1.前言

寶鋼集團(tuán)南通鋼鐵有限公司根據(jù)集團(tuán)產(chǎn)品的發(fā)展規(guī)劃以及公司的總體規(guī)劃，進(jìn)行產(chǎn)品結(jié)構(gòu)調(diào)整和配套工程建設(shè)，簡(jiǎn)稱寶通工程。該工程對(duì)冶煉工序進(jìn)行技術(shù)改造，建設(shè)1座100t直流電爐、1座100t LF爐、1座100t雙工位VD爐、1套散狀料系統(tǒng)、1臺(tái)Φ400的圓坯連鑄機(jī)，年產(chǎn)碳鋼圓坯60萬(wàn)t，并配套建設(shè)相關(guān)的供配電(總降改造)及公輔設(shè)施(包括鍋爐房、水處理站、倉(cāng)庫(kù)、球罐區(qū)、檢化驗(yàn)設(shè)施等)。

2.全廠給排水現(xiàn)狀及面臨的問(wèn)題

公司已有工業(yè)新水處理站、污水處理站。全廠工業(yè)用新水取自公司西側(cè)運(yùn)河地表水，經(jīng)過(guò)工業(yè)新水處理站處理后，供公司工業(yè)水總管網(wǎng)，作各工藝單元(燒結(jié)、煉鐵、煉鋼、軋鋼、制氧等)的工業(yè)凈循環(huán)水系統(tǒng)補(bǔ)充水用。全公司污水集中回流至污水處理站，經(jīng)處理后供各工藝單元及消防水系統(tǒng)等，多余的處理后的污水排放至通揚(yáng)運(yùn)河。

寶通工程建設(shè)完成后，將提出新的工業(yè)新水、回用水、純水用水以及工業(yè)污水排水的要求。原有的工業(yè)新水處理站、污水處理站已經(jīng)滿負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)，必須建設(shè)新的水處理站。同時(shí)，根據(jù)《鋼鐵工業(yè)水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》和環(huán)保部門(mén)的相關(guān)要求，應(yīng)實(shí)現(xiàn)總排放口的零排放[1]。

為實(shí)現(xiàn)總排放口零排放，本工程實(shí)施將新建工程所產(chǎn)生的工業(yè)污水制成純水和工業(yè)新水供生產(chǎn)使用。

3.工業(yè)污水處理及純水和工業(yè)新水制取工藝

3.1工業(yè)污水處理工藝

工業(yè)污水處理工藝流程為：

工業(yè)污水以壓力流進(jìn)入調(diào)節(jié)池。調(diào)節(jié)池分為兩格，兼有工作池和事故池的功能，每格調(diào)節(jié)池內(nèi)設(shè)潛水?dāng)嚢铏C(jī)。調(diào)節(jié)池內(nèi)投加混凝劑、石灰等。

調(diào)節(jié)池出水采用潛水泵提升，將水送澄清池。澄清池內(nèi)設(shè)中心傳動(dòng)刮泥機(jī)。工業(yè)污水在澄清池內(nèi)混凝、沉淀，降低水中懸浮物含量、鈣鎂離子含量以及鐵錳離子含量。澄清池上清液出水至中間水池，底部污泥排至污泥槽，再以潛污泵加壓送污泥處理設(shè)施集中處理。

澄清池上清液出水至中間水池，調(diào)節(jié)pH值后，通過(guò)潛水泵輸送到高效流砂過(guò)濾器過(guò)濾。高效流砂過(guò)濾器采用升流式流動(dòng)床過(guò)濾原理和單一均質(zhì)濾料，過(guò)濾與洗砂同時(shí)進(jìn)行，24h連續(xù)自動(dòng)運(yùn)行，無(wú)須停機(jī)反沖洗，巧妙的提砂和洗砂結(jié)構(gòu)代替了傳統(tǒng)大功率反沖洗系統(tǒng)，能耗極低，系統(tǒng)無(wú)須維護(hù)和看管，管理簡(jiǎn)便。流砂過(guò)濾器可進(jìn)一步降低水中SS的含量、鈣鎂和鐵錳的含量。

過(guò)濾器出水進(jìn)入后續(xù)濾后水池。濾后水池不僅儲(chǔ)存前序砂濾器出水，同時(shí)也有原廠區(qū)回用水和工業(yè)新水補(bǔ)入，作為純水制取的原水使用。濾后水池內(nèi)設(shè)潛水泵，濾后水池出水經(jīng)壓力提升后送活性炭過(guò)濾器過(guò)濾。

活性炭過(guò)濾器可有效去除水中的COD物質(zhì)、余氯和膠體硅?；钚蕴窟^(guò)濾器定期反沖洗，反沖洗排水回水至調(diào)節(jié)池?；钚蕴窟^(guò)濾器出水以余壓至后續(xù)設(shè)施進(jìn)行進(jìn)一步的深度脫鹽處理。
由于工業(yè)污水量無(wú)法完全滿足后序水處理工藝制取純水和工業(yè)新水的要求，在濾后水池須補(bǔ)充廠區(qū)內(nèi)已有回用水。

3.2純水和工業(yè)新水制取工藝

純水和工業(yè)新水的制取采用雙膜法水處理工藝(即UF+RO)，純水和工業(yè)新水制取的具體工藝流程為：

工業(yè)污水經(jīng)處理后的出水以壓力流進(jìn)入純水制取設(shè)施原水水池，投加殺菌劑，由超濾給水泵加壓，經(jīng)板式換熱器(氣溫下降時(shí)使用)、自清洗過(guò)濾器，再經(jīng)過(guò)超濾裝置進(jìn)入超濾水池。超濾裝置平時(shí)設(shè)反洗，定期采用酸堿化學(xué)清洗。

超濾水池出水經(jīng)一級(jí)RO給水泵加壓，再投加還原劑、阻垢劑后，經(jīng)過(guò)保安過(guò)濾器后，再以一級(jí)RO高壓給水泵加壓，送一級(jí)RO裝置；一級(jí)RO出水經(jīng)PH調(diào)節(jié)(酸堿加藥裝置)送入中間水池；中間水池出水經(jīng)二級(jí)RO高壓給水泵加壓，送二級(jí)RO裝置，出水進(jìn)入純水水池。

超濾反沖洗排水回水至工業(yè)污水處理設(shè)施調(diào)節(jié)池，一級(jí)RO濃鹽水、RO的化學(xué)清洗廢水送反滲透濃水池后外用。二級(jí)RO濃鹽水利用余壓送超濾水池。

4.在設(shè)計(jì)中面臨的主要問(wèn)題分析及解決的辦法

4.1深度脫鹽工藝處理原水的選擇

目前國(guó)內(nèi)大型鋼鐵企業(yè)，均逐步在其常規(guī)回用水處理設(shè)施之后建設(shè)了采用超濾加反滲透的雙膜法進(jìn)行脫鹽處理的水處理設(shè)施。從實(shí)際運(yùn)行效果來(lái)看，在不同程度上存在著反滲透系統(tǒng)污堵快、清洗頻繁以及由于頻繁清洗造成的反滲透脫鹽率下降、頻繁更換保安過(guò)濾器濾芯等現(xiàn)象。

根據(jù)工程實(shí)際情況來(lái)看，進(jìn)入脫鹽深度處理系統(tǒng)的原水含有油及一定的COD造成的。據(jù)統(tǒng)計(jì)，由這些有機(jī)物造成的反滲透系統(tǒng)故障占全部系統(tǒng)故障的60-80%。

這是由于目前反滲透膜尚不能有效解決油和COD污染的問(wèn)題，因此在采用雙膜法進(jìn)行工業(yè)污水的深度脫鹽處理時(shí)，應(yīng)對(duì)進(jìn)入反滲透系統(tǒng)的原水加以選擇和分離。工業(yè)污水中連鑄、熱軋等工業(yè)污水，即便是經(jīng)過(guò)了常規(guī)的處理，其水中仍會(huì)含有1-5mg/L的油，該部分工業(yè)污水宜進(jìn)行單獨(dú)處理，不使其進(jìn)入反滲透系統(tǒng)。

當(dāng)然，不使連鑄、熱軋等含油工業(yè)污水進(jìn)入反滲透脫鹽系統(tǒng)并不是優(yōu)先的選擇。如果連鑄、熱軋?jiān)谌抗I(yè)污水含量中不高，能使全廠工業(yè)污水的COD物質(zhì)含量和油的含量達(dá)到反滲透要求的情況下，仍可對(duì)其全部處理回用。

相反，如果連鑄、熱軋等含油工業(yè)污水在全廠工業(yè)污水中所占比例很高的情況下，則不宜將其選為反滲透脫鹽系統(tǒng)的原水。

經(jīng)過(guò)系統(tǒng)分析，寶通工程連鑄濁循環(huán)所排污水約占工業(yè)污水總量的15%左右，因此最終將連鑄濁循環(huán)工業(yè)污水納入整個(gè)工業(yè)污水深度處理回用系統(tǒng)[2]。

4.2工業(yè)污水處理工藝分析

鋼鐵企業(yè)全廠工業(yè)污水一般具有以下主要污染物：濁度、COD、硬度與堿度、油類、鹽類等。工業(yè)污水經(jīng)過(guò)常規(guī)混凝、沉淀、過(guò)濾處理后，其出水的COD含量一般為每升水幾十毫克，油含量一般為1-5mg/L。工業(yè)污水所含COD，主要是非溶解性物質(zhì)；工業(yè)污水所含油，主要為設(shè)備所漏的機(jī)油。要想進(jìn)一步降低COD和油含量很難。無(wú)論是氣浮法還是生化處理，其效果均不佳。而COD和油的含量對(duì)于反滲透膜的使用有很大的影響。即便在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，對(duì)于大流量的含油工業(yè)污水進(jìn)行了分離，但仍應(yīng)在工業(yè)污水處理的工藝流程設(shè)計(jì)中，設(shè)置控制、降低油和COD含量的措施[3]。

寶通工程在常規(guī)砂濾后增設(shè)了活性炭過(guò)濾器，用于對(duì)有機(jī)物的吸附，進(jìn)一步控制和降低油和COD的含量?；钚蕴靠梢杂脕?lái)吸附溶解性有機(jī)物以及游離氯和臭氧等氧化劑。

在超濾工藝中，應(yīng)在超濾前投加絮凝藥劑，但考慮到絮凝反應(yīng)的時(shí)間，最終選擇在工業(yè)污水處理工藝段的活性炭過(guò)濾器前的濾后水池內(nèi)投加，以保證充分的反應(yīng)時(shí)間，同時(shí)經(jīng)過(guò)活性炭過(guò)濾器也可起到很好的藥劑與水的混合作用。

4.3工業(yè)污水進(jìn)水電導(dǎo)率對(duì)于雙膜法工藝的影響及解決的方法

在工業(yè)污水采用雙膜法進(jìn)行深度脫鹽處理中的遇到的另一個(gè)主要問(wèn)題是工業(yè)污水的進(jìn)水含鹽量過(guò)高，在數(shù)據(jù)指標(biāo)上常以電導(dǎo)率值來(lái)體現(xiàn)。全廠工業(yè)污水的電導(dǎo)率值一般都在3000μS•cm以上，工業(yè)用純水的電導(dǎo)率值一般要求在10μS•cm以下，工業(yè)新水的電導(dǎo)率值一般要求在500μS•cm以下。經(jīng)過(guò)雙膜法處理后，產(chǎn)生的工業(yè)新水完全可以達(dá)到使用的要求，但是如果制成純水用于生產(chǎn)則可能出現(xiàn)較難達(dá)到要求的情況。因此，在工業(yè)污水制取純水工藝中，可以考慮采取將部分工業(yè)新水補(bǔ)入脫鹽系統(tǒng)的原水水池。
在制取純水(或軟水、脫鹽水)時(shí)，在原水中摻入工業(yè)水，是改善雙膜法工藝原水水質(zhì)的一種有效手段。

寶通工程從區(qū)域工業(yè)新水管網(wǎng)中接出一路管道至純水制取設(shè)施的原水水池，作為改善雙膜法進(jìn)水含鹽量使用。當(dāng)原水水池進(jìn)水電導(dǎo)率達(dá)到4000μS•cm以上(該數(shù)值可根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整)，將廠區(qū)工業(yè)新水補(bǔ)充入原水水池。

4.4超濾膜元件的選擇

本工程超濾系統(tǒng)采用的是內(nèi)壓式多孔膜管的超濾膜。多孔膜管的每一個(gè)纖維集中了7根毛細(xì)管，強(qiáng)度大大增強(qiáng)，增加運(yùn)營(yíng)的安全性， 降低運(yùn)營(yíng)維護(hù)成本，并導(dǎo)致總成本的降低。多孔超濾技術(shù)能有效地防止膜絲的斷裂。

另外，超濾系統(tǒng)采用了膜件、端蓋、機(jī)架一體化集成系統(tǒng)T-Rack，組件在支架上排列十分緊密，管道系統(tǒng)已經(jīng)和組件連接在一起，無(wú)需再另外安裝管道系統(tǒng)，節(jié)省大量空間，無(wú)論從技術(shù)和經(jīng)濟(jì)方面都進(jìn)行優(yōu)化，與傳統(tǒng)的組件安裝支架設(shè)計(jì)方案相比有較大的改進(jìn)。

4.5反滲透膜元件的選擇
   
目前常用的反滲透膜元件產(chǎn)品有低壓高脫鹽反滲透膜元件、超低壓大通量反滲透膜元件、低污染反滲透膜元件、增強(qiáng)型低污染反滲透膜元件等。作為工業(yè)污水回用制取純水或工業(yè)新水，一級(jí)反滲透應(yīng)采用低污染膜元件，二級(jí)反滲透系統(tǒng)可以采用一般的低壓膜元件。

4.6反滲透系統(tǒng)回收率的合理確定與濃水的應(yīng)用

反滲透回收率是指反滲透系統(tǒng)產(chǎn)水量和進(jìn)水量的比值，表示進(jìn)水轉(zhuǎn)化為產(chǎn)水的百分率，是反滲透系統(tǒng)設(shè)計(jì)和運(yùn)行的重要參數(shù)?；厥章试黾訒r(shí)，濃水側(cè)的鹽濃度增加更快，致使透鹽率增加、滲透壓上升、一級(jí)凈驅(qū)動(dòng)壓力降低、產(chǎn)水量減少?；厥章试龈?，溶解于水中的鹽會(huì)更加接近飽和狀態(tài)，有可能析出后在膜表面沉淀并結(jié)垢，會(huì)對(duì)膜性能帶來(lái)很大的危害。因此，在反滲透系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，選擇合理的回收率是至關(guān)重要的?；厥章实脑黾右话阋馕吨诋a(chǎn)水量不變的前提下，能耗的增加和膜使用壽命的減少。
和回收率直接相關(guān)的另外一個(gè)反滲透系統(tǒng)的參數(shù)，就是反滲透濃水水量的大小。一般，反滲透濃水是指一級(jí)反滲透系統(tǒng)濃水，因?yàn)槎?jí)反滲透濃水可回流至超濾產(chǎn)水箱，只有一級(jí)反滲透濃水須從系統(tǒng)外排。一級(jí)反滲透濃水具有懸浮物含量低而含鹽量高的特點(diǎn)，如何實(shí)現(xiàn)一級(jí)反滲透濃水的直接利用和資源化，是反滲透系統(tǒng)應(yīng)用所研究的一個(gè)重要問(wèn)題。從常規(guī)設(shè)計(jì)角度而言，都追求反滲透濃水量的最小化。

寶鋼集團(tuán)南通鋼鐵有限公司在整個(gè)反滲透系統(tǒng)的設(shè)計(jì)時(shí)，著眼于整個(gè)工廠的水量平衡，追求總體能耗的最小化，而不是只注重單個(gè)系統(tǒng)或單個(gè)設(shè)備的參數(shù)。在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，首先尋找反滲透濃水(RO的化學(xué)清洗廢水)的合適用途，確定將該部分廢水用于場(chǎng)地的沖洗和沖渣。在參考可使用反滲透濃水的用戶用水量后，確定反滲透系統(tǒng)的回收率時(shí)，確定回收率為75%。采用該回收率指標(biāo)，使反滲透系統(tǒng)的能耗不致過(guò)高，同時(shí)反滲透濃水能充分的應(yīng)用與下級(jí)用戶。

4.7控制反滲透系統(tǒng)原水進(jìn)水水溫

進(jìn)水的溫度對(duì)脫鹽率和產(chǎn)水量的影響非常大。當(dāng)水溫升高時(shí)，由于水的粘度降低，產(chǎn)水量也隨之增加；當(dāng)水溫升高時(shí)，由于鹽的擴(kuò)散速度會(huì)增大，因此溫度增高脫鹽率降低。但前者對(duì)于反滲透系統(tǒng)運(yùn)行的有利因素要大于后者對(duì)反滲透系統(tǒng)運(yùn)行產(chǎn)生的不利因素。
在鋼鐵企業(yè)中，蒸汽一般都是具有較大富裕的。所以適宜在雙膜法系統(tǒng)總進(jìn)水上增加板式換熱器。在冬季，以蒸汽熱量傳遞給水，從而保證反滲透系統(tǒng)的產(chǎn)水量。
寶通工程從全廠的蒸汽管網(wǎng)上接一路支管至脫鹽水處理系統(tǒng)，并在系統(tǒng)內(nèi)設(shè)置了板式換熱器。

5.小結(jié)
   
工業(yè)污水回用制取純水和工業(yè)新水用于生產(chǎn)，是鋼鐵企業(yè)節(jié)能減排的一項(xiàng)重要手段。但整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是十分復(fù)雜的，需要有詳細(xì)和周密的考慮。對(duì)于一些技術(shù)問(wèn)題和難點(diǎn)需要反復(fù)分析和論證。

參考文獻(xiàn)

1 金亞飚.鋼鐵企業(yè)水系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排的技術(shù)措施.環(huán)境工程，2008.26(增刊)：165-169，173

2 金亞飚.淺談鋼鐵企業(yè)工業(yè)污水處理現(xiàn)狀和存在的問(wèn)題.中國(guó)環(huán)保產(chǎn)業(yè)，2009.1(總127期)：31-34

3 金亞飚.鋼鐵企業(yè)全廠工業(yè)污水采用雙膜法工藝進(jìn)行脫鹽處理的問(wèn)題分析及設(shè)計(jì)要點(diǎn)淺談.中國(guó)脫鹽，2008.6(總18期)：15-18

作者簡(jiǎn)介：金亞飚(1975.12- )，男，漢族，籍貫江蘇省常熟市，同濟(jì)大學(xué)環(huán)境工程學(xué)院給水排水工程專業(yè)本科畢業(yè)，學(xué)士學(xué)位，高級(jí)工程師/注冊(cè)公用設(shè)備工程師，兼任《環(huán)境科學(xué)與技術(shù)》雜志編委、《科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)》雜志特約編委，主要從事鋼鐵企業(yè)給排水設(shè)計(jì)工作和冶金環(huán)境保護(hù)研究工作。