冶金业废水回用研究

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1水质、水量特征及要求

钢铁工业的废水水质、水量根据来源及工艺情况的不同而变化。武钢A排口综合废水闭环回用作为一期工程已于2007年底投于正常运行,A排口汇集炼钢工序、轧钢工序、氧气公司、快餐公司和其它附属厂的合流污废水以及肖家湾、龚家岭附近企业的生产废水和生活污水及雨排水。根据污废水的来源分析,该综合废水成分复杂,主要污染物油含量较大,浓度变化大,水质不稳定等,既含有有机成分,又含有无机成分;既有悬浮态的,又有溶解态的,主要污染源为SS、COD、硬度、油类及铁等;另外,由于各排水点排放污废水时间不尽相同,水质变化大也是其一大特点之一。废水处理规模按Q=8000m3/h(Q=19.2万m3/d),考虑到滤池的反洗废水和污泥脱水后的滤后水回流到进水调节池:工艺的小时处理流量按Q=8320m3/h考虑;处理后符合要求(见表1)的水进入武钢净化水管网,回用于生产。

2工艺流程的选择

确定综合武钢某综合废水的前期试验研究和实测原水水质BOD5/CODCr=0.15,经过综合分析比较,武钢某综合废水采用物理化学处理工艺,其工艺流程图。

3主要处理构筑物及其设计参数的确定

处理构筑物及其设计参数的合理选择是确保冶金工业综合废水回用处理正常运行的关键[1]。

1)格栅、提升泵站和调节池根据污废水特点,为降低沉淀池的负荷量以及对设备的磨损、管道的堵塞,特别是为延长过滤机板框的寿命,在提升泵站前设置粗/细格栅以拦截较大和较小颗粒很有必要。武钢某综合废水回用处理设有2条格栅渠道(宽度2m),在每条渠道上设置2级机械自动格栅,粗格栅栅隙25mm,细格栅栅隙10mm。在调节池前部的取水井内安装提升潜水泵。潜水泵设置5台,4台工作,1台备用,其中设2台变频调速泵;提升泵站设计为小时峰值流量8320m3/h,单机能力2080m3/h,出口扬程14m;设1座调节池,分为2格,每格有效容积8325m3,每格设搅拌器4台,搅拌器功率25kW,每立方米搅拌功率10W。

2)前混凝混凝的混合阶段是整个混凝过程的重要环节,混合工艺的选择应遵循快速、充分的原则,G值适当增大,可使混合形成的絮体有较大密度,反之则絮体密度降低,对沉淀池排泥及过滤均不利[2]。经综合比较,武钢某综合废水回用项目采用机械混合方式。快速混合池有关参数为:最大流量Q=8320m3/h,个数2个,接触时间t=3min,单池有效容积V=210m3,快速搅拌器2台,速度梯度>250s-1,搅拌功率N=11kW。

3)高密度沉淀池武钢某综合废水回用项目采用的是高效、改进型的高密度沉淀池技术。它是一种采用斜管沉淀及污泥循环方式的快速、高效的沉淀池,主要由3部分组成:反应区、预沉-浓缩区以及斜管分离区,是集絮凝、预沉、污泥浓缩、浓缩污泥回流、斜板分离于一体的高效沉淀池。它具备了斜管沉淀池、机械搅拌澄清池的优点,具体表现在:表面负荷高(反应区的SS高达几千ppm)、效率高(上升流速一般在10—35m/h之间)、节约用地(为常规沉淀技术的1/4—1/10)、减少药剂投加量(由于污泥回流可以回收部分药剂,而且循环使得污泥和水的接触时间较长,其耗药量低于其他的沉淀装置)、排泥干度高(排泥浓度在20—100g/L,在石灰软化时可以高达150g/L,完全满足直接脱水的要求,无需再建浓缩池)、水量损失较低(由于外排污泥的浓度较高,其带走的水量也相对较少,和常规静态沉淀池相比,沉淀池的水量损失非常低)、降低初期投资成本和运行成本等等。高密度沉淀池具体设计参数为:处理能力Q=8320m3/h,池总数n=6个;单池最大流量q=1387m3/h;单池总面积S=190m2,斜管面积118m2,斜管内上升流速V=11.84m3/(m2•h);单池排泥泵1台,流量Q=60m3/h;单池污泥循环泵1台,流量Q=60m3/h;紧急状态下,排泥泵可用作污泥回流泵;同时,6座高密度沉淀池配备1台相同规格的完全备用排泥泵。

4)后混凝来自高效沉淀池的出水在进入滤池之前,须进一步混凝反应,以增强滤池的过滤效果和延长过滤周期。武钢某综合废水回用处理后混凝池的具体参数为:最大流量Q=8320m3/h,个数2个,接触时间t=2min,单池有效容积V=36m3,快速搅拌器2台,速度梯度>250s-1,搅拌器功率N=4kW。

5)滤池组经综合分析比选,武钢某综合废水回用采用的是“V”型滤池。具体参数为:滤池数量8座,单池面积121m2、宽度×长度=4m×15.14m、滤料厚度1.5m、滤料有效尺寸1.35m、滤料之上水高1.2m、过滤速度8.6m/h,反冲洗强度:冲洗水15m3/(m2•h)、冲洗气55m3/(m2•h)、交叉冲洗水7m3/(m2•h),冲洗水泵3台、2用1备,型式为卧式-离心,流量Q=910m3/h、扬程H=8m,气洗风机3台、2用1备,型式为罗茨,流量Q=3330nm3/h。

6)清水池及加压泵站经处理后符合要求的清水进清水池储存,由加压泵站内的清水泵连续送用户使用。武钢某综合废水回用项目清水池设置于滤池底层,清水池容积4000m3,2格。回用水泵设置于滤池的反冲洗泵房内,水泵采用大小泵配合调节方式,具体参数:设有5台大型卧式离心回用水泵,Q=8000—12000m3/h,3用2备、单机Q=2667m3/h,H=62m,同时,泵站内设有1台小型调节泵,具体参数:Q=1200m3/h,H=62m。

7)污泥脱水武钢某综合废水回用项目采用的是板框压滤机脱水。脱水系统设计为每天工作24h,每周工作7d,3套压滤机(2用1备)处理设计产生的污泥量。板框压滤机的一个工作周期为2.5h,每天各工作10个周期。平均产泥量为64t/d,板框压滤机为全自动脱水,工作压力为1.2×106Pa,压滤机的规格为:板尺寸1600mm×1600mm,泥饼含固率≥40%,单台板数136块,单台过滤面积600m2;设有3台变频进泥隔膜泵:Q=60m3/h,P=1.2×106Pa;同时,设有1台高压冲洗泵:Q=12m3/h,P=1.0×107Pa。

4化学处理

在冶金工业综合废水处理回用过程中,根据物理处理工序的需要,必须选择合适的加药化学处理,药剂种类的选择、投加量、投加地点、投加方式须根据污水水质、回水水质要求和处理工艺确定[3-6]。武钢某综合废水回用处理首先在污水进入高密度沉淀池的絮凝区进行絮凝前,在前混凝池内投加混凝剂PFS和石灰。具体规格参数为:PFS形态为铁含量大于9%的溶液,设有3台速控比例调节计量加药泵,2用1备,Q=300L/h;石灰浆由螺杆泵变频投加,石灰浆由熟石灰粉末(Ca(OH)2纯度≥92%,粒径200目)和水配制而成,设有3台螺杆计量加药泵,2用1备,Q=10m3/h;其次,在高密度沉淀池的反应区和污泥循环管路上投加聚合物电解质PAM,投加的PAM由粉末状的PAM聚合物和水配制而成,投加泵将液态PAM送入相应的投加点,最大设计投加量Q=1.5mg/L,溶液浓度2g/L,设有7台比例调节投加螺杆计量泵,6用1备,Q=1050L/h;再次,在后混凝池投加PFS溶液和硫酸,硫酸浓度为98%,平均投加量Q=20mg/L,设有3台变频调节投加隔膜计量泵,2用1备,Q=70L/h。后混凝池混凝剂的投加设施与前混凝设置在一起,设有3台后混凝速控比例调节计量加药泵,2用1备,Q=30L/h。最后,滤池出水采用投加次氯酸钠消毒,浓度为150g/L有效氯,设有2台投加泵,1用1备,Q=550L/h。

5运行效果

冶金工业综合废水回用在保护环境、节约水资源等方面,经过生产实践检验,已显示出其巨大优越性。下面以武钢某综合废水由直排长江改为闭环回用的实际运行资料为基础,对其效益进行分析对比。1)具有显著的环境效益避免了对水体的热污染和水质污染,免交很可观的排污费,同时,也减少了对水资源费的交纳,保护了环境,合理地利用了水资源。按有关规定该综合排水需交纳排污费0.1元/t,武钢用水收取水资源费0.1元/t,因此,闭环回用较直流系统年少交排污费和水源费共计:8000×24×365×0.1+8000×24×365×0.1=7008000+7008000=1402(万元/a)。2)节水效果显著由直排改闭环回用后,该系统水全部用于武钢生产水用户的补充水,扣除水资源费,武钢净化水价格按0.35元/t计算,年节约净化水费用:8000×24×365×0.35=2453(万元/a)。3)增加电费和药剂费按现场实际运行资料统计,由直流改为闭环回用后,年增加电耗费用501万元/a。同时,增加了药剂费700万元/a,则年增加电费和药剂费:501+700=1201(万元/a)。4)社会效益显著从实际运行情况看,直流改闭环回用后,可满足武钢的正常生产需要,供水压力和水质得到了更好保证,消除了过去末端供水压力低、水质波动影响生产的现象;从根本上改善了厂容环境;对北湖的生态恢复起到了积极的推动作用,受到上级主管部门一致好评;污水不再外排,保护了自然水体不受污染,排水管渠不致因污泥含量多而造成堵塞,大大减少了排水管渠的清挖、维护、维修费用;就近供水,避免了原净化水长距离输送的动力费用和动力设施及管网维护费用,同时,避免了原部分净化水管网年久失修而造成的管网泄露现象。因此,其社会效益是巨大而无法估量的。

6结语

应用运行实践证明:该工业综合废水回用水处理工艺技术是先进的、可靠的,具有工艺简单、成本低、处理效果好等特点;探索的运行管理经验是成功、可行的;直流改闭环回用后,确保了武钢正常生产需求,同时显示出了其巨大的环境效益、经济效益、技术效益和社会效益,符合国家循环经济政策和节能减排要求,为加大冶金乃至其它行业的可持续发展力度,提供了理论和实践依据,具有推广价值。