鋼廠雙膜法中水回用處理工藝

張瑋

上海東振環保工程技術有限公司，中國·上海 202105

1 引言

水資源短缺與水環境污染是全球淡水資源領域面臨的主要問題，也是中國經濟快速發展過程中所遇到的嚴峻挑戰。中國是一個水資源緊缺的國家，提高水資源的利用效率和效益勢在必行。污水回用是緩解水資源短缺的重要方法。

鋼鐵企業屬于高耗能行業，生產過程中需消耗大量的水。面對水資源的匱乏，如何有效利用廢水資源成為各大鋼鐵企業考慮的問題。采用傳統的污水處理技術已無法滿足廢水利用的要求，為了提高水循環利用率，某鋼廠在原有一套中水處理系統的基礎上新建一套中水深度處理系統，以實現水資源的循環使用，降低噸鋼耗水量。

本工藝在原有混凝/絮凝＋沉淀/氣浮工藝基礎上采用中速過濾器＋浸沒式超濾＋反滲透＋陽、陰離子交換器＋混合離子交換器工藝實現廢水再利用，以滿足生產新水、軟水、一級除鹽水和二級除鹽水的水質要求。

2 項目簡介

2.1 設計規模

某新建中水回用水站處理規模為1250m3/h，其中包括綜合污水850m3/h和400m3/h軋鋼水處理中心濁環溢流水。回用水系統總產水為690m3/h。其中作為軟水的水量為300m3/h，生產新水水量為120m3/h，另外270m3/h反滲透產水經原有陽、陰離子交換器脫鹽后作為一級除鹽水；一級除鹽水中140m3/h回用至原有除鹽水池，另外130m3/h經新建混合離子交換器深度除鹽水后外供，作為中溫中壓干熄焦發電機組用二級除鹽水[1]。

2.2 進、出水水質

進水水質見表1。

表1 系統進水水質表

回用水水質見表2。

表2 系統回用水水質表

系統外排水水質標準執行GB13456——2012《鋼鐵工業水污染物排放標準》中表3鋼鐵聯合企業直接排放標準。

表3 系統外排水質表

2.3 工藝流程

原有系統出水匯入回用水池后由泵提升至中速過濾器，經中速過濾器截留懸浮物后進入板式換熱器，以提高冬季水溫，保證系統回收率。板式換熱器出水進入超濾前自清洗過濾器，出水進入浸沒式超濾裝置。浸沒式超濾裝置通過產水泵抽吸負壓使水從膜外表面過濾入內表面，產水儲存在超濾產水池。超濾產水池水經反滲透給水泵提升至保安過濾器再經高壓泵加壓后進入反滲透裝置。反滲透濃水進入反滲透濃水池，用泵輸送至外排口達標外排。

反滲透一段產水進入一段產水池，用泵輸送至原有軟水池作為軟水使用。由于反滲透脫鹽率會隨著運行時間慢慢衰減，也會受到溫度的影響，為了確保一段產水達到軟水要求，在一段產水無法達到要求的情況下，一段產水由一段產水輸送泵輸送至原有鈉離子交換器，進一步降低硬度后再進入軟水池作為軟水使用。

二段產水進入新水回用水池，與部分中速過濾器出水進行勾兌后用泵直接泵入生產新水管網，一、二段剩余產水進入反滲透二段產水池中儲存，用泵輸送至原有陽、陰離子交換器進一步進行脫鹽后進入原有除鹽水池。部分水用泵輸送至一級除鹽水用水點，剩余部分用泵輸送至新建混合離子交換器，脫鹽至焦化除鹽水要求后進入二級脫鹽水箱儲存，用泵輸送至用水點。

2.4 工藝特點

①考慮到項目處理水量大，用地緊張等因素，本工藝采用浸沒式超濾裝置代替外置式超濾，大大降低了占地面積。

浸沒式超濾膜直接安裝在池內，通過產水泵在膜內部產生負壓，使水透過膜表面實現過濾，其有以下幾點優勢：

第一，浸沒抽吸的運行方式，實現了對高濁度原水的過濾穩定性。

第二，高密度的填充，占地面積小于外置式超濾。

第三，獨特的運行方式無需濃水回流等手段，運行壓力低，運行費用低。

②由于系統進水水質較好，反滲透一段產水即可滿足軟水水質標準，故本項目將反滲透一段產水與二段產水分離，一段產水直接作為軟水回用處理。多余一段產水與部分二段產水混合作為除鹽水供給水供給陽、陰離子交換器進一步進行脫鹽[2]。

③本項目因供給用戶點較多，對水質需要不同：生產新水、軟水、一級除鹽水、二級除鹽水等，結合各處理單元產水水質不同，本項目采用多單元產水混合法對系統資源配置實現最大優化。

對于生產新水采用部分中速過濾器產水＋反滲透二段部分產水混合作為其供給水。

軟水采用反滲透一段產水直接供給（一段產水＋鈉床作為補充工藝以滿足后期反滲透脫鹽率衰減）。

一級除鹽水供給水采用反滲透一段部分產水＋反滲透二段部分產水混合水作為供給水。

各處理單元產水水質見表4。

表4 各處理單元產水水質表

2.5 工藝及系統優化

2.5.1 中速過濾器反洗水優化

本工藝配備5套中速過濾器、5套浸沒式超濾和5套反滲透系統。超濾產水除作為反滲透供給水外，還需供給超濾系統反洗用水和中速過濾器反洗用水。超濾裝置每半小時需進行一次自動反洗，耗時約3～4min、每天需進行一次維護性清洗，耗時約40～50min，處于此狀態下的超濾裝置不能進行產水，即實際產水的超濾裝置為4套。中速過濾器運行8h或進、出水壓差達到設定值，亦需進行自動反洗。由于空間限制，超濾產水池為半地下式水池，地下部分約占水池總容積的1/3，這使得水泵啟泵液位較高。為保證超濾系統正常反洗，超濾產水池液位需一直保持在超濾反洗泵啟泵液位以上（因超濾系統反洗為自動進行，但液位未達到啟泵液位，系統會進入等待程序，使得超濾系統無法正常運行）。但在系統運行過程中發現中速過濾器反洗水量較大，每清洗一套中速過濾器，水池液位降低1m左右，如要保證超濾反洗隨時進行，過濾器反洗需在水池較高液位進行。這使得系統運行不穩定，操作人員需監控水池液位以避免超濾產水池液位降至啟泵液位以下，從而使超濾反洗水泵不能正常開啟[3]。

后經論證，將中速過濾器進水作為其反洗水，延長氣洗和水洗時間，在達到清洗效果的同時亦減輕超濾產水池運行壓力。從而使系統穩定運行，減輕操作人員工作負擔。

2.5.2 反滲透一段、二段產水進各水池管路優化

因本項目將反滲透一段產水與二段產水分離，一段產水分別進一段產水池和二段產水池；二段產水分別進二段產水池和新水回用水池。為實現各段產水與進水池之間自動切換，系統在各水池進水管道上安裝自動閥門且與水池液位計連鎖。例如，反滲透一段產水在進一段產水池與二段產水池管道上分別安裝自動閥，正常運行情況下，進一段產水池自動閥開啟，進二段產水池自動閥關閉，當一段產水池達到關閥液位時，先開啟進二段產水池自動閥，隨后關閉進一段產水池自動閥。當一段產水池液位降至設定開閥液位，開啟進一段產水池自動閥，關閉進二段產水池自動閥。但在系統運行過程中發現，一旦兩個水池進水自動閥中的一個出現故障，就會造成閥門無法正常開啟時，就會使得反滲透產水管道憋壓，從而使運行中的所有反滲透裝置爆破膜損壞，需要逐套進行更換。這不僅使得維修工作非常巨大，并且系統不能穩定供水，對用戶影響也很大。為解決這類問題，將反滲透一段產水進二段產水池自動閥取消，管道改為倒U型，這樣在進一段產水池閥門開啟狀態下，因進二段產水池管道為倒U型，增加管道背壓，使得來水全部進入一段產水池，只有當進一段產水池閥門關閉情況下，一段產水才會進入二段產水池，且不會因閥門故障而造成對反滲透系統的憋壓，出現系統不能正常運行的情況。

3 結論

此工藝充分利用中速過濾器、超濾系統、反滲透一段產水、二段產水水質不同的特點，將各處理單元產水靈活匹配，使其達到生產新水、軟水、一級除鹽水及二級除鹽水的需求，實現水資源利用最大化。