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天津鋼鐵集團有限公司廢水深度處理站工程設計及運行

來源:至德鋼業 日期:2021-11-29 07:08:08 人气:130

天津鋼鐵集團有限公司廢水深度處理站工程爲例,介紹了典型的鋼鐵企業綜合生産廢水的處理流程:調節池-混凝澄清-過濾—反滲透。實際運行表明,系統出水電導率≤50μS/cm,總硬度≤10 mg/L,完全滿足天津鋼鐵集團有限公司的生産用水要求。

1工程概述

天津鋼鐵集團有限公司地处天津市,屬于嚴重缺水地區。目前,天津鋼鐵集團有限公司全廠生産用水均采用市政自來水,日取水量約3.2m3,是天津市的用水大戶。隨著水資源的日益緊張,如何實現廢水的回用,從而減少自來水的取水量,節約水資源,已成爲天津鋼鐵集團有限公司亟需解決的重大課題。

2008,天津鋼鐵集團有限公司開始組織籌建廢水深度處理站一期工程。廢水深度處理站(一期)工程的廢水來源主要有四部分:天津鋼鐵集團有限公司廠內水處理車間混凝澄清設備排泥水、過濾設備反沖洗排水、各循環水系統強制排汙水以及雨季時的少量雨水,總水量約500 m3/h。該廢水具有如下特點:①受廢水排放點工作制度不同影響,水質波動明顯;②汙染物以無機成分爲主,同時含有少量有機汙染物,可生化性較差;③含鹽量高,主要體現在硬度和電導率指標上;④含有少量浮油。針對廢水水質的特點,本工程采用混凝、澄清、過濾、反滲透相結合的處理工藝,處理出水作爲電爐煉鋼區域的生産用水。廢水主要汙染物爲懸浮物、鹽類、有機物及少量浮油等,廢水深度處理站設計進出水水質如表1。废水处理工艺流程为废水→格栅→調節池→高效澄清器→中間水池→中速過濾器→多介質過濾器→RO裝置→回用水點。

2主要構築物及設備

2.1格柵間

格柵渠道2,有效水深1.5 m,尺寸爲11.5 m×3 m×6.2 m。自動回轉細格柵2,耙齒間隙爲20 mm,格柵寬度爲1.1 m,安裝傾角75°,功率爲0.75 kW

2.2調節池

由于生産工藝所致,各個車間的生産具有不同特點,導致生産廢水的排放不均勻,因此待处理的废水水量和水质在时间上会有变化。調節池的作用在于减小流量波动,同時使待處理廢水均質,将进入后续处理系统的水量和水质变化减到最低限度。調節池内设置潜水搅拌器以防止污泥沉淀。在調節池后部的取水井上安装自控自吸泵,用于將廢水提升至高效澄清器。水泵出口幹管設1台電磁流量計,對進入高效澄清器的廢水流量進行測量與累計計量。

調節池1,有效水深2.9 m,尺寸爲24 m×18 m×8 m,有效停留時間爲2.5 h。潛水攪拌器3,單台功率10 kW。廢水自控自吸泵3,單台Q=300 m3/h,H=25 m,N=90 kW,21備。雨水立式長軸泵2,Q=4 748 m3/h,H=10.2 m,N=185 kW

2.3高效澄清器

高效澄清器是集反應、預沈和斜管分離3個單元爲一體的高效水處理設備。與混凝劑、助凝劑和石灰充分混合後的廢水進入高效澄清器的反應區,懸浮物和膠體在反應區形成礬花,石灰與水中碳酸氫鈣發生反應生成碳酸鈣沈澱,使碳酸氫鈣得到去除,同時也起到殺菌消毒的作用,有效防止藻類在斜管內繁殖生長。當礬花進入面積較大的預沈區時移動速度放緩,這樣可以避免造成礬花的破裂和渦流的形成,也使絕大部分的懸浮固體在該區域沈澱。預沈區剩下的礬花在斜管分離區得到去除,精心的設計使斜管區的配水十分均勻,水流不短路,從而使得分離在最佳狀態下完成。礬花堆積在沈澱池下部的收集槽,形成的汙泥也在這部分區域進行重力濃縮。廢水中的絕大數懸浮物、膠體、油、有機物及暫硬通過汙泥排放的形式得以去除。

高效澄清器2,單台的處理能力为300 m3/h,單台设备尺寸9.2 m×9.2 m×6.8 m,總水力停留時間約爲80 min,斜管區上升流速約6.5 m/h

2.4中間水池

高效澄清器出水重力流进入中間水池,后经中间提升泵增压进入中速過濾器、多介質過濾器過濾。中間水池有效容積500 m3,中間提升泵設4,單台Q=185 m3/h,H=43 m,N=45 kW,31備。

2.5中速過濾器

中速過濾器内设有不同种类规格的滤料层,高效澄清器出水中殘余的懸浮物和油被濾料層阻斷和吸附。當過濾一定時間後,中速過濾器出水水质恶化,需要进行反冲洗以恢复中速過濾器出水水质。反冲洗采用专门的反洗水泵和反洗风机。

中速過濾器4,直徑4 m,單台最大处理量为188 m3/h,設計濾速爲11.2 m/h,強制濾速爲15 m/h,水反沖洗強度爲20 m3/(m2·h),氣反沖洗強度爲23.7 m3/(m2·h)。反沖洗水泵設3,單台Q=245 m3/h,H=25 m,N=37 kW。反沖洗風機設3,單台Q=4.97 m3/min,P=0.07 MPa,N=11 kW

2.6多介質過濾器

多介質過濾器是通過濾料的机械筛滤、沉淀以及接触絮凝等作用,進一步去除水中的懸浮物,同时有机物、细菌乃至病毒也随着悬浮物的降低而被大量去除。多介質過濾器与中速過濾器共用1套反冲洗设備。

多介質過濾器10,直徑3.4 m,單台最大处理量为60 m3/h,設計濾速爲5.9 m/h,強制濾速爲6.6 m/h,水反沖洗強度爲54 m3/(m2·h),氣反沖洗強度爲65.7 m3/(m2·h)

2.7反滲透裝置

多介質過濾器出水带余压经过保安過濾器进入高压泵吸水管,再由高压泵加压进入反滲透裝置,使水中的鹽類和細菌等得到去除。反滲透産水經脫CO2器及p H調節後進入反滲透産水儲池,再經增壓泵並入電爐區域生産新水供水管網,供生産用戶使用。濃水進入濃水儲池,之後由濃水外輸泵送往鋼渣處理間、電爐渣場作爲悶渣和噴灑用水。

保安過濾器4,單台處理能力126 m3/h,過濾精度5μm。高壓泵4,單台Q=168 m3/h,H=170 m,N=130 kW,变频控制。反滲透裝置4,單套處理能力126 m3/h,一級兩段式按2010排列,單套膜片數210片。反滲透産水池1,有效容積750 m3,池頂設置脫氣塔1,以脫除産水中的CO2。脫氣塔1,處理能力378 m3/h,淋水密度53.5m/h,配套風機N=7.5 kW。産水供水泵4,單台Q=125 m3/h,H=38 m,N=30 kW,31備。浓水供水泵2,單台Q=125 m3/h,H=38 m,N=30 kW,11備。

2.8汙泥處理系統

來自高效澄清器的排泥自流進入汙泥儲池,經汙泥加壓泵輸送至板框壓濾機進行脫水,泥餅外運填埋處理。

汙泥儲池1,有效容積200 m3,汙泥攪拌機1,N=7.5 kW。汙泥進料泵3,單台Q=60 m3/h,H=60 m,N=37 kW,21備。板框压滤机2,單台過濾面积100 m2,N=7.5 kW

3工程調試

本工程20101月開始正式進入調試階段。調試初期,多介質過濾器出水SDI一直偏高,一般在6左右,有時在SDI測定過程中甚至出現了斷流現象。經過多次調整混凝劑、助凝劑、石灰、次氯酸鈉等藥劑投加量,但效果不理想,SDI始终不能稳定满足反滲透裝置进水要求。根据经验推论,SDI偏高的主要原因是水中的膠體等類物質較多,這些膠體物質如果不在進入反滲透膜前得到有效去除,將對反滲透膜造成汙堵,帶來嚴重後果。爲了進一步證實SDI偏高的原因,20103月調試小組將被汙堵的SDI膜片送到天津大學進行原子吸收分析,對汙堵膜片的物質進行分析。從分析得到的結果可以看出:

(1)SDI膜片上沒有鈣、鎂汙染物的累計,說明不是結垢問題導致的SDI膜片汙堵。

(2)SDI膜片上沒有明顯的鐵膠體汙染物累計,說明不是無機膠體問題導致的SDI膜片汙堵。(3)SDI膜片上的碳、氧元素較空白膜片明顯增多,說明有機膠體、同時還包含一些矽氧化物膠體的汙染物是導致SDI膜片汙堵的主要原因。

根據以上分析,調試小組決定從強化混凝、微絮凝過濾,增加石灰、次氯酸鈉投加量等方面提高對有機膠體的去除作用,具體方法如下:

(1)對高效澄清器進行局部改造,增設螺杆泵,將高效澄清器排泥鬥上部的汙泥回流至高效澄清器絮凝反應區,從而增加絮凝區的汙泥濃度,加大膠體汙染物在絮凝區的碰撞概率,增大所生成礬花的尺寸,改善其沈降性能。

(2)進一步優化石灰投加量,充分發揮石灰對膠體有機物的吸附作用。

(3)增加中速過濾器入口处絮凝剂的投加量,充分發揮過濾器的“接觸絮凝”作用,對沒能在高效澄清器中去除的膠體有機物進行網捕,截留在過濾器填料中。

(4)進一步優化次氯酸鈉投加量,一方面對廢水中微生物進行有效去除,另一方面避免微生物在過濾器濾料中滋生。

經過以上改造工作,高效澄清器出水濁度由原來≤20 N TU改善爲≤10 NTU,多介質過濾器出水浊度由原来≤2 NTU降爲0,SDI在多數情況下≤5,基本满足反渗透进水條件。

20105,开始向反滲透裝置供水。在运行过程中还出现了当中速過濾器、多介質過濾器进行正洗操作时,反滲透進水高壓泵泵前低壓報警進而停泵的現象,分析原因是中速過濾器、多介質過濾器正洗操作时排水强度过高,使得高壓泵泵前管道背壓不足,导致高压泵停泵。后将中速過濾器和多介質過濾器正洗排水管道管径由D N100縮小至D N50,降低正洗排水強度,同時爲保證正洗效果,又在正洗程序上延長了正洗時間,使得該問題得到解決。

4運行效果

本工程20108月正式投産,運行近1個月,系統實際進水水量爲250 m3/h,這樣高效澄清器運行1,中速過濾器运行2,多介質過濾器运行5,反滲透裝置运行2,反滲透産水188 m3/h,濃水産水62 m3/h,産水電導率≤50μS/cm,總硬度≤10 mg/L,系統脫鹽率≥97%,回收率≥75%,完全滿足设計要求,但本工程因天津鋼鐵集團有限公司電爐停産,目前一直處于待産狀態,預計2011年上半年與電爐一同恢複生産。運行期間各處理系統主要工藝參數爲:高效澄清器藥劑投加量分別爲PAC 6 mg/L,PAM0.15 mg/L,石灰乳120 mg/L;高效澄清器24 h排泥一次,每次排泥時間30 s;中速過濾器药剂投加量分别为PAC 10 mg/L,鹽酸72 mg/L,次氯酸鈉5 mg/L;中速過濾器反洗周期8 h;多介質過濾器反洗周期16 h;反滲透藥劑投加量分別爲還原劑3 mg/L,非氧化性殺菌劑3 mg/L,阻垢劑3 mg/L;反滲透高壓泵運行壓力1.8 MPa。系統各處理系統出水水質見表2

5技術經濟分析

本工程建設投資爲2 994.7萬元,流動資金254.5萬元。生产期为20,平均單位經營成本2.69/m3,其中藥劑費0.66,電費1.43,人工費0.07,膜元件及濾芯更換費0.53元。若本工程滿負荷運行,每年可節約自來水340m3(電爐按年工作時間按6 800 h),天津鋼鐵集團有限公司目前自來水使用費爲5.6/m3,這樣每年可節省自來水使用費1 904萬元。综合考虑运行成本,本工程全部投資內部收益率爲24.37%,投資回收期爲5.5,經濟效益顯著。

6結論及建議

(1)本工程采用混凝澄清+過濾+反滲透相結合的處理工藝對天津鋼鐵集團有限公司電爐區域生産廢水和部分雨水進行處理,處理出水水質穩定,可滿足天津鋼鐵集團有限公司各生産系統的用水要求。

(2)超濾工藝截留精度較高,可對廢水中的複雜有機膠體、無機膠體等汙染物進行有效去除,使反滲透進水SDI穩定≤4,可對反滲透起到更好的保護作用,從而降低反滲透膜清洗頻率,減小清洗難度。

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