獨(dú)運(yùn)行，也可同時(shí)運(yùn)行。

3.2.6反滲透裝置

反滲透是用一定的壓力使溶液中的溶劑通過(guò)反滲透膜分離出來(lái)。反滲透裝置利用膜分離技術(shù)除去水中大部分離子、SiO2等，大幅降低TDS。反滲透膜元件選用DOW公司增強(qiáng)型低壓污染高脫鹽復(fù)合膜BW30-365FR，設(shè)計(jì)兩套一級(jí)兩段的反滲透裝置，每套一段11根膜組件，二段6根膜組件，每套產(chǎn)水量75 m3/h，配套使用的膜外殼為玻璃鋼壓力容器。選用高壓泵為92SV7／2AG450T，流量45~120m3/h，揚(yáng)程為96.7~192.4 m，功率45 kW。

3.2.7鈉離子交換器

全自動(dòng)軟化水設(shè)備由鈉離子交換器、控制系統(tǒng)和溶鹽系統(tǒng)3部分組成。本處理系統(tǒng)選用固定單層床，無(wú)頂壓逆流再生鈉離子交換的處理工藝。單臺(tái)設(shè)備額定出水量為150 m3/h，兩臺(tái)設(shè)備并聯(lián)運(yùn)行，一用一備，可保證每小時(shí)產(chǎn)水量大于150 m3。當(dāng)任一臺(tái)設(shè)備失效時(shí)，該失效罐自動(dòng)退出運(yùn)行，啟動(dòng)再生程序。每臺(tái)軟化罐的工作狀態(tài)依次為：運(yùn)行→再生（反洗、吸鹽、置換、正洗）→運(yùn)行。

3.2.8泥漿處理系統(tǒng)

本工程配套泥漿處理系統(tǒng)由污泥濃縮池、泥漿泵及帶式壓濾機(jī)組成。污泥濃縮池：Φ5.0 m×4.0 m，池內(nèi)設(shè)泥漿攪拌機(jī)一臺(tái)。污泥濃縮機(jī)，中心傳動(dòng),軸長(zhǎng)4.0 m，n=15 r/min。泥漿泵共3臺(tái)，2用1備。泥漿泵選用立式渣漿泵。選用帶寬1 500 mm的帶式壓濾機(jī)2臺(tái)，一用一備，自帶濾布沖洗系統(tǒng)，可定期清洗濾布以恢復(fù)其透水能力。

4　運(yùn)行效果

該工程于2012年10月開始調(diào)試，經(jīng)歷了所有設(shè)備的調(diào)試、構(gòu)筑物單體進(jìn)水，并依次檢查構(gòu)筑物滲漏點(diǎn)→設(shè)備單機(jī)試車→小范圍設(shè)備聯(lián)動(dòng)試車→構(gòu)筑物全線進(jìn)水→全面聯(lián)動(dòng)試車。工程正式投入運(yùn)行后加藥方對(duì)設(shè)備出水進(jìn)行了水質(zhì)檢測(cè)。結(jié)果表明，廢水經(jīng)過(guò)構(gòu)筑物和設(shè)備后，主要指標(biāo)達(dá)到了出水水質(zhì)要求。實(shí)際進(jìn)、出水水質(zhì)如表2所示。

5　運(yùn)行成本分析

廢水處理藥劑消耗：石灰乳約0.032元/t水，聚合氯化鋁鐵0.1元/t水，聚丙烯酰胺0.06元/t水，次氯酸鈉0.02元/t水，阻垢劑0.165元/t水，污泥脫水用藥劑0.01元/t水，工業(yè)鹽用量為每噸水0.01元/噸水，藥劑費(fèi)用合計(jì)0.42元/t水；電耗為1.165元/噸水；工人工資0.125元/t水；折舊費(fèi)為0.396元/t水，合計(jì)運(yùn)行費(fèi)用2.106元/t水。每天處理廢水大約4 500 t，每年處理大約164.25萬(wàn)t，節(jié)約新水164.25 萬(wàn)t，（新水成本為7.85元/t水），則每年可節(jié)約成本943萬(wàn)元，實(shí)現(xiàn)了經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益的雙贏。

表2　實(shí)際進(jìn)、出水水質(zhì)指標(biāo)

6　結(jié)語(yǔ)

實(shí)踐證明，采用一體化凈水器加超濾、反滲透、鈉離子交換器處理鋼鐵廢水是可行的，其工藝合理，技術(shù)先進(jìn)。處理后的出水水質(zhì)達(dá)到了《工業(yè)循環(huán)冷卻水處理設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50050—95）的要求，完全滿足煉鐵、煉鋼、鍋爐等工藝用水要求，具有顯著的環(huán)境效益、經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

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Comprehensive Treatment and Recovery of Waste Water from Steel Production

GU Hong-xue (Tianjin Metallurgy Group Zhasan Steel Company Limited, Tianjin 300131, China)

AbstractTianjin Metallurgy Group Zhasan Steel Company Limited constructed the treatment and recovery system for waste water from steel production in order to fulfill the demand on water by development and environmental protection. Its designed treating capacity is 4 500 m3/d and the treatment processes of ultrafiltration, reverse osmosis and sodium ion exchanger are adopted. The treated water is used as make-up water for circulating water and its quality meets standard requirement. The water demand by processes of iron-making, steel-making and boiler is fulfilled and prominent environmental, economic and social benefits are obtained.

Key wordsiron and steel; waste water; treatment; ultrafiltration; reverse osmosis

作者簡(jiǎn)介：谷洪雪（1988—），女，本科，主要從事廢水處理方面的研究工作。

收稿日期：2014- 08- 14修回日期：2014- 09- 02

doi：10.3969/j.issn.1006-110X.2015.02.018