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唐钢城市中水与工业废水综合利用工程_反渗透

更新时间:2015-03-04 16:51 来源:论文网 作者: 阅读:2961 网友评论0

导读::本工程预处理采用:高密度沉淀池和V型滤池。泵站、高密度沉淀池、V型滤池分别设置。然后进入超滤系统。影响反渗透的脱盐率。并购买城市中水。本工程有两路原水:城市中水及工业废水。

关键词:高密度沉淀池,V型滤池,超滤,反渗透,城市中水,工业综合废水,城市中水

1概述

唐山钢铁股份有限公司产钢960万吨/年,消耗生产新水670万吨/年。为了节能减排,唐钢决定将全厂综合废水收集在一起,并购买城市中水,处理后作为生产新水、除盐水全部回用。唐钢于2009年4月开始建设城市中水与工业废水综合利用工程。本工程预处理采用:高密度沉淀池和V型滤池,设计规模: 7.2×2万m3/d;深度处理采用:超滤、反渗透及混合离子交换器,设计规模:软化水(反渗透产水)3.168万m3/d,除盐水(混合离子交换器产水)0.72万m3/d。

1.1设计进、出水水质

本工程有两路原水:城市中水及工业废水。

城市中水来自市政污水处理厂,水质达到一级A标准;工业废水来自唐钢厂区各循环系统的工业排污水、少量生活污水及雨水。根据唐钢生产新水的水质要求及深度处理对进水水质的要求,预处理的设计进、出水水质如表1,主要污染物为悬浮物、碱度、暂硬、COD、BOD5及少量浮油等。考虑到城市中水具有低硬度、低溶解性固体的特点,经预处理后作为生产新水,工业废水具有高硬度、高溶解性固体的特点,经预处理后作为深度处理的原水中心。工业废水经预处理后的其他项指标详见表2。深度处理出水水质详见表3。

表1 预处理设计进、出水水质

Tab.1Design influent and effluent quality of pre-treatment

项目

城市中水设计水质

工业废水设计水质

进水水质

出水水质

进水范围

进水水质

出水水质

1

温度/°C

10~40

 

20~40

20~40

 

2

pH

6.5~9.5

7~9

8~10

8~10

7~9

3

悬浮物/(mg·L-1)

50

≤5

300~500

500

≤5

4

浊度/NTU

50

≤5

 

200

≤5

5

总硬度/(mg·L-1)

330

 

200~500

500

 

6

总碱度/(mg·L-1)

250

≤100

150~400

400

≤100

7

/(mg·L-1)

 

≤100

130~350

350

≤100

8

钙硬度/(mg·L-1)

200

≤100

 

300

≤100

9

CODcr/(mg·L-1)

40

       

10

CODMn/(mg·L-1)

   

10~30

30

≤25

11

BOD5/(mg·L-1)

10

     

≤10

12

总磷/(mg·L-1)

2

   

5

 

13

油类/(mg·L-1)

0.5

 

10~20

20

≤2

14

总溶解性固体/(mg·L-1)

700

 

1600~2000

2000

 

15

电导率/(μS/cm)

1100

 

2000~3000

3000

 

1.假设工业废水进水溶解性CODMn小于15 mg/L,工业废水进水总BOD小于30 mg/L反渗透,其中进水溶解性BOD小于5 mg/L; 2.关于油的担保是针对非溶解性的油;3.所有硬度以碳酸钙计。

表2 深度处理设计进水水质

Tab.2 Design iffluent quality ofpost-treatment

序号

项目

水质

1

总铁/(mg·L-1)

0.14

2

Cl-/(mg·L-1)

500

3

SO42-/(mg·L-1)

254

4

SiO2/(mg·L-1)

18.5

5

锰/(mg·L-1)

0.19

6

F-/(mg·L-1)

4

7

硝酸盐/(mg·L-1)

50

8

TOC/(mg·L-1)

10.78

9

钾/(mg·L-1)

199.9

10

钠/(mg·L-1)

650

11

钡/(mg·L-1)

2.44

12

锶/(mg·L-1)

1.36

13

镁硬度/(mg·L-1)

20

14

总溶解性固体/(mg·L-1)

2000

15

电导率/(μS/cm)

3000

表3 深度处理设计出水水质

Tab.3Design effluent quality of post-treatment

序号

项目

软化水设计出水水质

除盐水设计出水水质

1

硬度/( mg·L-1)

≤15

~0

2

二氧化硅/(μg·L-1)

≤100

≤20

3

电导率(25℃)/( μS/cm)

≤100

≤0.2

4

pH

5.5~6.0

7~9.2

1.2设计工艺流程

预处理处理工艺流程见图1。

城市中水和工业废水分别的预处理建设两条独立的处理序列,格栅间、调节池及提升

图1 预处理工艺流程

Fig.1 Flow chart of prêt-reatment

泵站、高密度沉淀池、V型滤池分别设置,加药、污泥脱水和滤池反冲洗系统共用。两条处理序列采用相同的工艺流程,详见图1。

城市中水压力流进入废水厂,工业废水重力流进入废水厂,首先经格栅去除水中的大块污染物,之后进入调节池均质、均量,由提升泵送往高密度沉淀池去除SS、暂硬、悬浮油、碱度、CODcr等,出水重力流进入V型滤池进一步去除SS和胶体等污染物,城市中水系列的滤池出水消毒后进入景观水池,由供水泵外供至生产新水用水点,工业废水系列的滤池出水重力流进入深度处理的原水池;高密度沉淀池排泥进入泥浆储池之后加压送自动厢式压滤机进行脱水;两个系列的滤池反冲洗排水分别重力流回到各自系列的调节池。

图2 深度处理工艺流程

Fig.2 Flow chart of wastewater post-treatment

深度处理处理工艺流程见图2。由于工业废水主要为唐钢全厂循环系统的排污水,夏季水温约为35~40℃,影响反渗透的脱盐率,因此预处理出水夏季时经过冷却塔降温再进入深处理。预处理出水经过原水泵提升后进入多介质过滤器去除细小的SS和胶体,然后进入超滤系统,超滤主要去除砂滤无法去除的SS、胶体、细菌等水中杂质,保证SDI<3。超滤产水进入超滤产水池,超滤产水经过反渗透增压泵提升进入保安过滤器,保安过滤器出水进入反渗透高压泵,经高压泵加压进入反渗透装置脱盐,反渗透产水通过除碳器进入反渗透产水池。部分反渗透产水通过泵提升进入混合离子交换器进一步除盐,混合离子交换器产水进入除盐水池。反渗透产水和除盐水分别通过外供泵输至厂区的软化水管网、除盐水管网。

反渗透浓水考虑充分利用自身的余压,直接排放至浓盐水池。多介质过滤器和超滤的反洗排水直接排至预处理系统的调节池,混合离子交换器的再生废液、超滤和反渗透的清洗废液通过中和处理后回至浓盐水池,用于唐钢烧结和渣山除尘。

2预处理工程设计

本工程包括城市中水处理及工业废水处理两套相似的系统中国下载中心。考虑到加药、污泥脱水和滤池反冲洗系统为两条处理系列共用,同时为了确保平面布置的对称及美观,两套水处理系列将在同一厂区内平行建造。

2.1格栅间、调节池及提升泵站

城市中水水质达到一级A标准,只设细格栅,工业废水设粗、细格栅。

城市中水由泵加压过来,水量较为稳定反渗透,因此调节池停留时间为1.0h;工艺废水排放不均匀,且生产废水中汇入了部分生活污水,待处理的污水水量和水质在时间上变化较大,因此调节池停留时间为2.5h。调节池内设置潜水搅拌机以防止污泥沉淀。在调节池后部的取水井内安装潜水提升泵,用于提升来水至高密度沉淀池。

主要设计参数及设备:

城市中水系列:

格栅渠道:2座,有效水深1.4m,长×宽×深:L×B×H=19m×1.0m×3.18m

格栅:2台,耙齿栅隙B=10mm,安装角度75°,N=1.1kW

调节水池:2座,停留时间:1.0h,潜水搅拌机:6台,单台N=10kW

潜水提升泵:Q=1050m3/h,H=13m,N=55kW,4台,3用1备。

工业废水系列:

格栅渠道:2座,有效水深1.4m,长×宽×深:L×B×H=23m×1.0m×7.38m

格栅:栅条间隙B=25mm,2台;耙齿栅隙B=10mm,2台;安装角度75°,N=1.1kW。

调节水池:2座,停留时间:2.5h,潜水搅拌机:8台,单台N=25kW

潜水提升泵:Q=1050m3/h,H=17m,N=75kW,4台,3用1备。

2.2高密度沉淀池

高密度沉淀池包含前混凝池、絮凝反应池、斜管沉淀-浓缩池、后混凝池及污泥泵房。高密度沉淀池在冶金工业废水处理中得到广泛应用,作为预处理的核心工艺,具有以下特点:

1)混凝、絮凝过程均采用机械搅拌反渗透,且分别在不同的池内完成,效果较好;

2)设有外部污泥循环系统,使用变频泵从后部的沉淀-浓缩池回流污泥至絮凝反应池进水管,使絮凝反应池中悬浮物浓度达到3000~4500mg/L,提高对水质的抗冲击能力;污泥的回流可充分发挥其絮凝作用,减少药剂的投加量,从而节约运行成本;

3)絮凝反应池是高密度沉淀的独特特点之一,它含有一个圆形中心导流筒,导流筒和池壁间设挡板,导流筒中设可变频的絮凝搅拌机,在搅拌机下设PAM投加环,使反应池内水流均匀混合,为絮凝和聚合电解质的分配提供所需的动能量[1];

4)沉淀池采用高效的斜管沉淀,斜管的上升流速可达10~13m/h,节省占地。

本工程的高密度沉淀池有以下特点:

1)以往的高密度沉淀池的前混凝池多数只有一个搅拌池,混凝剂和石灰均投加在同一池内,只是投加点不同,需调试确定。当混凝池中投加石灰后,PH值为10左右,超出了多数混凝剂的最佳混凝范围。本工程的前混凝池由两个串联的搅拌池组成,搅拌池均内设快速搅拌机,第一个搅拌池用于进水与混凝剂的快速混合,第二个搅拌池用于进水与石灰、回流污泥的快速混合。

2)以往的循环污泥的回流点均在絮凝反应池的进水管上,本工程中循环污泥的回流点在前移至前混凝池中第二个搅拌池的进水处,这可以增加污泥和水的接触时间,充分混合,强化后续的絮凝效果。

3) 在絮凝反应池投加碳酸钠,去除永久硬度。

城市中水和工业废水系列的设计水量相同,配有相同数量及尺寸的高密度沉淀池中国下载中心。

城市中水系列或工业废水系列主要设计参数及设备:

设计流量:3150m3/h,单座设计流量:1050m3/h。

1)前混凝池、絮凝反应池

前混凝池:3座,每座设2个串联的搅拌池反渗透,有效水深2.8m,单池L×B=2.5m×2.5m

前混凝搅拌机数量:6台,功率:2.2kW。

絮凝反应池:3座,有效水深5.9m,单池L×B=5.65m×5.65m

絮凝搅拌机数量:3台,功率:11kW,圆形导流筒及挡板:3套。

2)斜板沉淀-浓缩池

斜板沉淀-浓缩池:3座,有效水深5.9m,池径:?=11.5m

斜管:3套,材质:乙丙共聚,斜长:1.5 m,间距:80 mm,倾斜角度:60°,

单池斜管平面面积:82 m2,斜管上升流速12.8m/h

出水槽:36套,材质:不锈钢SS316,单槽L×B×H=5.0m×0.25m×0.31m

刮泥机:3套,材质:碳钢,环氧涂层,直径:?=11.5m,功率:1.1 kW

螺杆泵:9台,流量:42 m3/h,扬程:0.2 MPa,3台用于污泥排放,3台用于污泥回流,3台公共备用。

4)后混凝池

后混凝池数量:1座,有效水深3.0m,单池L×B=3.0m×3.0m

快速搅拌器数量: 1台,功率:2.2kW

2.3 V型滤池

城市中水和工业废水系列的设计水量相同,配有相同配置及滤速的V型滤池。

城市中水系列或工业废水系列主要设计及设备参数:

设计流量:3150m3/h,4座

滤池:每座格数: 2格反渗透,单格过滤面积52.45 m2,砂滤层厚度:1.5m,滤料d10= 1.35 mm。

V型运行数据:正常运行滤速:7.5m3/m2.h,强制滤速:7.7 m3/m2.h,过滤周期:24h。

反冲洗参数:

反冲洗气:55Nm3/m2.h,混合冲洗(气/水):28Nm3/m2.h和7.5m3/m2.h,反冲洗水:15m3/m2.h,交叉冲洗水:7.0m3/m2.h,。

反冲洗设备规格:

冲洗水泵:离心式,流量:787m3/h,扬程:8m,功率:22kW, 2用1备。

冲洗风机:罗茨,流量:2888Nm3/h,压差:0.04 MPa,功率:55kW,2用1备。

2.4 加药系统

加药系统设于加药间。本工艺加药由以下几个系统构成:1)混凝剂聚铁投加系统;2)石灰制备和投加系统;3)絮凝剂PAM制备和投加系统;4)碳酸钠制备和投加系统;5)浓硫酸贮存和投加系统;6)次氯酸钠贮存和投加系统。加药系统全自动运行,加药泵均设变频器,能随进水水质、水量变化调节加药量。

2.5 污泥处理系统

城市中水污泥量70 吨干泥/天,工业废水污泥量105 吨干泥/天。污泥的来源有:对污水中悬浮物去除、投加石灰和碳酸钠产生的CaCO3沉淀,以及来自商品药剂中的杂质。

主要设计参数及设备:

污泥储池:3座,单池有效容积V=300m3,内设搅拌机: N=22kW

自动厢式压滤机:过滤面积600m2,4台,滤板1600×1600mm,泥饼含固率40%

污泥进料泵:隔膜柱塞泵,Q=65m3/h,H=120m,4台中国下载中心。

3深度处理工程设计

3.1 多介质过滤器

多介质过滤器用以进一步去除水中的悬浮物和胶体,延长超滤膜的使用寿命和增加系统的产水能力。多介质过滤器设成卧式双室叠加的型式,以减少占地面积。过滤器的辅助系统包括反洗水泵和反洗风机、次氯酸钠、絮凝剂加药装置。

设计进水流量:2360 m3/h反渗透,多介质过滤器、原水泵、过滤器反洗水泵设成独立的2组,反洗风机2组共用。产水率96%。

单组主要设计参数及设备:

多介质过滤器:卧式叠加,D3200x12400,4台,单台设计流量:300m3/h

原水泵:Q=590m3/h,H=0.4MPa,3台,2用1备,变频控制

反洗水泵:Q=700m3/h,H=0.25MPa,2台,1用1备

反洗风机:Q= 36Nm3/min,H=68.6KPa,2台,1用1备(2组共用)

3.2 超滤系统

1)自清洗过滤器

多介质过滤器出水进入自清洗过滤器,以防止大的颗粒进入超滤膜,产水率99.5%。

主要设计参数及设备:自清洗过滤器:Q=1150m3/h,3套,过滤精度为200μm

2)超滤系统

本工程采用日本旭化成公司的外压式中空纤维式超滤膜组件,主要去除水中的悬浮物、胶体、大分子有机物,部分降低水中的油、COD及细菌含量。超滤出水SDI≤3,在水温25±5℃时,设计运行通量:55L/(m2·h),回收率90.2%。本工程采用全流过滤或单通错流过滤,通过关闭或打开浓水调节阀实现,若采用错流过滤,浓水排至深度处理原水池。

超滤膜在过滤了一定的水量后,膜丝表面拦截了大量的物质,本工程采用反洗、增强维护清洗(EFM)和化学清洗方式(CIP)去除膜丝上的物质。反洗周期30min,采用过滤-自动反洗/气洗-正冲。反洗无法去除的有机物,根据膜压差变化采用每1~7天进行一次的EPM。当超滤膜压差达到0.15~0.2MPa反渗透,进行CIP,CIP的周期为30~120天,CIP药剂包括次氯酸钠、酸和氢氧化钠。

主要设计参数及设备:

设计产水流量:1760m3/h

超滤膜:净产水176 m3/(h·套),11套,10用1备,74支膜组件/套

膜组件规格:型号UNA-620A,有效膜面积:50m2,公称孔径:0.1μm,膜丝内外径:0.7/1.3mm,尺寸:直径×长=165mm×2160mm

反洗水泵:Q=200m3/h,H=0.25MPa,2台,1用1备,变频控制

CIP设备:清洗水箱:有效容积15m3,配2个电加热器;清洗水泵:Q=75m3/h,H=0.25MPa,1台;保安过滤器:过滤精度≤5μm,Q=75m3/h,1套

3.3 反渗透系统

反渗透可以去除处理水中的绝大部分盐分、胶体、细菌、病毒、细菌内毒素和大部分有机物等杂质,作为后续除盐系统设备的预脱盐装置。反渗透设备系统除盐率一般为95-99%。在水温25±5℃时,反渗透膜设计通量不大于18 L/(m2·h),单根膜脱盐率达99.5%以上,设计反渗透回收率为75%中国下载中心。反渗透产水经过除二氧化碳器去除CO2,以减轻后续混合离子交换器的负荷,之后进入反渗透产水池。

反渗透系统包括反渗透增压泵、保安过滤器、高压泵、反渗透装置和辅助系统,辅助系统主要有冲洗水泵、还原剂加药装置、阻垢剂加药装置、杀菌剂加药装置和化学清洗系统。

主要设计参数及设备:

设计产水流量:1320m3/h

反渗透增压泵:Q=880m3/h,H=0.30MPa,4台,2用2备,变频控制

保安过滤器:过滤精度≤5μm,Q=293m3/h反渗透, 7套,6用1备

反渗透高压泵:Q=293m3/h,H=1.30MPa,7套,6用1备,变频控制

反渗透:产水220m3/(h·套),7套,6用1备,膜型号:陶氏BW30-400/34i-FR,31:16排列,7芯排列

冲洗水泵:Q=240m3/h,H=0.30MPa,1台

浓盐水泵:Q=150m3/h,H=1.40MPa,4套,2用2备,变频控制

化学清洗装置:清洗水箱(与超滤共用),清洗水泵:Q=130m3/h,H=0.40MPa,1台,保安过滤器:过滤精度≤5μm,Q=130m3/h, 1套

除二氧化碳器:Q=330m3/h ,4台,直径φ2800

软化水泵:Q=334m3/h,H=0.80MPa,SS316L材质,5台,4用1备,变频控制

3.4 混合离子交换器

离子交换系统主要用于进一步脱除反渗透产水中的微量离子,从而保证其产水水质满足出水要求。混合离子交换器出水pH一般为6.5~7.0之间反渗透,为保证除盐水pH=7~9.2的要求,在除盐水泵入口处加氨。

4运行效果

本工程预处理2009年10月底投产,实际运行情况详见表4、5,深度处理2010年1月底投产,实际运行情况详见表6。

表4 预处理城市中水实际运行进出水水质

Tab.4 Operatinginfluent and effluent quality of municipal reclaimed water

序号

项目

2009-12-11

2009-12-12

2009-12-13

2009-12-14

进水

出水

进水

出水

进水

出水

进水

出水

1

pH

7.63

7.46

7.7

7.49

7.64

7.54

7.56

7.46

2

悬浮物/(mg·L-1)

15

4

10

2

7

1

5

2

3

浊度/NTU

13

2

9

1.8

4

1.3

3.3

1.6

4

总碱度/(mg·L-1)

120

54

160

64

130

62

142

71

5

暂时硬度/(mg·L-1)

120

54

160

64

130

62

142

71

6

钙硬度/(mg·L-1)

190

87

208

100

202

101

199

97

表5 预处理工业废水实际运行进出水水质

Tab.5 Operatinginfluent and effluent quality of industrial wastewater

序号

项目

2009-12-15

2009-12-17

2009-12-18

2009-12-19

进水

出水

进水

出水

进水

出水

进水

出水

1

pH

7.99

8.40

8.71

7.44

8.13

9.95

7.93

7.92

2

悬浮物/(mg·L-1)

118

2

149

2

46

1

74

1

3

浊度/NTU

102

0.5

129

0.4

33

1

51

0.9

4

CODMN(mg·L-1)

22

13

31

18

15

13

16

15

5

BOD5(mg·L-1)

-

-

-

-

-

-

-

-

6

总碱度/(mg·L-1)

122

59

140

25

113

69

120

50

7

暂时硬度/(mg·L-1)

122

59

140

25

113

69

120

50

8

钙硬度/(mg·L-1)

276

81

380

226

255

97

268

90

9

油类/(mg·L-1)

1.7

1

2.1

0.7

2.3

0.8

1.7

1

注:-无数据。

表6 深度处理实际运行进出水水质

Tab.6 Operatinginfluent and effluent quality of post-treatment

序号

项目

2020-02-03

2020-02-04

2020-02-05

进水

软化水

除盐水

进水

软化水

除盐水

进水

软化水

除盐水

1

硬度/( mg·L-1)

320

0

0

384

0

0

324

0

0

2

二氧化硅/(μg·L-1)

-

50

10

-

6

5

-

6

5

3

电导率(25℃)/( μS/cm)

1580

21.6

0.15

1567

29.1

0.18

1602

28

0.2

4

pH

7.7

6.61

8.17

6.96

5.96

7.53

7.44

6.16

7.16

序号

项目

2020-02-06

2020-02-07

2020-02-08

进水

软化水

除盐水

进水

软化水

除盐水

进水

软化水

除盐水

1

硬度/( mg·L-1)

372

0

0

344

0

0

356

0

0

2

二氧化硅/(μg·L-1)

-

5

5

-

5

5

-

5

5

3

电导率(25℃)/( μS/cm)

1398

23.5

0.15

1339

19.78

0.15

1432

25.1

0.18

4

pH

7.57

6.66

7.13

7.66

6.78

7.14

7.34

5.91

7.47

5实际运行中问题及建议[2]

5.1预处理中需投加石灰去除暂硬,由于石灰中Ca(OH)2含量过低,造成去除暂硬效果差,产生的渣量较大,高密度沉淀池排泥频繁,且石灰中Mg、Si含量高造成深度处理中反渗透膜容易结垢,建议选择高品质的石灰,石灰中Ca(OH)2含量≥90%。

5.2深度处理中反渗透膜的污堵主要是有机物的污堵,建议以后新建的钢铁废水处理中考虑COD的进一步降低。

5.3污泥脱水系统的压滤机为国产设备,维护量较大,尽量选进口设备。

5工程意义

自本工程投产以来,唐钢共停用全部七座深井水泵站、九座各子系统软水站和一座除盐水站,水源全部采用工业废水和城市中水。冶金企业作为用水大户,在国家节能减排的要求下,水源成为缺水地区企业发展的瓶颈,本工程采用工业废水和城市中水替代地下水作为冶金企业的水源,为冶金企业节水和废水利用指出了一条新路。

参考文献:

[1]蒋玖璐,李东升,陈树勤.高密度澄清池设计[J].给水排水,2002,28(9):27-29

[2]尹士海,李忠政,梁宏书.双膜法在钢铁废水中的应用[J].全国冶金节水与废水利用技术研讨会集,2010:279-282

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