膜集成技術在鋼鐵污水深度處理回用領域的應用
來源：中國環保產業 閱讀：3962 更新時間：2010-02-27 10:48| 詳細信息 | |||||
| 項目名稱 | 膜集成技術在鋼鐵污水深度處理回用領域的應用 | ||||
| 建設地點 | 建設起始時間 | 建設結束時間 | |||
| 建設性質 | 新建 | 工程投資 | 廢水性質 | ||
| 處理規模 | 進水水質 | 出水水質 | |||
| 處理工藝 | 運行費用 | 承包范圍 | |||
工程說明
1 概述
膜集成污水再生技術是根據冶金、鋼鐵、石化、市政等行業廢水不同的特點以及對出水水質的不同要求，提出有針對性的不同行業廢水處理的膜集成工藝組合，其將化學絮凝、加壓氣浮等傳統單元技術與超濾（或微濾）以及反滲透（或納濾）技術相結合，形成能夠滿足各種回用目的的污水深度處理集成工藝。
鋼鐵污水回用技術日趨成熟。傳統鋼鐵污水處理技術中的曝氣、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、硬度和堿度，處理到該污水能夠滿足鋼鐵企業部分的回用需求（前處理后的污水具有高含鹽量的特點，一般只能用于燒結、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有限的）；而以離子交換為基礎的脫鹽技術，難以應付鋼鐵污水復雜多變的水質，通常離子交換樹脂再生頻繁并出現樹脂污染的情況，導致鋼鐵污水回用在深度脫鹽工序上產生瓶頸。而2001年在太原鋼鐵污水回用工程中成功使用反滲透技術進行深度脫鹽后，以膜法為核心的技術突破了這個瓶頸，并在近十年中得到長足發展，大量的鋼鐵企業跨入污水回用膜法脫鹽技術使用的行列，在使用中總結經驗，不斷推動膜法技術在污水回用中的發展。本文以藍星環境工程有限公司承建的安陽（鋼鐵）西區污水處理廠和營口中板污水處理廠為實例，介紹分析膜集成技術在鋼鐵污水處理中的應用。
2 污水回用處理技術發展狀況
目前，很多企業已經進行了污水回用的工作，大部分是采用傳統的處理技術，如生化降解、混凝沉淀、氣浮、過濾等，但因工業廢水成分復雜，經傳統工藝處理后的水不能有效去除其中的污染物，無法滿足生產用水要求，限制了回用的范圍。因此，針對企業排污水的水質狀況，采用有效的深度處理工藝，可以使回用水滿足各用水點的要求，最終實現水資源的循環利用。這一需求促進了更多、更新的水處理技術的發展。而將膜分離技術與傳統處理工藝結合的膜集成技術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，并使膜分離技術得到了大規模的推廣應用。
3 膜集成技術的工程化應用分析
3.1 前處理工藝的比較
安陽鋼鐵（西區）污水處理廠前處理按12萬m3/d設計，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，設置了停留時間150min的調節池（見圖1）。在污水進入調節池之前，先通過格柵去除較大的漂浮物和懸浮物，再經過曝氣隔油池達到氧化Fe2+和除油的目的；調節池出水經提升泵送至高密度沉淀池的混凝配水池內，先投加混凝劑和石灰乳，通過電機攪拌混合，然后投加PAM作為助凝劑，在配水池內形成良好的礬花；再由配水系統經底部進入高密度沉淀池，沉淀池下部設置攪拌刮泥機，水面布置斜管，控制斜管上升區流速在14m/h以下。沉淀池出水進入后混凝池，攪拌加入混凝劑并加酸調節pH值；混凝池出水進入氣水反沖洗濾池，氣水反沖洗濾池按6池設計，每池2格，濾池正常濾速控制在8m/h以下，1格反洗時強制濾速不超過9m/h，當達到設計壓差或設定反洗間隔時間后，進行氣水聯合反洗。污水處理廠的進水水質指標和出水水質指標見表1和表2。
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在實際運行中，氣水反沖洗濾池出水懸浮物濃度通常保持在1mg/L以下，出水水質遠超過設計值，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設計，采用傳統的混凝沉淀工藝為核心（見圖2）。原水進水經格柵后流入調節池（內置曝氣系統），水力停留時間約1小時。經提升泵提升后進入混凝池，攪拌加入PAC和PAM，經花墻配水后進入斜管沉淀池，控制斜管上升區流速。出水投加殺菌劑，控制后續單元余氯值，并加酸調節pH值至中性。沉淀池出水流入氣水反沖洗濾池，濾池設計出水懸浮物濃度≤5mg/L。污水處理廠的進水水質指標和出水水質指標見表3和表4。
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通過實際出水水質比較，安陽鋼鐵（西區）污水處理廠出水水質優于營口中板污水處理廠，這也導致了深度脫鹽系統的預處理工藝不同。
3.2 安陽鋼鐵“多介質+反滲透”的應用
安陽鋼鐵（西區）污水處理廠深度脫鹽系統處理水量為850m3/h，采用“多介質+反滲透”的核心處理工藝（見圖3）。通過借鑒太原鋼鐵實際運行經驗，結合安鋼膜系統中試結果，并充分考慮到前處理出水水質指標穩定的特點，從節約投資的角度出發，采用多介質作為反滲透單元前的預處理。在實際的設計選型過程中通過優化工藝參數，保證反滲透進水合格和出水達標。
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其中，多介質過濾器7臺，過濾器直徑5m；嚴格控制過濾器正常濾速和強制濾速；通過石英砂墊層的大范圍級配，保證反洗的布水均勻；進水布水器的特殊設計，保證進水布水均勻并不破壞石英砂層；調整氣水反洗量和持續時間，保證反洗強度，能將污染物有效去除。運行過程中，多介質過濾器產水SDI值通常保持在4NTU以內。
反滲透單元設置主機3套，每套組裝50支膜殼，每只膜殼內放置6支8英寸抗污染反滲透膜。反滲透進水管路上先后投加鹽酸、阻垢劑、還原劑，并定時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垢趨勢；加入還原劑是因為預處理投加了次氯酸鈉等氧化性物質，要對這部分物質進行還原；在春、夏、秋三季，污水中微生物繁殖速度快，會在膜表面大量滋生，定時投加非氧化性的殺菌劑，對防止膜的微生物污染非常有效。水經過保安過濾器后，由高壓泵輸送至反滲透主機內。高壓泵采用變頻設計，保證啟動時進水壓力緩慢升高，減少對膜的沖擊，并能根據進水溫度調節泵揚程，控制反滲透的產水量。反滲透單元采用全自動設計，通過監測ORP、壓力、流量、pH值、電導率等儀表反饋值，自動調節加藥量和主機啟閉。反滲透系統設計回收率75%，每套產水187m3/h。
安陽鋼鐵（西區）污水處理廠于2006年7月竣工，近3年的反滲透膜運行情況良好，段間壓差穩定，進水壓力三年來沒有明顯升高，每次清洗后都能恢復，出水電導率低于30μs/cm，清洗頻率在90天左右。污水處理廠的出水水質指標見表5。
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3.3 營口中板“雙膜法”的應用
營口中板污水處理廠深度脫鹽系統處理量為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，能夠更好地保護反滲透膜。
超濾系統采用親水性的聚醚砜中空纖維膜，按6套設計（一期3套、二期3套），每套超濾產水量235m3/h。超濾運行采用錯流過濾，每過濾30分鐘，有一次正反水沖洗，沖洗后進水方向、濃水方向和產水方向顛倒。超濾進水前有袋式過濾器作為進水保護。超濾定期進行化學清洗，清洗采用堿液和酸液。
一級反滲透系統按6系列設計，每個系列中膜殼按2∶1的一級兩段杉樹型排列。反滲透設計定時正沖洗和化學清洗系統，對沉積在膜表面的污染性物質進行沖洗和溶解性清洗。反滲透1、2段分段進行化學清洗，保證清洗流速和流量，特別是對2段清洗效果明顯。
根據營口中板污水處理廠對回用水質的要求，一級反滲透后，一部分水進入二級反滲透和混床進行精脫鹽，脫鹽后的產水水質達到以下標準（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月兩個月的運行數據記錄，對鋼鐵企業采用“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定的反滲透進水水質。采用的是變頻恒流設計，膜在保證出水水量不變的條件下考察膜運行的壓力變化，圖5是超濾的運行數據，在2個月的運行中，在保證出水量恒定的情況下，超濾的運行壓力降由0.6bar增加到1.3bar，經過化學清洗后能恢復到0.8bar左右，小于允許的2.5bar的操作允許值。圖6是超濾產水的SDI變化和濁度變化情況。
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超濾的SDI值在整個運行期間，穩定在3以下。由圖7可見，濁度能穩定在1NTU以下。說明在類似的條件下，能穩定地保證反滲透的進水水質要求。
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圖8、9是一級反滲透的運行數據，在為期2個月的運行中，在保證出水量恒定的情況下，反滲透的運行壓力由0.93MPa增加到1.0MPa，提高7%，經過化學清洗后能恢復到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%。在進行化學清洗后可恢復到4.1m3/h，恢復性能良好。
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4 經濟效益分析
膜集成技術工藝處理污水達到初級脫鹽水（即反滲透出水）系統的運行費用在2.0～2.5元/噸水，達到循環水補水要求的系統運行費用在0.5～1元/噸水，此運行費用含電耗、藥劑消耗、膜及濾材更換、人工、折舊、維護等費用。由此可以看出，通過回用工藝可以直接生產出高質量的工業用水，但運行費用仍比城市供水費用低很多。污水回用不但能解決企業水資源緊缺問題，同時也能為企業創造良好的經濟效益。
5 總結
通過安陽和營口兩個實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水水質條件下，通過選擇適合的反滲透預處理工藝（多介質、超濾或其他）都能達到反滲透進水條件，保證反滲透進行穩定高效的脫鹽處理，提高回用水水質指標，拓寬污水回用的使用方向，以更好地實現污水資源化的目標。
5.1 污水回用工藝的各工藝段處理效果分析
通過對實際鋼鐵廢水處理系統的運行狀況進行分析，系統各工藝單元對各污染物的去除效果見表7。
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5.2 膜集成技術與常規處理回用技術的比較分析
膜集成技術與常規處理回用技術在處理效率、出水水質、占地面積及投資方面的比較，見表8。
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藍星環境工程有限公司自2001年以來在鋼鐵行業中完成了近十套膜法污水回用系統，在項目實施過程中積累了豐富的經驗。鋼鐵污水具有間歇性排放、水量水質波動大、前處理不盡相同等特點，膜法技術在鋼鐵污水回用脫鹽上的應用還需不斷完善，藍星環境工程有限公司致力于針對不同的水質、不同的運行工況，通過不斷地分析研究和實踐，為鋼鐵企業提供穩定高效的解決方案。
節約工業新水用量，減少工業污水的排放量，是鋼鐵企業水系統所追求的目標。由此，將工業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在污水回用領域將得到大范圍使用。
