冶金業廢水回用研究

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1水質、水量特征及要求

鋼鐵工業的廢水水質、水量根據來源及工藝情況的不同而變化。武鋼A排口綜合廢水閉環回用作為一期工程已于2007年底投于正常運行,A排口匯集煉鋼工序、軋鋼工序、氧氣公司、快餐公司和其它附屬廠的合流污廢水以及肖家灣、龔家嶺附近企業的生產廢水和生活污水及雨排水。根據污廢水的來源分析,該綜合廢水成分復雜,主要污染物油含量較大,濃度變化大,水質不穩定等,既含有有機成分,又含有無機成分;既有懸浮態的,又有溶解態的,主要污染源為SS、COD、硬度、油類及鐵等;另外,由于各排水點排放污廢水時間不盡相同,水質變化大也是其一大特點之一。廢水處理規模按Q=8000m3/h(Q=19.2萬m3/d),考慮到濾池的反洗廢水和污泥脫水后的濾后水回流到進水調節池:工藝的小時處理流量按Q=8320m3/h考慮;處理后符合要求(見表1)的水進入武鋼凈化水管網,回用于生產。

2工藝流程的選擇

確定綜合武鋼某綜合廢水的前期試驗研究和實測原水水質BOD5/CODCr=0.15,經過綜合分析比較,武鋼某綜合廢水采用物理化學處理工藝,其工藝流程圖。

3主要處理構筑物及其設計參數的確定

處理構筑物及其設計參數的合理選擇是確保冶金工業綜合廢水回用處理正常運行的關鍵[1]。

1)格柵、提升泵站和調節池根據污廢水特點,為降低沉淀池的負荷量以及對設備的磨損、管道的堵塞,特別是為延長過濾機板框的壽命,在提升泵站前設置粗/細格柵以攔截較大和較小顆粒很有必要。武鋼某綜合廢水回用處理設有2條格柵渠道(寬度2m),在每條渠道上設置2級機械自動格柵,粗格柵柵隙25mm,細格柵柵隙10mm。在調節池前部的取水井內安裝提升潛水泵。潛水泵設置5臺,4臺工作,1臺備用,其中設2臺變頻調速泵;提升泵站設計為小時峰值流量8320m3/h,單機能力2080m3/h,出口揚程14m;設1座調節池,分為2格,每格有效容積8325m3,每格設攪拌器4臺,攪拌器功率25kW,每立方米攪拌功率10W。

2)前混凝混凝的混合階段是整個混凝過程的重要環節,混合工藝的選擇應遵循快速、充分的原則,G值適當增大,可使混合形成的絮體有較大密度,反之則絮體密度降低,對沉淀池排泥及過濾均不利[2]。經綜合比較,武鋼某綜合廢水回用項目采用機械混合方式。快速混合池有關參數為:最大流量Q=8320m3/h,個數2個,接觸時間t=3min,單池有效容積V=210m3,快速攪拌器2臺,速度梯度>250s-1,攪拌功率N=11kW。

3)高密度沉淀池武鋼某綜合廢水回用項目采用的是高效、改進型的高密度沉淀池技術。它是一種采用斜管沉淀及污泥循環方式的快速、高效的沉淀池,主要由3部分組成:反應區、預沉-濃縮區以及斜管分離區,是集絮凝、預沉、污泥濃縮、濃縮污泥回流、斜板分離于一體的高效沉淀池。它具備了斜管沉淀池、機械攪拌澄清池的優點,具體表現在:表面負荷高(反應區的SS高達幾千ppm)、效率高(上升流速一般在10—35m/h之間)、節約用地(為常規沉淀技術的1/4—1/10)、減少藥劑投加量(由于污泥回流可以回收部分藥劑,而且循環使得污泥和水的接觸時間較長,其耗藥量低于其他的沉淀裝置)、排泥干度高(排泥濃度在20—100g/L,在石灰軟化時可以高達150g/L,完全滿足直接脫水的要求,無需再建濃縮池)、水量損失較低(由于外排污泥的濃度較高,其帶走的水量也相對較少,和常規靜態沉淀池相比,沉淀池的水量損失非常低)、降低初期投資成本和運行成本等等。高密度沉淀池具體設計參數為:處理能力Q=8320m3/h,池總數n=6個;單池最大流量q=1387m3/h;單池總面積S=190m2,斜管面積118m2,斜管內上升流速V=11.84m3/(m2•h);單池排泥泵1臺,流量Q=60m3/h;單池污泥循環泵1臺,流量Q=60m3/h;緊急狀態下,排泥泵可用作污泥回流泵;同時,6座高密度沉淀池配備1臺相同規格的完全備用排泥泵。

4)后混凝來自高效沉淀池的出水在進入濾池之前,須進一步混凝反應,以增強濾池的過濾效果和延長過濾周期。武鋼某綜合廢水回用處理后混凝池的具體參數為:最大流量Q=8320m3/h,個數2個,接觸時間t=2min,單池有效容積V=36m3,快速攪拌器2臺,速度梯度>250s-1,攪拌器功率N=4kW。

5)濾池組經綜合分析比選,武鋼某綜合廢水回用采用的是“V”型濾池。具體參數為:濾池數量8座,單池面積121m2、寬度×長度=4m×15.14m、濾料厚度1.5m、濾料有效尺寸1.35m、濾料之上水高1.2m、過濾速度8.6m/h,反沖洗強度:沖洗水15m3/(m2•h)、沖洗氣55m3/(m2•h)、交叉沖洗水7m3/(m2•h),沖洗水泵3臺、2用1備,型式為臥式-離心,流量Q=910m3/h、揚程H=8m,氣洗風機3臺、2用1備,型式為羅茨,流量Q=3330nm3/h。

6)清水池及加壓泵站經處理后符合要求的清水進清水池儲存,由加壓泵站內的清水泵連續送用戶使用。武鋼某綜合廢水回用項目清水池設置于濾池底層,清水池容積4000m3,2格。回用水泵設置于濾池的反沖洗泵房內,水泵采用大小泵配合調節方式,具體參數:設有5臺大型臥式離心回用水泵,Q=8000—12000m3/h,3用2備、單機Q=2667m3/h,H=62m,同時,泵站內設有1臺小型調節泵,具體參數:Q=1200m3/h,H=62m。

7)污泥脫水武鋼某綜合廢水回用項目采用的是板框壓濾機脫水。脫水系統設計為每天工作24h,每周工作7d,3套壓濾機(2用1備)處理設計產生的污泥量。板框壓濾機的一個工作周期為2.5h,每天各工作10個周期。平均產泥量為64t/d,板框壓濾機為全自動脫水,工作壓力為1.2×106Pa,壓濾機的規格為:板尺寸1600mm×1600mm,泥餅含固率≥40%,單臺板數136塊,單臺過濾面積600m2;設有3臺變頻進泥隔膜泵:Q=60m3/h,P=1.2×106Pa;同時,設有1臺高壓沖洗泵:Q=12m3/h,P=1.0×107Pa。

4化學處理

在冶金工業綜合廢水處理回用過程中,根據物理處理工序的需要,必須選擇合適的加藥化學處理,藥劑種類的選擇、投加量、投加地點、投加方式須根據污水水質、回水水質要求和處理工藝確定[3-6]。武鋼某綜合廢水回用處理首先在污水進入高密度沉淀池的絮凝區進行絮凝前,在前混凝池內投加混凝劑PFS和石灰。具體規格參數為:PFS形態為鐵含量大于9%的溶液,設有3臺速控比例調節計量加藥泵,2用1備,Q=300L/h;石灰漿由螺桿泵變頻投加,石灰漿由熟石灰粉末(Ca(OH)2純度≥92%,粒徑200目)和水配制而成,設有3臺螺桿計量加藥泵,2用1備,Q=10m3/h;其次,在高密度沉淀池的反應區和污泥循環管路上投加聚合物電解質PAM,投加的PAM由粉末狀的PAM聚合物和水配制而成,投加泵將液態PAM送入相應的投加點,最大設計投加量Q=1.5mg/L,溶液濃度2g/L,設有7臺比例調節投加螺桿計量泵,6用1備,Q=1050L/h;再次,在后混凝池投加PFS溶液和硫酸,硫酸濃度為98%,平均投加量Q=20mg/L,設有3臺變頻調節投加隔膜計量泵,2用1備,Q=70L/h。后混凝池混凝劑的投加設施與前混凝設置在一起,設有3臺后混凝速控比例調節計量加藥泵,2用1備,Q=30L/h。最后,濾池出水采用投加次氯酸鈉消毒,濃度為150g/L有效氯,設有2臺投加泵,1用1備,Q=550L/h。

5運行效果

冶金工業綜合廢水回用在保護環境、節約水資源等方面,經過生產實踐檢驗,已顯示出其巨大優越性。下面以武鋼某綜合廢水由直排長江改為閉環回用的實際運行資料為基礎,對其效益進行分析對比。1)具有顯著的環境效益避免了對水體的熱污染和水質污染,免交很可觀的排污費,同時,也減少了對水資源費的交納,保護了環境,合理地利用了水資源。按有關規定該綜合排水需交納排污費0.1元/t,武鋼用水收取水資源費0.1元/t,因此,閉環回用較直流系統年少交排污費和水源費共計:8000×24×365×0.1+8000×24×365×0.1=7008000+7008000=1402(萬元/a)。2)節水效果顯著由直排改閉環回用后,該系統水全部用于武鋼生產水用戶的補充水,扣除水資源費,武鋼凈化水價格按0.35元/t計算,年節約凈化水費用:8000×24×365×0.35=2453(萬元/a)。3)增加電費和藥劑費按現場實際運行資料統計,由直流改為閉環回用后,年增加電耗費用501萬元/a。同時,增加了藥劑費700萬元/a,則年增加電費和藥劑費:501+700=1201(萬元/a)。4)社會效益顯著從實際運行情況看,直流改閉環回用后,可滿足武鋼的正常生產需要,供水壓力和水質得到了更好保證,消除了過去末端供水壓力低、水質波動影響生產的現象;從根本上改善了廠容環境;對北湖的生態恢復起到了積極的推動作用,受到上級主管部門一致好評;污水不再外排,保護了自然水體不受污染,排水管渠不致因污泥含量多而造成堵塞,大大減少了排水管渠的清挖、維護、維修費用;就近供水,避免了原凈化水長距離輸送的動力費用和動力設施及管網維護費用,同時,避免了原部分凈化水管網年久失修而造成的管網泄露現象。因此,其社會效益是巨大而無法估量的。

6結語

應用運行實踐證明:該工業綜合廢水回用水處理工藝技術是先進的、可靠的,具有工藝簡單、成本低、處理效果好等特點;探索的運行管理經驗是成功、可行的;直流改閉環回用后,確保了武鋼正常生產需求,同時顯示出了其巨大的環境效益、經濟效益、技術效益和社會效益,符合國家循環經濟政策和節能減排要求,為加大冶金乃至其它行業的可持續發展力度,提供了理論和實踐依據,具有推廣價值。