超滤+反渗透工艺深度处理钢铁厂综合污水.pdf

超滤 反渗透工艺深度处理钢铁厂综合污水 董利珠 中国京冶工程技术有限公司， 北京100088 摘要 利用超 滤 反 渗 透 工 艺 深 度 处 理 钢 铁 厂 经 混 凝 沉 淀 处 理 后 的 综 合 污 水， 以 制 备 脱 盐 水。设 计 能 力 为 1 000 m3/h。进水水质总硬度为490 mg/L 以 CaCO3计 、 电导率为1 350 uS/cm， 出水水质按脱盐率 95 ， 总硬度为 3 mg/L 以 CaCO3计 、 电导率为 70 uS/cm， 出水用于高炉、 转炉及加热炉等高端水质用户。 关键词 深度处理; 超滤; 反渗透; 脱盐水 APPLICATION OF ULTRAFILTRATION- REVERSE OSMOSIS PROCESS IN ADVANCED TREATMENT OF COMPREHENSIVE SEWAGE FROM IRON AND STEEL PLANTS Dong Lizhu China Jingye Engineering Corporation Limited， Beijing 100088，China AbstractIn this project，the ultrafiltration-reverse osmosis process was used in advanced treatment of comprehensive sewage from an iron and steel plant，which had been treated by coagulation-sedimentation process，in order to make demineralized water. The design capacity of the process was 1 000 m3/h and the desalt rate of 95 was selectd for the effluent. After treatment，total hardness decreased from 490 mg/L to 3 mg/L，conductivity decreased from 1 350 μS/cm to 70 μS/cm. The demineralized water was used for blast furnace，converter，heating furnace，etc. Keywordsadvanced treatment;ultrafiltration;reverse osmosis;demineralized water 0引言 随着水危机的到来， 水资源的管理、 水污染的 防治， 水的回用及其 对经 济发 展 的 影响分 析已 成 为我国政府部门、 社会各界关注的热点 ［1- 2］。每年 排入我 国 河、 湖 经 处 理 的 废 水 约 为 84 亿 m3［3］。 中 国 工 程 院 在 为 国 家 编 制 的“中 国 可 持 续 发 展 水资 源 战 略” 中 指 出， 污 水 治 理 普 及 率 达 80 时， 水环境的污染并没有减弱， 因为污水排放 量增加更快， 只有污水深度处理及回用， 才能实现 健康的水循环 ［4］。 在这种紧 迫 的 形 势 下， 某 钢 铁 厂 污 水 深 度 处 理脱盐水 站应运 而生。为 了 节约 水 资源， 将 厂 区 污水处理厂经混凝沉淀处理后的综合污水深度处 理成为脱盐水 水中电导率≤70 μS /cm ， 作为脱 盐、 软化 循 环 水 系 统 的 补 充 水， 从 而 减 少 新 水 用 量。脱盐水站规模为1 000 m3/h。深 度 处理 仅将 回用水中的大部 分水 分离 出来成 为 脱 盐水， 除 了 少量药剂 外未添 加其 他成 分。水中 的 杂 质、 盐 分 经浓缩后成为高含盐量水， 这部分水量很小， 向污 水“零” 排放的目标更近一步。目前该脱盐站已建 成， 设备运行平稳并通过了验收。 1污水深度处理的概念 按处理程度划分， 污水处理可分为一级处理、 二 级处理和三级处理。一级处理通常只去除水中的漂 浮物和部分悬浮污染物等， 处理后的污水达不到排放 标准; 二级处理主要采用活性污泥、 生物膜法， 也有采 用化学或物理化学法 物化法 ， 经二级处理后可去 除水中大量 BOD 和悬浮物， 已较大程度上净化了污 水; 污水的三级处理又称污水的深度处理 Advanced Treatment 或高级处理， 以回用为目的。污水深度处 理主要采用膜技术。迁钢厂区污水处理厂先用物化 法对厂区污水进行二级处理， 二级处理后的水采用超 滤 反渗透工艺进行深度处理后回用于厂区。 2水质水量及工艺流程 2. 1设计水质 进水水质见表 1。 85 环境工程 2011 年 4 月第 29 卷第 2 期 表 1设计进出水水质 水质指标设计进水设计出水 总硬度 以 CaCO3计 / mg L － 1 4903 电导率 / uS cm － 1 135070 铁 / mg L － 1 0. 0560. 003 Cl/ mg L － 1 1296. 45 SO42 －/ mg L － 1 2988. 94 注 反渗透的脱盐率定为 95 。 2. 2水量平衡图 本工程设计成品水量为1 000 m3/h。水量平衡 图见图 1。超滤系统回收率为 90 ， 反渗透装置系统 回收率为 65 。 图 1水量平衡图 2. 3工艺流程 工艺流程见图 2。 图 2工艺流程 3工程概述 3. 1构筑物的占地及工艺布置 新建的脱盐水站占地长 宽 105 m 36 m， 高 约 16 m。分三跨、 两层布置。一层三跨从南向北依 次为过滤间及加药贮药间、 水泵间及贮水池; 二层三 跨南侧一半为过滤间上部 过滤间两层通高 ， 另一 半为预留的浓水回收装置区域， 中间跨为膜处理间及 化学清洗间， 北跨为办公、 化验及配电控制室。 3. 2工艺主要设备简介 3. 2. 1多介质过滤器 多介质过滤器 含气动阀门 5000 mm， 共 8 台， 单台处理水量 Q 225 m3/h， 正常滤速为11. 5 m/h。 3. 2. 2超滤供水池 贮存来自多介质过滤器出水母管的产水， 作为运 行及过滤器反洗时的调节水池， 保证系统的进水量及 进水水质的稳定。本系统设置 2 座超滤供水池， 每座 有效容积为 720 m3。 3. 2. 3超滤供水泵 其作用是为超滤系统装置提供稳定的流量和压 力， 本系统共设置 4 台超滤供水泵 Q 680 m3/h， H 42 ～ 32 m， 配电机 P 110 kW， 380 V， 3 用 1 备。 3. 2. 4自清洗过滤器 本系统设置 3 台设计出力为 680 m3/h 的自清洗 过滤器， 自清洗过滤器的作用是截留原水带来的大于 100 μm 的颗粒， 壳体为碳钢衬胶材质， 滤元为不锈钢 材质， 可自动进行反洗。 3. 2. 5超滤装置 超滤 UF 装置的膜元件材质为 PVDF 聚偏二 氟乙烯 。可自动进行压缩空气吹扫反洗、 化学加强 反洗和化学清洗。膜组件结构形式为外压式， 超滤出 水进入反渗透给水池。 超滤系统总产水量为 1 540 m3/h， 共设 6 套机 组。系统设置了一套自动反冲洗装置。设置 2 台反 洗水泵， 采用超滤产水作为超滤装置的反洗水， 反洗 同时带有空气吹扫。 设一套化学加强反洗系统， 包括清洗水箱、 化学 清洗水泵、 保安过滤器。化学加强反洗所加的药剂包 括次氯酸钠、 盐酸和氢氧化钠。根据污染情况加药， 加药量分别为 20 10 － 6 和 40 10 － 6， 通过加药泵在 反洗水中加入化学清洗剂即可进行。 设一套化学清洗系统， 包括清洗水箱、 化学清洗 水泵及保安过滤器。 3. 2. 6反渗透供水池 贮存来自超滤出水母管的产水， 作为运行及超滤 装置反洗时的调节水池。本系统设置 2 座超滤水池， 每座有效容积为 800 m3。水池设有防腐措施。 95 环境工程 2011 年 4 月第 29 卷第 2 期 3. 2. 7反渗透系统 本系统的主要作用是把经超滤处理的水进行膜 分离脱盐。从反渗透系统的运行和操作安全出发， 反 渗透供水泵、 保安过滤器， 高压泵， 反渗透装置都呈一 对一的串联设置。 它包括下列单元设备 1 加药系统 包括阻垢剂加药装置; 加酸系统; 还原剂加药系统。 2 反渗透供水泵 其作用是为保安过滤器及反 渗透装置提供稳定的工作压力， 本系统共设置 5 台反 渗透供水泵 Q 310 m3/h， H 40 m， 配电机 P 55 kW， 380 V。 3 5 μm 保安过滤器 设 5 台 5 μm 保安过滤器的 作用是截留原水带来的大于 5 μm 的颗粒， 以防止其 进入反渗透系统击穿反渗透膜组件。保安过滤器采 用耐腐蚀的 304 不锈钢材质外壳。 4 高压泵 高压泵的作用是为反渗透本体装置 提供足够的进水压力， 保证反渗透膜的正常运行。每 套反渗透配置 1 台进口不锈钢高压泵， 流量为 308 m3/h， 扬程为 140 m， 配电机 185 kW， 380 V， 共 5 台。 5 反渗透本体装置 反渗透装置是本系统中最 主要的脱盐装置， 反渗透系统利用反渗透膜的特性来 除去水中绝大部分可溶性盐分、 胶体、 有机物及微生 物。本设计共设置 5 套出力为 200 m3/h 的反渗透装 置， 并联运行。 6 反渗透清洗系统和冲洗系统 清洗的作用是 根据反渗膜运行污染的情况， 配制一定浓度特定的清 洗溶液， 清除反渗透膜中的污染物质， 以恢复膜的原 有特性。反渗透清洗系统包括 1 台 5 μm 保安过滤 器， 1 台不锈钢清洗泵， 一台清洗箱及一批配套仪表、 阀门、 管道等附件。 反渗透冲洗水泵的作用是用反渗透产水置换反 渗透膜中停机后滞留的浓水， 防止浓水侧亚稳态的结 垢物质出现结垢， 以保护反渗透膜。本系统中设置 2 台不锈钢冲洗水泵。 3. 2. 8脱盐水池 贮存来反渗透出水母管的产水， 作为成品水的调 节水池。本系统设置 2 座脱盐水池， 每座有效容积为 600 m3。水池设有防腐措施。 3. 2. 9脱盐水泵 设 3 台脱盐水泵 2 用 1 备 ， 每台正常出力为 500 m3/h， 扬程为 50 m， 配电机 110 kW， 380 V， 将脱 盐水送入厂区脱盐水管网。 3. 2. 10高含盐水系统 反渗透浓水回收后排放的高含盐水自流至高含 盐水池收集后， 由 3 台高含盐水泵打至高含盐水管， 最终用于高炉冲渣及炼钢焖渣等工序。高含盐水提 升泵参数 流量为 250 m3/h， 扬程为 35 m， 功率为 45 kW， 2 用 1 备。 4存在问题及解决措施 由于脱盐水用水量未到设计值， 系统未满足负荷 运行。反渗透浓水暂时外排， 目前正对浓水进一步做 中试， 将按实验数据确定浓水回收的参数， 以减少外 排水量， 并回收一部分脱盐水， 届时该脱盐站的成品 水量将增大。浓水回收后的高含盐水将用于高炉冲 渣及炼钢焖渣等工序。本设计已预留出浓水回收设 备的位置及用电负荷。 5结语 超滤 反渗透工艺深度处理回用污水工艺是 21 世纪的新兴工艺， 在不断摸索的十年里， 伴随着超滤 膜及反渗透膜的生产成本的大幅下降， 这一工艺得到 了广泛使用， 污水得以资源化利用。本工程为保障处 理效果， 采取了如下措施 1 在污水处理厂加药。为了保证污水处理厂出 水水质的稳定， 在污水处理厂增加 Na2CO3、 H2SO4等 加药环节， 以减少出水中的硬度、 碱度， 同时去除部分 油、 Fe 及有机物等杂物; 由于原水中 Al3 含量较高， 加酸调 pH 值。 2在超滤前增加多介质过滤器、 自清洗过滤器。 原水为污水处理厂处理后的回用水，COD、 胶体的含 量很高 COD 为 30 mg/L 左右 ， 由于污水处理厂距脱 盐水站较远 距离约 2 000 m ， 回用水送至处理设备进 口时间较长， 在此时间内未反应的药剂进行了充分反 应， 悬浮物含量从污水处理厂出来小于10 mg/L， 水至 脱盐站的悬浮物含量增加很多， 甚至达 30 mg/L。为 了减轻超滤装置的负担， 在超滤前增加了多介质过滤 器、 自清洗过滤器， 对去除悬浮物很有效果。 3 加强超滤的化学清洗。本次设计采用的超滤 膜为外压式 PVDF 材质的超滤膜， 抗氧化能力强， 可 设置自动化学清洗。 4膜设计通量选用污水处理的通量。处理自然 状态的水 地下水、 地表水及海水等 与经二级处理 后回用水膜通量的选择是有差异的。根据中试结果， 下转第 77 页 06 环境工程 2011 年 4 月第 29 卷第 2 期 动过程应该是在电场中随离子风气流运动， 并在电场 中与其 他 颗 粒 进 行 凝 并 形 成 大 颗 粒 以 后 再 按 照 dp≥0. 5 μm的颗粒运动方式被收集， 在电场中存留 时间较长， 因此其收集效率低。 以上从理论上计算和分析了粉尘颗粒在放电空 间的受力和运动轨迹， 与电除尘器的实际情况相吻 合 对微细粉尘的收集效率低， 提高微细粉尘的凝 并率而使之成为较大颗粒是提高除尘器收集效率的 主要研究方向。 3结论 1 利用 FEMLAB 软件对放电空间电场强度分布 的计算， 表明在电晕区电场强度很大， 在电晕外区以 近似线性关系迅速衰减。 2 离子风在电场中形成的流场为冲击射流模 式， 流场分布为对称双螺旋结构。受扩散荷电影响较 大的微细粉尘将随电流场作螺旋运动， 该现象将严重 影响电场对微细粉尘的收集， 进而降低静电除尘器的 整体除尘效率。 3 本文对电场力和离子风力的计算及结合荷电 粉尘在电场空间运动轨迹的分析方法为静电除尘器 改造与设计提供了一种新的思路。 参考文献 ［1 ］ 胡满银， 雷应奇， 尹琦， 等. 电除尘器提效节能除尘效率公式的 研究［J］ . 环境工程， 2009， 27 3 90-93. ［2 ］ 舒服华. 提高电除尘器除尘效率的途径［J］ . 冶金设备， 2008 特刊 2 40- 44. ［3 ］ 王艳琴. 影响高压静电除尘器除尘效率的因素［J］ . 电子科技， 2008， 21 12 86-88. ［4 ］ Tassiker O J. 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