膜集成技术在钢铁污水深度处理回用领域的应用
来源：中国环保产业 阅读：3715 更新时间：2010-02-27 10:48| 详细信息 | |||||
| 项目名称 | 膜集成技术在钢铁污水深度处理回用领域的应用 | ||||
| 建设地点 | 建设起始时间 | 建设结束时间 | |||
| 建设性质 | 新建 | 工程投资 | 废水性质 | ||
| 处理规模 | 进水水质 | 出水水质 | |||
| 处理工艺 | 运行费用 | 承包范围 | |||
工程说明
1 概述
膜集成污水再生技术是根据冶金、钢铁、石化、市政等行业废水不同的特点以及对出水水质的不同要求，提出有针对性的不同行业废水处理的膜集成工艺组合，其将化学絮凝、加压气浮等传统单元技术与超滤（或微滤）以及反渗透（或纳滤）技术相结合，形成能够满足各种回用目的的污水深度处理集成工艺。
钢铁污水回用技术日趋成熟。传统钢铁污水处理技术中的曝气、隔油、石灰软化、混凝沉淀和过滤工艺，能有效降低钢铁污水中的悬浮物、浊度、胶体、COD、油类物质、硬度和碱度，处理到该污水能够满足钢铁企业部分的回用需求（前处理后的污水具有高含盐量的特点，一般只能用于烧结、炼铁、炼钢、轧钢等工艺单元的直流喷渣或是浇洒地坪等，而直流喷渣或是浇洒地坪这部分的用水量是相当有限的）；而以离子交换为基础的脱盐技术，难以应付钢铁污水复杂多变的水质，通常离子交换树脂再生频繁并出现树脂污染的情况，导致钢铁污水回用在深度脱盐工序上产生瓶颈。而2001年在太原钢铁污水回用工程中成功使用反渗透技术进行深度脱盐后，以膜法为核心的技术突破了这个瓶颈，并在近十年中得到长足发展，大量的钢铁企业跨入污水回用膜法脱盐技术使用的行列，在使用中总结经验，不断推动膜法技术在污水回用中的发展。本文以蓝星环境工程有限公司承建的安阳（钢铁）西区污水处理厂和营口中板污水处理厂为实例，介绍分析膜集成技术在钢铁污水处理中的应用。
2 污水回用处理技术发展状况
目前，很多企业已经进行了污水回用的工作，大部分是采用传统的处理技术，如生化降解、混凝沉淀、气浮、过滤等，但因工业废水成分复杂，经传统工艺处理后的水不能有效去除其中的污染物，无法满足生产用水要求，限制了回用的范围。因此，针对企业排污水的水质状况，采用有效的深度处理工艺，可以使回用水满足各用水点的要求，最终实现水资源的循环利用。这一需求促进了更多、更新的水处理技术的发展。而将膜分离技术与传统处理工艺结合的膜集成技术能够很好地解决污水回用的深度处理问题，从而拓展了污水回用的深度和广度，并使膜分离技术得到了大规模的推广应用。
3 膜集成技术的工程化应用分析
3.1 前处理工艺的比较
安阳钢铁（西区）污水处理厂前处理按12万m3/d设计，一期工程8.4万m3/d，二期工程3.6万m3/d，其核心处理单元为混凝沉淀和气水反冲洗滤池，并充分考虑了钢铁污水排放的间断性，设置了停留时间150min的调节池（见图1）。在污水进入调节池之前，先通过格栅去除较大的漂浮物和悬浮物，再经过曝气隔油池达到氧化Fe2+和除油的目的；调节池出水经提升泵送至高密度沉淀池的混凝配水池内，先投加混凝剂和石灰乳，通过电机搅拌混合，然后投加PAM作为助凝剂，在配水池内形成良好的矾花；再由配水系统经底部进入高密度沉淀池，沉淀池下部设置搅拌刮泥机，水面布置斜管，控制斜管上升区流速在14m/h以下。沉淀池出水进入后混凝池，搅拌加入混凝剂并加酸调节pH值；混凝池出水进入气水反冲洗滤池，气水反冲洗滤池按6池设计，每池2格，滤池正常滤速控制在8m/h以下，1格反洗时强制滤速不超过9m/h，当达到设计压差或设定反洗间隔时间后，进行气水联合反洗。污水处理厂的进水水质指标和出水水质指标见表1和表2。
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在实际运行中，气水反冲洗滤池出水悬浮物浓度通常保持在1mg/L以下，出水水质远超过设计值，为深度脱盐作了良好的前处理。
营口中板污水处理厂按3万m3/d设计，采用传统的混凝沉淀工艺为核心（见图2）。原水进水经格栅后流入调节池（内置曝气系统），水力停留时间约1小时。经提升泵提升后进入混凝池，搅拌加入PAC和PAM，经花墙配水后进入斜管沉淀池，控制斜管上升区流速。出水投加杀菌剂，控制后续单元余氯值，并加酸调节pH值至中性。沉淀池出水流入气水反冲洗滤池，滤池设计出水悬浮物浓度≤5mg/L。污水处理厂的进水水质指标和出水水质指标见表3和表4。
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通过实际出水水质比较，安阳钢铁（西区）污水处理厂出水水质优于营口中板污水处理厂，这也导致了深度脱盐系统的预处理工艺不同。
3.2 安阳钢铁“多介质+反渗透”的应用
安阳钢铁（西区）污水处理厂深度脱盐系统处理水量为850m3/h，采用“多介质+反渗透”的核心处理工艺（见图3）。通过借鉴太原钢铁实际运行经验，结合安钢膜系统中试结果，并充分考虑到前处理出水水质指标稳定的特点，从节约投资的角度出发，采用多介质作为反渗透单元前的预处理。在实际的设计选型过程中通过优化工艺参数，保证反渗透进水合格和出水达标。
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其中，多介质过滤器7台，过滤器直径5m；严格控制过滤器正常滤速和强制滤速；通过石英砂垫层的大范围级配，保证反洗的布水均匀；进水布水器的特殊设计，保证进水布水均匀并不破坏石英砂层；调整气水反洗量和持续时间，保证反洗强度，能将污染物有效去除。运行过程中，多介质过滤器产水SDI值通常保持在4NTU以内。
反渗透单元设置主机3套，每套组装50支膜壳，每只膜壳内放置6支8英寸抗污染反渗透膜。反渗透进水管路上先后投加盐酸、阻垢剂、还原剂，并定时冲击新投加非氧化性杀菌剂。盐酸和阻垢剂的投加是为了降低反渗透膜的结垢趋势；加入还原剂是因为预处理投加了次氯酸钠等氧化性物质，要对这部分物质进行还原；在春、夏、秋三季，污水中微生物繁殖速度快，会在膜表面大量滋生，定时投加非氧化性的杀菌剂，对防止膜的微生物污染非常有效。水经过保安过滤器后，由高压泵输送至反渗透主机内。高压泵采用变频设计，保证启动时进水压力缓慢升高，减少对膜的冲击，并能根据进水温度调节泵扬程，控制反渗透的产水量。反渗透单元采用全自动设计，通过监测ORP、压力、流量、pH值、电导率等仪表反馈值，自动调节加药量和主机启闭。反渗透系统设计回收率75%，每套产水187m3/h。
安阳钢铁（西区）污水处理厂于2006年7月竣工，近3年的反渗透膜运行情况良好，段间压差稳定，进水压力三年来没有明显升高，每次清洗后都能恢复，出水电导率低于30μs/cm，清洗频率在90天左右。污水处理厂的出水水质指标见表5。
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3.3 营口中板“双膜法”的应用
营口中板污水处理厂深度脱盐系统处理量为1250m3/h，采用超滤和两级反渗透的核心处理工艺（见图4）。
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双膜法的选用虽然在投资上偏高，但在前处理效果欠佳的条件下，以超滤膜作为反渗透预处理，通过更小的过滤孔径（约10万Dalton分子量）截留大量的SS、胶体类物质，能够更好地保护反渗透膜。
超滤系统采用亲水性的聚醚砜中空纤维膜，按6套设计（一期3套、二期3套），每套超滤产水量235m3/h。超滤运行采用错流过滤，每过滤30分钟，有一次正反水冲洗，冲洗后进水方向、浓水方向和产水方向颠倒。超滤进水前有袋式过滤器作为进水保护。超滤定期进行化学清洗，清洗采用碱液和酸液。
一级反渗透系统按6系列设计，每个系列中膜壳按2∶1的一级两段杉树型排列。反渗透设计定时正冲洗和化学清洗系统，对沉积在膜表面的污染性物质进行冲洗和溶解性清洗。反渗透1、2段分段进行化学清洗，保证清洗流速和流量，特别是对2段清洗效果明显。
根据营口中板污水处理厂对回用水质的要求，一级反渗透后，一部分水进入二级反渗透和混床进行精脱盐，脱盐后的产水水质达到以下标准（见表6）。
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图5是营口中板污水处理厂2007年7月至8月两个月的运行数据记录，对钢铁企业采用“双膜法”深度脱盐的污水回用有一定的参考意义。
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采用超滤旨在提供较为稳定的反渗透进水水质。采用的是变频恒流设计，膜在保证出水水量不变的条件下考察膜运行的压力变化，图5是超滤的运行数据，在2个月的运行中，在保证出水量恒定的情况下，超滤的运行压力降由0.6bar增加到1.3bar，经过化学清洗后能恢复到0.8bar左右，小于允许的2.5bar的操作允许值。图6是超滤产水的SDI变化和浊度变化情况。
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超滤的SDI值在整个运行期间，稳定在3以下。由图7可见，浊度能稳定在1NTU以下。说明在类似的条件下，能稳定地保证反渗透的进水水质要求。
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图8、9是一级反渗透的运行数据，在为期2个月的运行中，在保证出水量恒定的情况下，反渗透的运行压力由0.93MPa增加到1.0MPa，提高7%，经过化学清洗后能恢复到0.95MPa左右。反渗透的出水量由4.1m3/h降低到3.8m3/h，降低了7.3%。在进行化学清洗后可恢复到4.1m3/h，恢复性能良好。
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4 经济效益分析
膜集成技术工艺处理污水达到初级脱盐水（即反渗透出水）系统的运行费用在2.0～2.5元/吨水，达到循环水补水要求的系统运行费用在0.5～1元/吨水，此运行费用含电耗、药剂消耗、膜及滤材更换、人工、折旧、维护等费用。由此可以看出，通过回用工艺可以直接生产出高质量的工业用水，但运行费用仍比城市供水费用低很多。污水回用不但能解决企业水资源紧缺问题，同时也能为企业创造良好的经济效益。
5 总结
通过安阳和营口两个实际工程案例可以看出，在不同的前处理工艺和不同的前处理产水水质条件下，通过选择适合的反渗透预处理工艺（多介质、超滤或其他）都能达到反渗透进水条件，保证反渗透进行稳定高效的脱盐处理，提高回用水水质指标，拓宽污水回用的使用方向，以更好地实现污水资源化的目标。
5.1 污水回用工艺的各工艺段处理效果分析
通过对实际钢铁废水处理系统的运行状况进行分析，系统各工艺单元对各污染物的去除效果见表7。
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5.2 膜集成技术与常规处理回用技术的比较分析
膜集成技术与常规处理回用技术在处理效率、出水水质、占地面积及投资方面的比较，见表8。
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蓝星环境工程有限公司自2001年以来在钢铁行业中完成了近十套膜法污水回用系统，在项目实施过程中积累了丰富的经验。钢铁污水具有间歇性排放、水量水质波动大、前处理不尽相同等特点，膜法技术在钢铁污水回用脱盐上的应用还需不断完善，蓝星环境工程有限公司致力于针对不同的水质、不同的运行工况，通过不断地分析研究和实践，为钢铁企业提供稳定高效的解决方案。
节约工业新水用量，减少工业污水的排放量，是钢铁企业水系统所追求的目标。由此，将工业污水脱盐回用将是大势所趋，以反渗透为核心的膜集成技术在污水回用领域将得到大范围使用。
