宝钢集团南通钢铁有限公司全厂工业污水回收及利用项目水处理工艺介绍
来源：上海宝钢工程技术有限公司 阅读：3355 更新时间：2009-08-04 14:181.前言
宝钢集团南通钢铁有限公司根据集团产品的发展规划以及公司的总体规划，进行产品结构调整和配套工程建设，简称宝通工程。该工程对冶炼工序进行技术改造，建设1座100t直流电炉、1座100t LF炉、1座100t双工位VD炉、1套散状料系统、1台Φ400的圆坯连铸机，年产碳钢圆坯60万t，并配套建设相关的供配电(总降改造)及公辅设施(包括锅炉房、水处理站、仓库、球罐区、检化验设施等)。
2.全厂给排水现状及面临的问题
公司已有工业新水处理站、污水处理站。全厂工业用新水取自公司西侧运河地表水，经过工业新水处理站处理后，供公司工业水总管网，作各工艺单元(烧结、炼铁、炼钢、轧钢、制氧等)的工业净循环水系统补充水用。全公司污水集中回流至污水处理站，经处理后供各工艺单元及消防水系统等，多余的处理后的污水排放至通扬运河。
宝通工程建设完成后，将提出新的工业新水、回用水、纯水用水以及工业污水排水的要求。原有的工业新水处理站、污水处理站已经满负荷运转，必须建设新的水处理站。同时，根据《钢铁工业水污染物排放标准》和环保部门的相关要求，应实现总排放口的零排放[1]。
为实现总排放口零排放，本工程实施将新建工程所产生的工业污水制成纯水和工业新水供生产使用。
3.工业污水处理及纯水和工业新水制取工艺
3.1工业污水处理工艺
工业污水处理工艺流程为：
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工业污水以压力流进入调节池。调节池分为两格，兼有工作池和事故池的功能，每格调节池内设潜水搅拌机。调节池内投加混凝剂、石灰等。
调节池出水采用潜水泵提升，将水送澄清池。澄清池内设中心传动刮泥机。工业污水在澄清池内混凝、沉淀，降低水中悬浮物含量、钙镁离子含量以及铁锰离子含量。澄清池上清液出水至中间水池，底部污泥排至污泥槽，再以潜污泵加压送污泥处理设施集中处理。
澄清池上清液出水至中间水池，调节pH值后，通过潜水泵输送到高效流砂过滤器过滤。高效流砂过滤器采用升流式流动床过滤原理和单一均质滤料，过滤与洗砂同时进行，24h连续自动运行，无须停机反冲洗，巧妙的提砂和洗砂结构代替了传统大功率反冲洗系统，能耗极低，系统无须维护和看管，管理简便。流砂过滤器可进一步降低水中SS的含量、钙镁和铁锰的含量。
过滤器出水进入后续滤后水池。滤后水池不仅储存前序砂滤器出水，同时也有原厂区回用水和工业新水补入，作为纯水制取的原水使用。滤后水池内设潜水泵，滤后水池出水经压力提升后送活性炭过滤器过滤。
活性炭过滤器可有效去除水中的COD物质、余氯和胶体硅。活性炭过滤器定期反冲洗，反冲洗排水回水至调节池。活性炭过滤器出水以余压至后续设施进行进一步的深度脱盐处理。
由于工业污水量无法完全满足后序水处理工艺制取纯水和工业新水的要求，在滤后水池须补充厂区内已有回用水。
3.2纯水和工业新水制取工艺
纯水和工业新水的制取采用双膜法水处理工艺(即UF+RO)，纯水和工业新水制取的具体工艺流程为：
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工业污水经处理后的出水以压力流进入纯水制取设施原水水池，投加杀菌剂，由超滤给水泵加压，经板式换热器(气温下降时使用)、自清洗过滤器，再经过超滤装置进入超滤水池。超滤装置平时设反洗，定期采用酸碱化学清洗。
超滤水池出水经一级RO给水泵加压，再投加还原剂、阻垢剂后，经过保安过滤器后，再以一级RO高压给水泵加压，送一级RO装置；一级RO出水经PH调节(酸碱加药装置)送入中间水池；中间水池出水经二级RO高压给水泵加压，送二级RO装置，出水进入纯水水池。
超滤反冲洗排水回水至工业污水处理设施调节池，一级RO浓盐水、RO的化学清洗废水送反渗透浓水池后外用。二级RO浓盐水利用余压送超滤水池。
4.在设计中面临的主要问题分析及解决的办法
4.1深度脱盐工艺处理原水的选择
目前国内大型钢铁企业，均逐步在其常规回用水处理设施之后建设了采用超滤加反渗透的双膜法进行脱盐处理的水处理设施。从实际运行效果来看，在不同程度上存在着反渗透系统污堵快、清洗频繁以及由于频繁清洗造成的反渗透脱盐率下降、频繁更换保安过滤器滤芯等现象。
根据工程实际情况来看，进入脱盐深度处理系统的原水含有油及一定的COD造成的。据统计，由这些有机物造成的反渗透系统故障占全部系统故障的60-80%。
这是由于目前反渗透膜尚不能有效解决油和COD污染的问题，因此在采用双膜法进行工业污水的深度脱盐处理时，应对进入反渗透系统的原水加以选择和分离。工业污水中连铸、热轧等工业污水，即便是经过了常规的处理，其水中仍会含有1-5mg/L的油，该部分工业污水宜进行单独处理，不使其进入反渗透系统。
当然，不使连铸、热轧等含油工业污水进入反渗透脱盐系统并不是优先的选择。如果连铸、热轧在全部工业污水含量中不高，能使全厂工业污水的COD物质含量和油的含量达到反渗透要求的情况下，仍可对其全部处理回用。
相反，如果连铸、热轧等含油工业污水在全厂工业污水中所占比例很高的情况下，则不宜将其选为反渗透脱盐系统的原水。
经过系统分析，宝通工程连铸浊循环所排污水约占工业污水总量的15%左右，因此最终将连铸浊循环工业污水纳入整个工业污水深度处理回用系统[2]。
4.2工业污水处理工艺分析
钢铁企业全厂工业污水一般具有以下主要污染物：浊度、COD、硬度与碱度、油类、盐类等。工业污水经过常规混凝、沉淀、过滤处理后，其出水的COD含量一般为每升水几十毫克，油含量一般为1-5mg/L。工业污水所含COD，主要是非溶解性物质；工业污水所含油，主要为设备所漏的机油。要想进一步降低COD和油含量很难。无论是气浮法还是生化处理，其效果均不佳。而COD和油的含量对于反渗透膜的使用有很大的影响。即便在系统设计时，对于大流量的含油工业污水进行了分离，但仍应在工业污水处理的工艺流程设计中，设置控制、降低油和COD含量的措施[3]。
宝通工程在常规砂滤后增设了活性炭过滤器，用于对有机物的吸附，进一步控制和降低油和COD的含量。活性炭可以用来吸附溶解性有机物以及游离氯和臭氧等氧化剂。
在超滤工艺中，应在超滤前投加絮凝药剂，但考虑到絮凝反应的时间，最终选择在工业污水处理工艺段的活性炭过滤器前的滤后水池内投加，以保证充分的反应时间，同时经过活性炭过滤器也可起到很好的药剂与水的混合作用。
4.3工业污水进水电导率对于双膜法工艺的影响及解决的方法
在工业污水采用双膜法进行深度脱盐处理中的遇到的另一个主要问题是工业污水的进水含盐量过高，在数据指标上常以电导率值来体现。全厂工业污水的电导率值一般都在3000μS•cm以上，工业用纯水的电导率值一般要求在10μS•cm以下，工业新水的电导率值一般要求在500μS•cm以下。经过双膜法处理后，产生的工业新水完全可以达到使用的要求，但是如果制成纯水用于生产则可能出现较难达到要求的情况。因此，在工业污水制取纯水工艺中，可以考虑采取将部分工业新水补入脱盐系统的原水水池。
在制取纯水(或软水、脱盐水)时，在原水中掺入工业水，是改善双膜法工艺原水水质的一种有效手段。
宝通工程从区域工业新水管网中接出一路管道至纯水制取设施的原水水池，作为改善双膜法进水含盐量使用。当原水水池进水电导率达到4000μS•cm以上(该数值可根据实际情况调整)，将厂区工业新水补充入原水水池。
4.4超滤膜元件的选择
本工程超滤系统采用的是内压式多孔膜管的超滤膜。多孔膜管的每一个纤维集中了7根毛细管，强度大大增强，增加运营的安全性， 降低运营维护成本，并导致总成本的降低。多孔超滤技术能有效地防止膜丝的断裂。
另外，超滤系统采用了膜件、端盖、机架一体化集成系统T-Rack，组件在支架上排列十分紧密，管道系统已经和组件连接在一起，无需再另外安装管道系统，节省大量空间，无论从技术和经济方面都进行优化，与传统的组件安装支架设计方案相比有较大的改进。
4.5反渗透膜元件的选择
目前常用的反渗透膜元件产品有低压高脱盐反渗透膜元件、超低压大通量反渗透膜元件、低污染反渗透膜元件、增强型低污染反渗透膜元件等。作为工业污水回用制取纯水或工业新水，一级反渗透应采用低污染膜元件，二级反渗透系统可以采用一般的低压膜元件。
4.6反渗透系统回收率的合理确定与浓水的应用
反渗透回收率是指反渗透系统产水量和进水量的比值，表示进水转化为产水的百分率，是反渗透系统设计和运行的重要参数。回收率增加时，浓水侧的盐浓度增加更快，致使透盐率增加、渗透压上升、一级净驱动压力降低、产水量减少。回收率增高，溶解于水中的盐会更加接近饱和状态，有可能析出后在膜表面沉淀并结垢，会对膜性能带来很大的危害。因此，在反渗透系统设计时，选择合理的回收率是至关重要的。回收率的增加一般意味着在产水量不变的前提下，能耗的增加和膜使用寿命的减少。
和回收率直接相关的另外一个反渗透系统的参数，就是反渗透浓水水量的大小。一般，反渗透浓水是指一级反渗透系统浓水，因为二级反渗透浓水可回流至超滤产水箱，只有一级反渗透浓水须从系统外排。一级反渗透浓水具有悬浮物含量低而含盐量高的特点，如何实现一级反渗透浓水的直接利用和资源化，是反渗透系统应用所研究的一个重要问题。从常规设计角度而言，都追求反渗透浓水量的最小化。
宝钢集团南通钢铁有限公司在整个反渗透系统的设计时，着眼于整个工厂的水量平衡，追求总体能耗的最小化，而不是只注重单个系统或单个设备的参数。在系统设计时，首先寻找反渗透浓水(RO的化学清洗废水)的合适用途，确定将该部分废水用于场地的冲洗和冲渣。在参考可使用反渗透浓水的用户用水量后，确定反渗透系统的回收率时，确定回收率为75%。采用该回收率指标，使反渗透系统的能耗不致过高，同时反渗透浓水能充分的应用与下级用户。
4.7控制反渗透系统原水进水水温
进水的温度对脱盐率和产水量的影响非常大。当水温升高时，由于水的粘度降低，产水量也随之增加；当水温升高时，由于盐的扩散速度会增大，因此温度增高脱盐率降低。但前者对于反渗透系统运行的有利因素要大于后者对反渗透系统运行产生的不利因素。
在钢铁企业中，蒸汽一般都是具有较大富裕的。所以适宜在双膜法系统总进水上增加板式换热器。在冬季，以蒸汽热量传递给水，从而保证反渗透系统的产水量。
宝通工程从全厂的蒸汽管网上接一路支管至脱盐水处理系统，并在系统内设置了板式换热器。
5.小结
工业污水回用制取纯水和工业新水用于生产，是钢铁企业节能减排的一项重要手段。但整个系统的设计是十分复杂的，需要有详细和周密的考虑。对于一些技术问题和难点需要反复分析和论证。
参考文献
1 金亚飚.钢铁企业水系统实现节能减排的技术措施.环境工程，2008.26(增刊)：165-169，173
2 金亚飚.浅谈钢铁企业工业污水处理现状和存在的问题.中国环保产业，2009.1(总127期)：31-34
3 金亚飚.钢铁企业全厂工业污水采用双膜法工艺进行脱盐处理的问题分析及设计要点浅谈.中国脱盐，2008.6(总18期)：15-18
作者简介：金亚飚(1975.12- )，男，汉族，籍贯江苏省常熟市，同济大学环境工程学院给水排水工程专业本科毕业，学士学位，高级工程师/注册公用设备工程师，兼任《环境科学与技术》杂志编委、《科技创新导报》杂志特约编委，主要从事钢铁企业给排水设计工作和冶金环境保护研究工作。
