導讀:：本工程預處理采用：高密度沉淀池和V型濾池。泵站、高密度沉淀池、V型濾池分別設置。然后進入超濾系統。影響反滲透的脫鹽率。并購買城市中水。本工程有兩路原水：城市中水及工業廢水。

關鍵詞：高密度沉淀池，V型濾池，超濾，反滲透，城市中水，工業綜合廢水，城市中水

1概述

 唐山鋼鐵股份有限公司產鋼960萬噸/年，消耗生產新水670萬噸/年。為了節能減排，唐鋼決定將全廠綜合廢水收集在一起，并購買城市中水，處理后作為生產新水、除鹽水全部回用。唐鋼于2009年4月開始建設城市中水與工業廢水綜合利用工程。本工程預處理采用：高密度沉淀池和V型濾池，設計規模： 7.2×2萬m3/d;深度處理采用：超濾、反滲透及混合離子交換器，設計規模：軟化水(反滲透產水)3.168萬m3/d，除鹽水(混合離子交換器產水)0.72萬m3/d。

1.1設計進、出水水質

本工程有兩路原水：城市中水及工業廢水。

 城市中水來自市政污水處理廠，水質達到一級A標準;工業廢水來自唐鋼廠區各循環系統的工業排污水、少量生活污水及雨水。根據唐鋼生產新水的水質要求及深度處理對進水水質的要求，預處理的設計進、出水水質如表1，主要污染物為懸浮物、堿度、暫硬、COD、BOD5及少量浮油等。考慮到城市中水具有低硬度、低溶解性固體的特點，經預處理后作為生產新水，工業廢水具有高硬度、高溶解性固體的特點，經預處理后作為深度處理的原水中心。工業廢水經預處理后的其他項指標詳見表2。深度處理出水水質詳見表3。

表1 預處理設計進、出水水質

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

 1.假設工業廢水進水溶解性CODMn小于15 mg/L，工業廢水進水總BOD小于30 mg/L反滲透，其中進水溶解性BOD小于5 mg/L; 2.關于油的擔保是針對非溶解性的油;3.所有硬度以碳酸鈣計。

表2 深度處理設計進水水質

Tab.2 Design iffluent quality ofpost-treatment

表3 深度處理設計出水水質

Tab.3Design effluent quality of post-treatment

1.2設計工藝流程

預處理處理工藝流程見圖1。

城市中水和工業廢水分別的預處理建設兩條獨立的處理序列，格柵間、調節池及提升

圖1 預處理工藝流程

Fig.1 Flow chart of prêt-reatment

 泵站、高密度沉淀池、V型濾池分別設置，加藥、污泥脫水和濾池反沖洗系統共用。兩條處理序列采用相同的工藝流程，詳見圖1。

 城市中水壓力流進入廢水廠，工業廢水重力流進入廢水廠，首先經格柵去除水中的大塊污染物，之后進入調節池均質、均量，由提升泵送往高密度沉淀池去除SS、暫硬、懸浮油、堿度、CODcr等，出水重力流進入V型濾池進一步去除SS和膠體等污染物，城市中水系列的濾池出水消毒后進入景觀水池，由供水泵外供至生產新水用水點，工業廢水系列的濾池出水重力流進入深度處理的原水池;高密度沉淀池排泥進入泥漿儲池之后加壓送自動廂式壓濾機進行脫水;兩個系列的濾池反沖洗排水分別重力流回到各自系列的調節池。

圖2 深度處理工藝流程

Fig.2 Flow chart of wastewater post-treatment

 深度處理處理工藝流程見圖2。由于工業廢水主要為唐鋼全廠循環系統的排污水，夏季水溫約為35~40℃，影響反滲透的脫鹽率，因此預處理出水夏季時經過冷卻塔降溫再進入深處理。預處理出水經過原水泵提升后進入多介質過濾器去除細小的SS和膠體，然后進入超濾系統，超濾主要去除砂濾無法去除的SS、膠體、細菌等水中雜質，保證SDI<3。超濾產水進入超濾產水池，超濾產水經過反滲透增壓泵提升進入保安過濾器，保安過濾器出水進入反滲透高壓泵，經高壓泵加壓進入反滲透裝置脫鹽，反滲透產水通過除碳器進入反滲透產水池。部分反滲透產水通過泵提升進入混合離子交換器進一步除鹽，混合離子交換器產水進入除鹽水池。反滲透產水和除鹽水分別通過外供泵輸至廠區的軟化水管網、除鹽水管網。

 反滲透濃水考慮充分利用自身的余壓，直接排放至濃鹽水池。多介質過濾器和超濾的反洗排水直接排至預處理系統的調節池，混合離子交換器的再生廢液、超濾和反滲透的清洗廢液通過中和處理后回至濃鹽水池，用于唐鋼燒結和渣山除塵。

2預處理工程設計

 本工程包括城市中水處理及工業廢水處理兩套相似的系統中國下載中心。考慮到加藥、污泥脫水和濾池反沖洗系統為兩條處理系列共用，同時為了確保平面布置的對稱及美觀，兩套水處理系列將在同一廠區內平行建造。

2.1格柵間、調節池及提升泵站

城市中水水質達到一級A標準，只設細格柵，工業廢水設粗、細格柵。

 城市中水由泵加壓過來，水量較為穩定反滲透，因此調節池停留時間為1.0h;工藝廢水排放不均勻，且生產廢水中匯入了部分生活污水，待處理的污水水量和水質在時間上變化較大，因此調節池停留時間為2.5h。調節池內設置潛水攪拌機以防止污泥沉淀。在調節池后部的取水井內安裝潛水提升泵，用于提升來水至高密度沉淀池。

主要設計參數及設備：

城市中水系列：

 格柵渠道：2座，有效水深1.4m，長×寬×深：L×B×H=19m×1.0m×3.18m

格柵：2臺，耙齒柵隙B=10mm，安裝角度75°，N=1.1kW

調節水池：2座，停留時間：1.0h，潛水攪拌機：6臺，單臺N=10kW

潛水提升泵：Q=1050m3/h，H=13m，N=55kW，4臺，3用1備。

工業廢水系列：

 格柵渠道：2座，有效水深1.4m，長×寬×深：L×B×H=23m×1.0m×7.38m

 格柵：柵條間隙B=25mm，2臺;耙齒柵隙B=10mm，2臺;安裝角度75°，N=1.1kW。

調節水池：2座，停留時間：2.5h，潛水攪拌機：8臺，單臺N=25kW

潛水提升泵：Q=1050m3/h，H=17m，N=75kW，4臺，3用1備。

2.2高密度沉淀池

 高密度沉淀池包含前混凝池、絮凝反應池、斜管沉淀-濃縮池、后混凝池及污泥泵房。高密度沉淀池在冶金工業廢水處理中得到廣泛應用，作為預處理的核心工藝，具有以下特點：

1)混凝、絮凝過程均采用機械攪拌反滲透，且分別在不同的池內完成，效果較好;

 2)設有外部污泥循環系統，使用變頻泵從后部的沉淀-濃縮池回流污泥至絮凝反應池進水管，使絮凝反應池中懸浮物濃度達到3000~4500mg/L，提高對水質的抗沖擊能力;污泥的回流可充分發揮其絮凝作用，減少藥劑的投加量，從而節約運行成本;

 3)絮凝反應池是高密度沉淀的獨特特點之一，它含有一個圓形中心導流筒，導流筒和池壁間設擋板，導流筒中設可變頻的絮凝攪拌機，在攪拌機下設PAM投加環，使反應池內水流均勻混合，為絮凝和聚合電解質的分配提供所需的動能量[1];

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

本工程的高密度沉淀池有以下特點：

 1)以往的高密度沉淀池的前混凝池多數只有一個攪拌池，混凝劑和石灰均投加在同一池內，只是投加點不同，需調試確定。當混凝池中投加石灰后，PH值為10左右，超出了多數混凝劑的最佳混凝范圍。本工程的前混凝池由兩個串聯的攪拌池組成，攪拌池均內設快速攪拌機，第一個攪拌池用于進水與混凝劑的快速混合，第二個攪拌池用于進水與石灰、回流污泥的快速混合。

 2)以往的循環污泥的回流點均在絮凝反應池的進水管上，本工程中循環污泥的回流點在前移至前混凝池中第二個攪拌池的進水處，這可以增加污泥和水的接觸時間，充分混合，強化后續的絮凝效果。

3) 在絮凝反應池投加碳酸鈉，去除永久硬度。

城市中水和工業廢水系列的設計水量相同，配有相同數量及尺寸的高密度沉淀池中國下載中心。

城市中水系列或工業廢水系列主要設計參數及設備：

設計流量：3150m3/h，單座設計流量：1050m3/h。

1)前混凝池、絮凝反應池

 前混凝池：3座，每座設2個串聯的攪拌池反滲透，有效水深2.8m，單池L×B=2.5m×2.5m

前混凝攪拌機數量：6臺，功率：2.2kW。

 絮凝反應池：3座，有效水深5.9m，單池L×B=5.65m×5.65m

絮凝攪拌機數量：3臺，功率：11kW，圓形導流筒及擋板：3套。

2)斜板沉淀-濃縮池

斜板沉淀-濃縮池：3座，有效水深5.9m，池徑：?=11.5m

斜管：3套，材質：乙丙共聚，斜長：1.5 m，間距：80 mm，傾斜角度：60°，

單池斜管平面面積：82 m2，斜管上升流速12.8m/h

 出水槽：36套，材質：不銹鋼SS316，單槽L×B×H=5.0m×0.25m×0.31m

刮泥機：3套，材質：碳鋼，環氧涂層，直徑：?=11.5m，功率：1.1 kW

 螺桿泵：9臺，流量：42 m3/h，揚程：0.2 MPa，3臺用于污泥排放，3臺用于污泥回流，3臺公共備用。

4)后混凝池

后混凝池數量：1座，有效水深3.0m，單池L×B=3.0m×3.0m

快速攪拌器數量： 1臺，功率：2.2kW

2.3 V型濾池

城市中水和工業廢水系列的設計水量相同，配有相同配置及濾速的V型濾池。

城市中水系列或工業廢水系列主要設計及設備參數：

設計流量：3150m3/h，4座

 濾池：每座格數: 2格反滲透，單格過濾面積52.45 m2，砂濾層厚度：1.5m，濾料d10= 1.35 mm。

 V型運行數據：正常運行濾速：7.5m3/m2.h，強制濾速：7.7 m3/m2.h，過濾周期：24h。

反沖洗參數：

 反沖洗氣：55Nm3/m2.h，混合沖洗(氣/水)：28Nm3/m2.h和7.5m3/m2.h，反沖洗水：15m3/m2.h，交叉沖洗水：7.0m3/m2.h，。

反沖洗設備規格：

沖洗水泵：離心式，流量：787m3/h，揚程：8m，功率：22kW， 2用1備。

沖洗風機：羅茨，流量：2888Nm3/h，壓差：0.04 MPa，功率：55kW，2用1備。

2.4 加藥系統

 加藥系統設于加藥間。本工藝加藥由以下幾個系統構成：1)混凝劑聚鐵投加系統;2)石灰制備和投加系統;3)絮凝劑PAM制備和投加系統;4)碳酸鈉制備和投加系統;5)濃硫酸貯存和投加系統;6)次氯酸鈉貯存和投加系統。加藥系統全自動運行，加藥泵均設變頻器，能隨進水水質、水量變化調節加藥量。

2.5 污泥處理系統

 城市中水污泥量70 噸干泥/天，工業廢水污泥量105 噸干泥/天。污泥的來源有：對污水中懸浮物去除、投加石灰和碳酸鈉產生的CaCO3沉淀，以及來自商品藥劑中的雜質。

主要設計參數及設備：

污泥儲池：3座，單池有效容積V=300m3，內設攪拌機： N=22kW

 自動廂式壓濾機：過濾面積600m2，4臺，濾板1600×1600mm，泥餅含固率40%

污泥進料泵：隔膜柱塞泵，Q=65m3/h，H=120m，4臺中國下載中心。

3深度處理工程設計

3.1 多介質過濾器

 多介質過濾器用以進一步去除水中的懸浮物和膠體，延長超濾膜的使用壽命和增加系統的產水能力。多介質過濾器設成臥式雙室疊加的型式，以減少占地面積。過濾器的輔助系統包括反洗水泵和反洗風機、次氯酸鈉、絮凝劑加藥裝置。

 設計進水流量：2360 m3/h反滲透，多介質過濾器、原水泵、過濾器反洗水泵設成獨立的2組，反洗風機2組共用。產水率96%。

單組主要設計參數及設備：

多介質過濾器：臥式疊加，D3200x12400，4臺，單臺設計流量：300m3/h

原水泵：Q=590m3/h，H=0.4MPa，3臺，2用1備，變頻控制

反洗水泵：Q=700m3/h，H=0.25MPa，2臺，1用1備

反洗風機：Q= 36Nm3/min，H=68.6KPa，2臺，1用1備(2組共用)

3.2 超濾系統

1)自清洗過濾器

多介質過濾器出水進入自清洗過濾器，以防止大的顆粒進入超濾膜，產水率99.5%。

主要設計參數及設備：自清洗過濾器：Q=1150m3/h，3套，過濾精度為200μm

2)超濾系統

 本工程采用日本旭化成公司的外壓式中空纖維式超濾膜組件，主要去除水中的懸浮物、膠體、大分子有機物，部分降低水中的油、COD及細菌含量。超濾出水SDI≤3，在水溫25±5℃時，設計運行通量：55L/(m2·h)，回收率90.2%。本工程采用全流過濾或單通錯流過濾，通過關閉或打開濃水調節閥實現，若采用錯流過濾，濃水排至深度處理原水池。

 超濾膜在過濾了一定的水量后，膜絲表面攔截了大量的物質，本工程采用反洗、增強維護清洗(EFM)和化學清洗方式(CIP)去除膜絲上的物質。反洗周期30min，采用過濾-自動反洗/氣洗-正沖。反洗無法去除的有機物，根據膜壓差變化采用每1~7天進行一次的EPM。當超濾膜壓差達到0.15~0.2MPa反滲透，進行CIP，CIP的周期為30~120天，CIP藥劑包括次氯酸鈉、酸和氫氧化鈉。

主要設計參數及設備：

設計產水流量：1760m3/h

超濾膜：凈產水176 m3/(h·套)，11套，10用1備，74支膜組件/套

 膜組件規格：型號UNA-620A，有效膜面積：50m2，公稱孔徑：0.1μm，膜絲內外徑:0.7/1.3mm，尺寸：直徑×長=165mm×2160mm

反洗水泵：Q=200m3/h，H=0.25MPa，2臺，1用1備，變頻控制

 CIP設備：清洗水箱：有效容積15m3，配2個電加熱器;清洗水泵：Q=75m3/h，H=0.25MPa，1臺;保安過濾器：過濾精度≤5μm，Q=75m3/h，1套

3.3 反滲透系統

 反滲透可以去除處理水中的絕大部分鹽分、膠體、細菌、病毒、細菌內毒素和大部分有機物等雜質，作為后續除鹽系統設備的預脫鹽裝置。反滲透設備系統除鹽率一般為95-99%。在水溫25±5℃時，反滲透膜設計通量不大于18 L/(m2·h)，單根膜脫鹽率達99.5%以上，設計反滲透回收率為75%中國下載中心。反滲透產水經過除二氧化碳器去除CO2，以減輕后續混合離子交換器的負荷，之后進入反滲透產水池。

 反滲透系統包括反滲透增壓泵、保安過濾器、高壓泵、反滲透裝置和輔助系統，輔助系統主要有沖洗水泵、還原劑加藥裝置、阻垢劑加藥裝置、殺菌劑加藥裝置和化學清洗系統。

主要設計參數及設備：

設計產水流量：1320m3/h

反滲透增壓泵：Q=880m3/h，H=0.30MPa，4臺，2用2備，變頻控制

保安過濾器：過濾精度≤5μm，Q=293m3/h反滲透， 7套，6用1備

反滲透高壓泵：Q=293m3/h，H=1.30MPa，7套，6用1備，變頻控制

 反滲透：產水220m3/(h·套)，7套，6用1備，膜型號：陶氏BW30-400/34i-FR，31:16排列，7芯排列

沖洗水泵：Q=240m3/h，H=0.30MPa，1臺

濃鹽水泵：Q=150m3/h，H=1.40MPa，4套，2用2備，變頻控制

 化學清洗裝置：清洗水箱(與超濾共用)，清洗水泵：Q=130m3/h，H=0.40MPa，1臺，保安過濾器：過濾精度≤5μm，Q=130m3/h， 1套

除二氧化碳器：Q=330m3/h ，4臺，直徑φ2800

軟化水泵：Q=334m3/h，H=0.80MPa，SS316L材質，5臺，4用1備，變頻控制

3.4 混合離子交換器

 離子交換系統主要用于進一步脫除反滲透產水中的微量離子，從而保證其產水水質滿足出水要求。混合離子交換器出水pH一般為6.5~7.0之間反滲透，為保證除鹽水pH=7~9.2的要求，在除鹽水泵入口處加氨。

4運行效果

 本工程預處理2009年10月底投產，實際運行情況詳見表4、5，深度處理2010年1月底投產，實際運行情況詳見表6。

表4 預處理城市中水實際運行進出水水質

 Tab.4 Operatinginfluent and effluent quality of municipal reclaimed water

表5 預處理工業廢水實際運行進出水水質

 Tab.5 Operatinginfluent and effluent quality of industrial wastewater

注：-無數據。

表6 深度處理實際運行進出水水質

 Tab.6 Operatinginfluent and effluent quality of post-treatment

5實際運行中問題及建議[2]

 5.1預處理中需投加石灰去除暫硬，由于石灰中Ca(OH)2含量過低，造成去除暫硬效果差，產生的渣量較大，高密度沉淀池排泥頻繁，且石灰中Mg、Si含量高造成深度處理中反滲透膜容易結垢，建議選擇高品質的石灰，石灰中Ca(OH)2含量≥90%。

 5.2深度處理中反滲透膜的污堵主要是有機物的污堵，建議以后新建的鋼鐵廢水處理中考慮COD的進一步降低。

5.3污泥脫水系統的壓濾機為國產設備，維護量較大，盡量選進口設備。

5工程意義

 自本工程投產以來，唐鋼共停用全部七座深井水泵站、九座各子系統軟水站和一座除鹽水站，水源全部采用工業廢水和城市中水。冶金企業作為用水大戶，在國家節能減排的要求下，水源成為缺水地區企業發展的瓶頸，本工程采用工業廢水和城市中水替代地下水作為冶金企業的水源，為冶金企業節水和廢水利用指出了一條新路。

參考文獻：

 [1]蔣玖璐，李東升，陳樹勤.高密度澄清池設計[J].給水排水，2002,28(9)：27-29

 [2]尹士海，李忠政，梁宏書.雙膜法在鋼鐵廢水中的應用[J].全國冶金節水與廢水利用技術研討會集，2010：279-282

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