膜集成技術(shù)在鋼鐵污水深度處理回用領(lǐng)域的應(yīng)用
來源：中國環(huán)保產(chǎn)業(yè) 閱讀：4224 更新時(shí)間：2010-02-27 10:48| 詳細(xì)信息 | |||||
| 項(xiàng)目名稱 | 膜集成技術(shù)在鋼鐵污水深度處理回用領(lǐng)域的應(yīng)用 | ||||
| 建設(shè)地點(diǎn) | 建設(shè)起始時(shí)間 | 建設(shè)結(jié)束時(shí)間 | |||
| 建設(shè)性質(zhì) | 新建 | 工程投資 | 廢水性質(zhì) | ||
| 處理規(guī)模 | 進(jìn)水水質(zhì) | 出水水質(zhì) | |||
| 處理工藝 | 運(yùn)行費(fèi)用 | 承包范圍 | |||
工程說明
1 概述
膜集成污水再生技術(shù)是根據(jù)冶金、鋼鐵、石化、市政等行業(yè)廢水不同的特點(diǎn)以及對出水水質(zhì)的不同要求，提出有針對性的不同行業(yè)廢水處理的膜集成工藝組合，其將化學(xué)絮凝、加壓氣浮等傳統(tǒng)單元技術(shù)與超濾（或微濾）以及反滲透（或納濾）技術(shù)相結(jié)合，形成能夠滿足各種回用目的的污水深度處理集成工藝。
鋼鐵污水回用技術(shù)日趨成熟。傳統(tǒng)鋼鐵污水處理技術(shù)中的曝氣、隔油、石灰軟化、混凝沉淀和過濾工藝，能有效降低鋼鐵污水中的懸浮物、濁度、膠體、COD、油類物質(zhì)、硬度和堿度，處理到該污水能夠滿足鋼鐵企業(yè)部分的回用需求（前處理后的污水具有高含鹽量的特點(diǎn)，一般只能用于燒結(jié)、煉鐵、煉鋼、軋鋼等工藝單元的直流噴渣或是澆灑地坪等，而直流噴渣或是澆灑地坪這部分的用水量是相當(dāng)有限的）；而以離子交換為基礎(chǔ)的脫鹽技術(shù)，難以應(yīng)付鋼鐵污水復(fù)雜多變的水質(zhì)，通常離子交換樹脂再生頻繁并出現(xiàn)樹脂污染的情況，導(dǎo)致鋼鐵污水回用在深度脫鹽工序上產(chǎn)生瓶頸。而2001年在太原鋼鐵污水回用工程中成功使用反滲透技術(shù)進(jìn)行深度脫鹽后，以膜法為核心的技術(shù)突破了這個(gè)瓶頸，并在近十年中得到長足發(fā)展，大量的鋼鐵企業(yè)跨入污水回用膜法脫鹽技術(shù)使用的行列，在使用中總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，不斷推動(dòng)膜法技術(shù)在污水回用中的發(fā)展。本文以藍(lán)星環(huán)境工程有限公司承建的安陽（鋼鐵）西區(qū)污水處理廠和營口中板污水處理廠為實(shí)例，介紹分析膜集成技術(shù)在鋼鐵污水處理中的應(yīng)用。
2 污水回用處理技術(shù)發(fā)展?fàn)顩r
目前，很多企業(yè)已經(jīng)進(jìn)行了污水回用的工作，大部分是采用傳統(tǒng)的處理技術(shù)，如生化降解、混凝沉淀、氣浮、過濾等，但因工業(yè)廢水成分復(fù)雜，經(jīng)傳統(tǒng)工藝處理后的水不能有效去除其中的污染物，無法滿足生產(chǎn)用水要求，限制了回用的范圍。因此，針對企業(yè)排污水的水質(zhì)狀況，采用有效的深度處理工藝，可以使回用水滿足各用水點(diǎn)的要求，最終實(shí)現(xiàn)水資源的循環(huán)利用。這一需求促進(jìn)了更多、更新的水處理技術(shù)的發(fā)展。而將膜分離技術(shù)與傳統(tǒng)處理工藝結(jié)合的膜集成技術(shù)能夠很好地解決污水回用的深度處理問題，從而拓展了污水回用的深度和廣度，并使膜分離技術(shù)得到了大規(guī)模的推廣應(yīng)用。
3 膜集成技術(shù)的工程化應(yīng)用分析
3.1 前處理工藝的比較
安陽鋼鐵（西區(qū)）污水處理廠前處理按12萬m3/d設(shè)計(jì)，一期工程8.4萬m3/d，二期工程3.6萬m3/d，其核心處理單元為混凝沉淀和氣水反沖洗濾池，并充分考慮了鋼鐵污水排放的間斷性，設(shè)置了停留時(shí)間150min的調(diào)節(jié)池（見圖1）。在污水進(jìn)入調(diào)節(jié)池之前，先通過格柵去除較大的漂浮物和懸浮物，再經(jīng)過曝氣隔油池達(dá)到氧化Fe2+和除油的目的；調(diào)節(jié)池出水經(jīng)提升泵送至高密度沉淀池的混凝配水池內(nèi)，先投加混凝劑和石灰乳，通過電機(jī)攪拌混合，然后投加PAM作為助凝劑，在配水池內(nèi)形成良好的礬花；再由配水系統(tǒng)經(jīng)底部進(jìn)入高密度沉淀池，沉淀池下部設(shè)置攪拌刮泥機(jī)，水面布置斜管，控制斜管上升區(qū)流速在14m/h以下。沉淀池出水進(jìn)入后混凝池，攪拌加入混凝劑并加酸調(diào)節(jié)pH值；混凝池出水進(jìn)入氣水反沖洗濾池，氣水反沖洗濾池按6池設(shè)計(jì)，每池2格，濾池正常濾速控制在8m/h以下，1格反洗時(shí)強(qiáng)制濾速不超過9m/h，當(dāng)達(dá)到設(shè)計(jì)壓差或設(shè)定反洗間隔時(shí)間后，進(jìn)行氣水聯(lián)合反洗。污水處理廠的進(jìn)水水質(zhì)指標(biāo)和出水水質(zhì)指標(biāo)見表1和表2。
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在實(shí)際運(yùn)行中，氣水反沖洗濾池出水懸浮物濃度通常保持在1mg/L以下，出水水質(zhì)遠(yuǎn)超過設(shè)計(jì)值，為深度脫鹽作了良好的前處理。
營口中板污水處理廠按3萬m3/d設(shè)計(jì)，采用傳統(tǒng)的混凝沉淀工藝為核心（見圖2）。原水進(jìn)水經(jīng)格柵后流入調(diào)節(jié)池（內(nèi)置曝氣系統(tǒng)），水力停留時(shí)間約1小時(shí)。經(jīng)提升泵提升后進(jìn)入混凝池，攪拌加入PAC和PAM，經(jīng)花墻配水后進(jìn)入斜管沉淀池，控制斜管上升區(qū)流速。出水投加殺菌劑，控制后續(xù)單元余氯值，并加酸調(diào)節(jié)pH值至中性。沉淀池出水流入氣水反沖洗濾池，濾池設(shè)計(jì)出水懸浮物濃度≤5mg/L。污水處理廠的進(jìn)水水質(zhì)指標(biāo)和出水水質(zhì)指標(biāo)見表3和表4。
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通過實(shí)際出水水質(zhì)比較，安陽鋼鐵（西區(qū)）污水處理廠出水水質(zhì)優(yōu)于營口中板污水處理廠，這也導(dǎo)致了深度脫鹽系統(tǒng)的預(yù)處理工藝不同。
3.2 安陽鋼鐵“多介質(zhì)+反滲透”的應(yīng)用
安陽鋼鐵（西區(qū)）污水處理廠深度脫鹽系統(tǒng)處理水量為850m3/h，采用“多介質(zhì)+反滲透”的核心處理工藝（見圖3）。通過借鑒太原鋼鐵實(shí)際運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合安鋼膜系統(tǒng)中試結(jié)果，并充分考慮到前處理出水水質(zhì)指標(biāo)穩(wěn)定的特點(diǎn)，從節(jié)約投資的角度出發(fā)，采用多介質(zhì)作為反滲透單元前的預(yù)處理。在實(shí)際的設(shè)計(jì)選型過程中通過優(yōu)化工藝參數(shù)，保證反滲透進(jìn)水合格和出水達(dá)標(biāo)。
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其中，多介質(zhì)過濾器7臺，過濾器直徑5m；嚴(yán)格控制過濾器正常濾速和強(qiáng)制濾速；通過石英砂墊層的大范圍級配，保證反洗的布水均勻；進(jìn)水布水器的特殊設(shè)計(jì)，保證進(jìn)水布水均勻并不破壞石英砂層；調(diào)整氣水反洗量和持續(xù)時(shí)間，保證反洗強(qiáng)度，能將污染物有效去除。運(yùn)行過程中，多介質(zhì)過濾器產(chǎn)水SDI值通常保持在4NTU以內(nèi)。
反滲透單元設(shè)置主機(jī)3套，每套組裝50支膜殼，每只膜殼內(nèi)放置6支8英寸抗污染反滲透膜。反滲透進(jìn)水管路上先后投加鹽酸、阻垢劑、還原劑，并定時(shí)沖擊新投加非氧化性殺菌劑。鹽酸和阻垢劑的投加是為了降低反滲透膜的結(jié)垢趨勢；加入還原劑是因?yàn)轭A(yù)處理投加了次氯酸鈉等氧化性物質(zhì)，要對這部分物質(zhì)進(jìn)行還原；在春、夏、秋三季，污水中微生物繁殖速度快，會(huì)在膜表面大量滋生，定時(shí)投加非氧化性的殺菌劑，對防止膜的微生物污染非常有效。水經(jīng)過保安過濾器后，由高壓泵輸送至反滲透主機(jī)內(nèi)。高壓泵采用變頻設(shè)計(jì)，保證啟動(dòng)時(shí)進(jìn)水壓力緩慢升高，減少對膜的沖擊，并能根據(jù)進(jìn)水溫度調(diào)節(jié)泵揚(yáng)程，控制反滲透的產(chǎn)水量。反滲透單元采用全自動(dòng)設(shè)計(jì)，通過監(jiān)測ORP、壓力、流量、pH值、電導(dǎo)率等儀表反饋值，自動(dòng)調(diào)節(jié)加藥量和主機(jī)啟閉。反滲透系統(tǒng)設(shè)計(jì)回收率75%，每套產(chǎn)水187m3/h。
安陽鋼鐵（西區(qū)）污水處理廠于2006年7月竣工，近3年的反滲透膜運(yùn)行情況良好，段間壓差穩(wěn)定，進(jìn)水壓力三年來沒有明顯升高，每次清洗后都能恢復(fù)，出水電導(dǎo)率低于30μs/cm，清洗頻率在90天左右。污水處理廠的出水水質(zhì)指標(biāo)見表5。
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3.3 營口中板“雙膜法”的應(yīng)用
營口中板污水處理廠深度脫鹽系統(tǒng)處理量為1250m3/h，采用超濾和兩級反滲透的核心處理工藝（見圖4）。
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雙膜法的選用雖然在投資上偏高，但在前處理效果欠佳的條件下，以超濾膜作為反滲透預(yù)處理，通過更小的過濾孔徑（約10萬Dalton分子量）截留大量的SS、膠體類物質(zhì)，能夠更好地保護(hù)反滲透膜。
超濾系統(tǒng)采用親水性的聚醚砜中空纖維膜，按6套設(shè)計(jì)（一期3套、二期3套），每套超濾產(chǎn)水量235m3/h。超濾運(yùn)行采用錯(cuò)流過濾，每過濾30分鐘，有一次正反水沖洗，沖洗后進(jìn)水方向、濃水方向和產(chǎn)水方向顛倒。超濾進(jìn)水前有袋式過濾器作為進(jìn)水保護(hù)。超濾定期進(jìn)行化學(xué)清洗，清洗采用堿液和酸液。
一級反滲透系統(tǒng)按6系列設(shè)計(jì)，每個(gè)系列中膜殼按2∶1的一級兩段杉樹型排列。反滲透設(shè)計(jì)定時(shí)正沖洗和化學(xué)清洗系統(tǒng)，對沉積在膜表面的污染性物質(zhì)進(jìn)行沖洗和溶解性清洗。反滲透1、2段分段進(jìn)行化學(xué)清洗，保證清洗流速和流量，特別是對2段清洗效果明顯。
根據(jù)營口中板污水處理廠對回用水質(zhì)的要求，一級反滲透后，一部分水進(jìn)入二級反滲透和混床進(jìn)行精脫鹽，脫鹽后的產(chǎn)水水質(zhì)達(dá)到以下標(biāo)準(zhǔn)（見表6）。
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圖5是營口中板污水處理廠2007年7月至8月兩個(gè)月的運(yùn)行數(shù)據(jù)記錄，對鋼鐵企業(yè)采用“雙膜法”深度脫鹽的污水回用有一定的參考意義。
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采用超濾旨在提供較為穩(wěn)定的反滲透進(jìn)水水質(zhì)。采用的是變頻恒流設(shè)計(jì)，膜在保證出水水量不變的條件下考察膜運(yùn)行的壓力變化，圖5是超濾的運(yùn)行數(shù)據(jù)，在2個(gè)月的運(yùn)行中，在保證出水量恒定的情況下，超濾的運(yùn)行壓力降由0.6bar增加到1.3bar，經(jīng)過化學(xué)清洗后能恢復(fù)到0.8bar左右，小于允許的2.5bar的操作允許值。圖6是超濾產(chǎn)水的SDI變化和濁度變化情況。
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超濾的SDI值在整個(gè)運(yùn)行期間，穩(wěn)定在3以下。由圖7可見，濁度能穩(wěn)定在1NTU以下。說明在類似的條件下，能穩(wěn)定地保證反滲透的進(jìn)水水質(zhì)要求。
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圖8、9是一級反滲透的運(yùn)行數(shù)據(jù)，在為期2個(gè)月的運(yùn)行中，在保證出水量恒定的情況下，反滲透的運(yùn)行壓力由0.93MPa增加到1.0MPa，提高7%，經(jīng)過化學(xué)清洗后能恢復(fù)到0.95MPa左右。反滲透的出水量由4.1m3/h降低到3.8m3/h，降低了7.3%。在進(jìn)行化學(xué)清洗后可恢復(fù)到4.1m3/h，恢復(fù)性能良好。
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4 經(jīng)濟(jì)效益分析
膜集成技術(shù)工藝處理污水達(dá)到初級脫鹽水（即反滲透出水）系統(tǒng)的運(yùn)行費(fèi)用在2.0～2.5元/噸水，達(dá)到循環(huán)水補(bǔ)水要求的系統(tǒng)運(yùn)行費(fèi)用在0.5～1元/噸水，此運(yùn)行費(fèi)用含電耗、藥劑消耗、膜及濾材更換、人工、折舊、維護(hù)等費(fèi)用。由此可以看出，通過回用工藝可以直接生產(chǎn)出高質(zhì)量的工業(yè)用水，但運(yùn)行費(fèi)用仍比城市供水費(fèi)用低很多。污水回用不但能解決企業(yè)水資源緊缺問題，同時(shí)也能為企業(yè)創(chuàng)造良好的經(jīng)濟(jì)效益。
5 總結(jié)
通過安陽和營口兩個(gè)實(shí)際工程案例可以看出，在不同的前處理工藝和不同的前處理產(chǎn)水水質(zhì)條件下，通過選擇適合的反滲透預(yù)處理工藝（多介質(zhì)、超濾或其他）都能達(dá)到反滲透進(jìn)水條件，保證反滲透進(jìn)行穩(wěn)定高效的脫鹽處理，提高回用水水質(zhì)指標(biāo)，拓寬污水回用的使用方向，以更好地實(shí)現(xiàn)污水資源化的目標(biāo)。
5.1 污水回用工藝的各工藝段處理效果分析
通過對實(shí)際鋼鐵廢水處理系統(tǒng)的運(yùn)行狀況進(jìn)行分析，系統(tǒng)各工藝單元對各污染物的去除效果見表7。
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5.2 膜集成技術(shù)與常規(guī)處理回用技術(shù)的比較分析
膜集成技術(shù)與常規(guī)處理回用技術(shù)在處理效率、出水水質(zhì)、占地面積及投資方面的比較，見表8。
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藍(lán)星環(huán)境工程有限公司自2001年以來在鋼鐵行業(yè)中完成了近十套膜法污水回用系統(tǒng)，在項(xiàng)目實(shí)施過程中積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)。鋼鐵污水具有間歇性排放、水量水質(zhì)波動(dòng)大、前處理不盡相同等特點(diǎn)，膜法技術(shù)在鋼鐵污水回用脫鹽上的應(yīng)用還需不斷完善，藍(lán)星環(huán)境工程有限公司致力于針對不同的水質(zhì)、不同的運(yùn)行工況，通過不斷地分析研究和實(shí)踐，為鋼鐵企業(yè)提供穩(wěn)定高效的解決方案。
節(jié)約工業(yè)新水用量，減少工業(yè)污水的排放量，是鋼鐵企業(yè)水系統(tǒng)所追求的目標(biāo)。由此，將工業(yè)污水脫鹽回用將是大勢所趨，以反滲透為核心的膜集成技術(shù)在污水回用領(lǐng)域?qū)⒌玫酱蠓秶褂谩?/p>
