冶金業(yè)廢水回用研究
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1水質(zhì)、水量特征及要求
鋼鐵工業(yè)的廢水水質(zhì)、水量根據(jù)來(lái)源及工藝情況的不同而變化。武鋼A排口綜合廢水閉環(huán)回用作為一期工程已于2007年底投于正常運(yùn)行,A排口匯集煉鋼工序、軋鋼工序、氧氣公司、快餐公司和其它附屬?gòu)S的合流污廢水以及肖家灣、龔家?guī)X附近企業(yè)的生產(chǎn)廢水和生活污水及雨排水。根據(jù)污廢水的來(lái)源分析,該綜合廢水成分復(fù)雜,主要污染物油含量較大,濃度變化大,水質(zhì)不穩(wěn)定等,既含有有機(jī)成分,又含有無(wú)機(jī)成分;既有懸浮態(tài)的,又有溶解態(tài)的,主要污染源為SS、COD、硬度、油類及鐵等;另外,由于各排水點(diǎn)排放污廢水時(shí)間不盡相同,水質(zhì)變化大也是其一大特點(diǎn)之一。廢水處理規(guī)模按Q=8000m3/h(Q=19.2萬(wàn)m3/d),考慮到濾池的反洗廢水和污泥脫水后的濾后水回流到進(jìn)水調(diào)節(jié)池:工藝的小時(shí)處理流量按Q=8320m3/h考慮;處理后符合要求(見(jiàn)表1)的水進(jìn)入武鋼凈化水管網(wǎng),回用于生產(chǎn)。
2工藝流程的選擇
確定綜合武鋼某綜合廢水的前期試驗(yàn)研究和實(shí)測(cè)原水水質(zhì)BOD5/CODCr=0.15,經(jīng)過(guò)綜合分析比較,武鋼某綜合廢水采用物理化學(xué)處理工藝,其工藝流程圖。
3主要處理構(gòu)筑物及其設(shè)計(jì)參數(shù)的確定
處理構(gòu)筑物及其設(shè)計(jì)參數(shù)的合理選擇是確保冶金工業(yè)綜合廢水回用處理正常運(yùn)行的關(guān)鍵[1]。
1)格柵、提升泵站和調(diào)節(jié)池根據(jù)污廢水特點(diǎn),為降低沉淀池的負(fù)荷量以及對(duì)設(shè)備的磨損、管道的堵塞,特別是為延長(zhǎng)過(guò)濾機(jī)板框的壽命,在提升泵站前設(shè)置粗/細(xì)格柵以攔截較大和較小顆粒很有必要。武鋼某綜合廢水回用處理設(shè)有2條格柵渠道(寬度2m),在每條渠道上設(shè)置2級(jí)機(jī)械自動(dòng)格柵,粗格柵柵隙25mm,細(xì)格柵柵隙10mm。在調(diào)節(jié)池前部的取水井內(nèi)安裝提升潛水泵。潛水泵設(shè)置5臺(tái),4臺(tái)工作,1臺(tái)備用,其中設(shè)2臺(tái)變頻調(diào)速泵;提升泵站設(shè)計(jì)為小時(shí)峰值流量8320m3/h,單機(jī)能力2080m3/h,出口揚(yáng)程14m;設(shè)1座調(diào)節(jié)池,分為2格,每格有效容積8325m3,每格設(shè)攪拌器4臺(tái),攪拌器功率25kW,每立方米攪拌功率10W。
2)前混凝混凝的混合階段是整個(gè)混凝過(guò)程的重要環(huán)節(jié),混合工藝的選擇應(yīng)遵循快速、充分的原則,G值適當(dāng)增大,可使混合形成的絮體有較大密度,反之則絮體密度降低,對(duì)沉淀池排泥及過(guò)濾均不利[2]。經(jīng)綜合比較,武鋼某綜合廢水回用項(xiàng)目采用機(jī)械混合方式?？焖倩旌铣赜嘘P(guān)參數(shù)為:最大流量Q=8320m3/h,個(gè)數(shù)2個(gè),接觸時(shí)間t=3min,單池有效容積V=210m3,快速攪拌器2臺(tái),速度梯度>250s-1,攪拌功率N=11kW。
3)高密度沉淀池武鋼某綜合廢水回用項(xiàng)目采用的是高效、改進(jìn)型的高密度沉淀池技術(shù)。它是一種采用斜管沉淀及污泥循環(huán)方式的快速、高效的沉淀池,主要由3部分組成:反應(yīng)區(qū)、預(yù)沉-濃縮區(qū)以及斜管分離區(qū),是集絮凝、預(yù)沉、污泥濃縮、濃縮污泥回流、斜板分離于一體的高效沉淀池。它具備了斜管沉淀池、機(jī)械攪拌澄清池的優(yōu)點(diǎn),具體表現(xiàn)在:表面負(fù)荷高(反應(yīng)區(qū)的SS高達(dá)幾千ppm)、效率高(上升流速一般在10—35m/h之間)、節(jié)約用地(為常規(guī)沉淀技術(shù)的1/4—1/10)、減少藥劑投加量(由于污泥回流可以回收部分藥劑,而且循環(huán)使得污泥和水的接觸時(shí)間較長(zhǎng),其耗藥量低于其他的沉淀裝置)、排泥干度高(排泥濃度在20—100g/L,在石灰軟化時(shí)可以高達(dá)150g/L,完全滿足直接脫水的要求,無(wú)需再建濃縮池)、水量損失較低(由于外排污泥的濃度較高,其帶走的水量也相對(duì)較少,和常規(guī)靜態(tài)沉淀池相比,沉淀池的水量損失非常低)、降低初期投資成本和運(yùn)行成本等等。高密度沉淀池具體設(shè)計(jì)參數(shù)為:處理能力Q=8320m3/h,池總數(shù)n=6個(gè);單池最大流量q=1387m3/h;單池總面積S=190m2,斜管面積118m2,斜管內(nèi)上升流速V=11.84m3/(m2•h);單池排泥泵1臺(tái),流量Q=60m3/h;單池污泥循環(huán)泵1臺(tái),流量Q=60m3/h;緊急狀態(tài)下,排泥泵可用作污泥回流泵;同時(shí),6座高密度沉淀池配備1臺(tái)相同規(guī)格的完全備用排泥泵。
4)后混凝來(lái)自高效沉淀池的出水在進(jìn)入濾池之前,須進(jìn)一步混凝反應(yīng),以增強(qiáng)濾池的過(guò)濾效果和延長(zhǎng)過(guò)濾周期。武鋼某綜合廢水回用處理后混凝池的具體參數(shù)為:最大流量Q=8320m3/h,個(gè)數(shù)2個(gè),接觸時(shí)間t=2min,單池有效容積V=36m3,快速攪拌器2臺(tái),速度梯度>250s-1,攪拌器功率N=4kW。
5)濾池組經(jīng)綜合分析比選,武鋼某綜合廢水回用采用的是“V”型濾池。具體參數(shù)為:濾池?cái)?shù)量8座,單池面積121m2、寬度×長(zhǎng)度=4m×15.14m、濾料厚度1.5m、濾料有效尺寸1.35m、濾料之上水高1.2m、過(guò)濾速度8.6m/h,反沖洗強(qiáng)度:沖洗水15m3/(m2•h)、沖洗氣55m3/(m2•h)、交叉沖洗水7m3/(m2•h),沖洗水泵3臺(tái)、2用1備,型式為臥式-離心,流量Q=910m3/h、揚(yáng)程H=8m,氣洗風(fēng)機(jī)3臺(tái)、2用1備,型式為羅茨,流量Q=3330nm3/h。
6)清水池及加壓泵站經(jīng)處理后符合要求的清水進(jìn)清水池儲(chǔ)存,由加壓泵站內(nèi)的清水泵連續(xù)送用戶使用。武鋼某綜合廢水回用項(xiàng)目清水池設(shè)置于濾池底層,清水池容積4000m3,2格?；赜盟迷O(shè)置于濾池的反沖洗泵房?jī)?nèi),水泵采用大小泵配合調(diào)節(jié)方式,具體參數(shù):設(shè)有5臺(tái)大型臥式離心回用水泵,Q=8000—12000m3/h,3用2備、單機(jī)Q=2667m3/h,H=62m,同時(shí),泵站內(nèi)設(shè)有1臺(tái)小型調(diào)節(jié)泵,具體參數(shù):Q=1200m3/h,H=62m。
7)污泥脫水武鋼某綜合廢水回用項(xiàng)目采用的是板框壓濾機(jī)脫水。脫水系統(tǒng)設(shè)計(jì)為每天工作24h,每周工作7d,3套壓濾機(jī)(2用1備)處理設(shè)計(jì)產(chǎn)生的污泥量。板框壓濾機(jī)的一個(gè)工作周期為2.5h,每天各工作10個(gè)周期。平均產(chǎn)泥量為64t/d,板框壓濾機(jī)為全自動(dòng)脫水,工作壓力為1.2×106Pa,壓濾機(jī)的規(guī)格為:板尺寸1600mm×1600mm,泥餅含固率≥40%,單臺(tái)板數(shù)136塊,單臺(tái)過(guò)濾面積600m2;設(shè)有3臺(tái)變頻進(jìn)泥隔膜泵:Q=60m3/h,P=1.2×106Pa;同時(shí),設(shè)有1臺(tái)高壓沖洗泵:Q=12m3/h,P=1.0×107Pa。
4化學(xué)處理
在冶金工業(yè)綜合廢水處理回用過(guò)程中,根據(jù)物理處理工序的需要,必須選擇合適的加藥化學(xué)處理,藥劑種類的選擇、投加量、投加地點(diǎn)、投加方式須根據(jù)污水水質(zhì)、回水水質(zhì)要求和處理工藝確定[3-6]。武鋼某綜合廢水回用處理首先在污水進(jìn)入高密度沉淀池的絮凝區(qū)進(jìn)行絮凝前,在前混凝池內(nèi)投加混凝劑PFS和石灰。具體規(guī)格參數(shù)為:PFS形態(tài)為鐵含量大于9%的溶液,設(shè)有3臺(tái)速控比例調(diào)節(jié)計(jì)量加藥泵,2用1備,Q=300L/h;石灰漿由螺桿泵變頻投加,石灰漿由熟石灰粉末(Ca(OH)2純度≥92%,粒徑200目)和水配制而成,設(shè)有3臺(tái)螺桿計(jì)量加藥泵,2用1備,Q=10m3/h;其次,在高密度沉淀池的反應(yīng)區(qū)和污泥循環(huán)管路上投加聚合物電解質(zhì)PAM,投加的PAM由粉末狀的PAM聚合物和水配制而成,投加泵將液態(tài)PAM送入相應(yīng)的投加點(diǎn),最大設(shè)計(jì)投加量Q=1.5mg/L,溶液濃度2g/L,設(shè)有7臺(tái)比例調(diào)節(jié)投加螺桿計(jì)量泵,6用1備,Q=1050L/h;再次,在后混凝池投加PFS溶液和硫酸,硫酸濃度為98%,平均投加量Q=20mg/L,設(shè)有3臺(tái)變頻調(diào)節(jié)投加隔膜計(jì)量泵,2用1備,Q=70L/h。后混凝池混凝劑的投加設(shè)施與前混凝設(shè)置在一起,設(shè)有3臺(tái)后混凝速控比例調(diào)節(jié)計(jì)量加藥泵,2用1備,Q=30L/h。最后,濾池出水采用投加次氯酸鈉消毒,濃度為150g/L有效氯,設(shè)有2臺(tái)投加泵,1用1備,Q=550L/h。
5運(yùn)行效果
冶金工業(yè)綜合廢水回用在保護(hù)環(huán)境、節(jié)約水資源等方面,經(jīng)過(guò)生產(chǎn)實(shí)踐檢驗(yàn),已顯示出其巨大優(yōu)越性。下面以武鋼某綜合廢水由直排長(zhǎng)江改為閉環(huán)回用的實(shí)際運(yùn)行資料為基礎(chǔ),對(duì)其效益進(jìn)行分析對(duì)比。1)具有顯著的環(huán)境效益避免了對(duì)水體的熱污染和水質(zhì)污染,免交很可觀的排污費(fèi),同時(shí),也減少了對(duì)水資源費(fèi)的交納,保護(hù)了環(huán)境,合理地利用了水資源。按有關(guān)規(guī)定該綜合排水需交納排污費(fèi)0.1元/t,武鋼用水收取水資源費(fèi)0.1元/t,因此,閉環(huán)回用較直流系統(tǒng)年少交排污費(fèi)和水源費(fèi)共計(jì):8000×24×365×0.1+8000×24×365×0.1=7008000+7008000=1402(萬(wàn)元/a)。2)節(jié)水效果顯著由直排改閉環(huán)回用后,該系統(tǒng)水全部用于武鋼生產(chǎn)水用戶的補(bǔ)充水,扣除水資源費(fèi),武鋼凈化水價(jià)格按0.35元/t計(jì)算,年節(jié)約凈化水費(fèi)用:8000×24×365×0.35=2453(萬(wàn)元/a)。3)增加電費(fèi)和藥劑費(fèi)按現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際運(yùn)行資料統(tǒng)計(jì),由直流改為閉環(huán)回用后,年增加電耗費(fèi)用501萬(wàn)元/a。同時(shí),增加了藥劑費(fèi)700萬(wàn)元/a,則年增加電費(fèi)和藥劑費(fèi):501+700=1201(萬(wàn)元/a)。4)社會(huì)效益顯著從實(shí)際運(yùn)行情況看,直流改閉環(huán)回用后,可滿足武鋼的正常生產(chǎn)需要,供水壓力和水質(zhì)得到了更好保證,消除了過(guò)去末端供水壓力低、水質(zhì)波動(dòng)影響生產(chǎn)的現(xiàn)象;從根本上改善了廠容環(huán)境;對(duì)北湖的生態(tài)恢復(fù)起到了積極的推動(dòng)作用,受到上級(jí)主管部門一致好評(píng);污水不再外排,保護(hù)了自然水體不受污染,排水管渠不致因污泥含量多而造成堵塞,大大減少了排水管渠的清挖、維護(hù)、維修費(fèi)用;就近供水,避免了原凈化水長(zhǎng)距離輸送的動(dòng)力費(fèi)用和動(dòng)力設(shè)施及管網(wǎng)維護(hù)費(fèi)用,同時(shí),避免了原部分凈化水管網(wǎng)年久失修而造成的管網(wǎng)泄露現(xiàn)象。因此,其社會(huì)效益是巨大而無(wú)法估量的。
6結(jié)語(yǔ)
應(yīng)用運(yùn)行實(shí)踐證明:該工業(yè)綜合廢水回用水處理工藝技術(shù)是先進(jìn)的、可靠的,具有工藝簡(jiǎn)單、成本低、處理效果好等特點(diǎn);探索的運(yùn)行管理經(jīng)驗(yàn)是成功、可行的;直流改閉環(huán)回用后,確保了武鋼正常生產(chǎn)需求,同時(shí)顯示出了其巨大的環(huán)境效益、經(jīng)濟(jì)效益、技術(shù)效益和社會(huì)效益,符合國(guó)家循環(huán)經(jīng)濟(jì)政策和節(jié)能減排要求,為加大冶金乃至其它行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展力度,提供了理論和實(shí)踐依據(jù),具有推廣價(jià)值。