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，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)進行深度脫鹽后，以膜法為核心的技術(shù)突破了這個瓶頸，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，不斷推動膜法技術(shù)在污水回用中的發(fā)展。本文以藍星環(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)展狀況

目前，很多企業(yè)已經(jīng)進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的要求，最終實現(xiàn)水資源的循環(huán)利用。這一需求促進了更多、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，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)置了停留時間150min的調(diào)節(jié)池（見圖1）。在污水進入調(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)底部進入高密度沉淀池，沉淀池下部設(shè)置攪拌刮泥機，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；混凝池出水進入氣水反沖洗濾池，氣水反沖洗濾池按6池設(shè)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(shè)計壓差或設(shè)定反洗間隔時間后，進行氣水聯(lián)合反洗。污水處理廠的進水水質(zhì)指標和出水水質(zhì)指標見表1和表2。

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(zhì)遠超過設(shè)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(shè)計，采用傳統(tǒng)的混凝沉淀工藝為核心（見圖2）。原水進水經(jīng)格柵后流入調(diào)節(jié)池（內(nèi)置曝氣系統(tǒng)），水力停留時間約1小時。經(jīng)提升泵提升后進入混凝池，攪拌加入PAC和PAM，經(jīng)花墻配水后進入斜管沉淀池，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)計出水懸浮物濃度≤5mg/L。污水處理廠的進水水質(zhì)指標和出水水質(zhì)指標見表3和表4。

通過實際出水水質(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際運行經(jīng)驗，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)指標穩(wěn)定的特點，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。在實際的設(shè)計選型過程中通過優(yōu)化工藝參數(shù)，保證反滲透進水合格和出水達標。

其中，多介質(zhì)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(shè)計，保證進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)時間，保證反洗強度，能將污染物有效去除。運行過程中，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(jié)垢趨勢；加入還原劑是因為預(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(jīng)過保安過濾器后，由高壓泵輸送至反滲透主機內(nèi)。高壓泵采用變頻設(shè)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(jù)進水溫度調(diào)節(jié)泵揚程，控制反滲透的產(chǎn)水量。反滲透單元采用全自動設(shè)計，通過監(jiān)測ORP、壓力、流量、pH值、電導(dǎo)率等儀表反饋值，自動調(diào)節(jié)加藥量和主機啟閉。反滲透系統(tǒng)設(shè)計回收率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年的反滲透膜運行情況良好，段間壓差穩(wěn)定，進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)指標見表5。

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）。

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（一期3套、二期3套），每套超濾產(chǎn)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(chǎn)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(tǒng)按6系列設(shè)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(shè)計定時正沖洗和化學清洗系統(tǒng)，對沉積在膜表面的污染性物質(zhì)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(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，一部分水進入二級反滲透和混床進行精脫鹽，脫鹽后的產(chǎn)水水質(zhì)達到以下標準（見表6）。

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(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。

采用超濾旨在提供較為穩(wěn)定的反滲透進水水質(zhì)。采用的是變頻恒流設(shè)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(shù)據(jù)，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(jīng)過化學清洗后能恢復(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。

超濾的SDI值在整個運行期間，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水水質(zhì)要求。

圖8、9是一級反滲透的運行數(shù)據(jù)，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(jīng)過化學清洗后能恢復(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%。在進行化學清洗后可恢復(fù)到4.1m3/h，恢復(fù)性能良好。

4 經(jīng)濟效益分析

膜集成技術(shù)工藝處理污水達到初級脫鹽水（即反滲透出水）系統(tǒng)的運行費用在2.0～2.5元/噸水，達到循環(huán)水補水要求的系統(tǒng)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(chǎn)出高質(zhì)量的工業(yè)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(yè)水資源緊缺問題，同時也能為企業(yè)創(chuàng)造良好的經(jīng)濟效益。

5 總結(jié)

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(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）都能達到反滲透進水條件，保證反滲透進行穩(wěn)定高效的脫鹽處理，提高回用水水質(zhì)指標，拓寬污水回用的使用方向，以更好地實現(xiàn)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(tǒng)的運行狀況進行分析，系統(tǒng)各工藝單元對各污染物的去除效果見表7。

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。

藍星環(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)，在項目實施過程中積累了豐富的經(jīng)驗。鋼鐵污水具有間歇性排放、水量水質(zhì)波動大、前處理不盡相同等特點，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)、不同的運行工況，通過不斷地分析研究和實踐，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。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>

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