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廠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)污廢水的來源分析,該綜合廢水成分復雜,主要污染物油含量較大,濃度變化大,水質(zhì)不穩(wěn)定等,既含有有機成分,又含有無機成分;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,由于各排水點排放污廢水時間不盡相同,水質(zhì)變化大也是其一大特點之一。廢水處理規(guī)模按Q=8000m3/h(Q=19.2萬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水調(diào)節(jié)池:工藝的小時處理流量按Q=8320m3/h考慮;處理后符合要求(見表1)的水進入武鋼凈化水管網(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研究和實測原水水質(zhì)BOD5/CODCr=0.15,經(jīng)過綜合分析比較,武鋼某綜合廢水采用物理化學處理工藝,其工藝流程圖。
3主要處理構(gòu)筑物及其設計參數(shù)的確定
處理構(gòu)筑物及其設計參數(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,為降低沉淀池的負荷量以及對設備的磨損、管道的堵塞,特別是為延長過濾機板框的壽命,在提升泵站前設置粗/細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有2條格柵渠道(寬度2m),在每條渠道上設置2級機械自動格柵,粗格柵柵隙25mm,細格柵柵隙10mm。在調(diào)節(jié)池前部的取水井內(nèi)安裝提升潛水泵。潛水泵設置5臺,4臺工作,1臺備用,其中設2臺變頻調(diào)速泵;提升泵站設計為小時峰值流量8320m3/h,單機能力2080m3/h,出口揚程14m;設1座調(diào)節(jié)池,分為2格,每格有效容積8325m3,每格設攪拌器4臺,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混凝過程的重要環(huán)節(jié),混合工藝的選擇應遵循快速、充分的原則,G值適當增大,可使混合形成的絮體有較大密度,反之則絮體密度降低,對沉淀池排泥及過濾均不利[2]。經(jīng)綜合比較,武鋼某綜合廢水回用項目采用機械混合方式。快速混合池有關(guān)參數(shù)為:最大流量Q=8320m3/h,個數(shù)2個,接觸時間t=3min,單池有效容積V=210m3,快速攪拌器2臺,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目采用的是高效、改進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:反應區(qū)、預沉-濃縮區(qū)以及斜管分離區(qū),是集絮凝、預沉、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、機械攪拌澄清池的優(yōu)點,具體表現(xiàn)在:表面負荷高(反應區(qū)的SS高達幾千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間較長,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,在石灰軟化時可以高達150g/L,完全滿足直接脫水的要求,無需再建濃縮池)、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行成本等等。高密度沉淀池具體設計參數(shù)為:處理能力Q=8320m3/h,池總數(shù)n=6個;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,流量Q=60m3/h;單池污泥循環(huán)泵1臺,流量Q=60m3/h;緊急狀態(tài)下,排泥泵可用作污泥回流泵;同時,6座高密度沉淀池配備1臺相同規(guī)格的完全備用排泥泵。
4)后混凝來自高效沉淀池的出水在進入濾池之前,須進一步混凝反應,以增強濾池的過濾效果和延長過濾周期。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,個數(shù)2個,接觸時間t=2min,單池有效容積V=36m3,快速攪拌器2臺,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:濾池數(shù)量8座,單池面積121m2、寬度×長度=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、過濾速度8.6m/h,反沖洗強度: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、2用1備,型式為臥式-離心,流量Q=910m3/h、揚程H=8m,氣洗風機3臺、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清水池儲存,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目清水池設置于濾池底層,清水池容積4000m3,2格。回用水泵設置于濾池的反沖洗泵房內(nèi),水泵采用大小泵配合調(diào)節(jié)方式,具體參數(shù):設有5臺大型臥式離心回用水泵,Q=8000—12000m3/h,3用2備、單機Q=2667m3/h,H=62m,同時,泵站內(nèi)設有1臺小型調(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目采用的是板框壓濾機脫水。脫水系統(tǒng)設計為每天工作24h,每周工作7d,3套壓濾機(2用1備)處理設計產(chǎn)生的污泥量。板框壓濾機的一個工作周期為2.5h,每天各工作10個周期。平均產(chǎn)泥量為64t/d,板框壓濾機為全自動脫水,工作壓力為1.2×106Pa,壓濾機的規(guī)格為:板尺寸1600mm×1600mm,泥餅含固率≥40%,單臺板數(shù)136塊,單臺過濾面積600m2;設有3臺變頻進泥隔膜泵:Q=60m3/h,P=1.2×106Pa;同時,設有1臺高壓沖洗泵:Q=12m3/h,P=1.0×107Pa。
4化學處理
在冶金工業(yè)綜合廢水處理回用過程中,根據(jù)物理處理工序的需要,必須選擇合適的加藥化學處理,藥劑種類的選擇、投加量、投加地點、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入高密度沉淀池的絮凝區(qū)進行絮凝前,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,設有3臺速控比例調(diào)節(jié)計量加藥泵,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,設有3臺螺桿計量加藥泵,2用1備,Q=10m3/h;其次,在高密度沉淀池的反應區(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送入相應的投加點,最大設計投加量Q=1.5mg/L,溶液濃度2g/L,設有7臺比例調(diào)節(jié)投加螺桿計量泵,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,設有3臺變頻調(diào)節(jié)投加隔膜計量泵,2用1備,Q=70L/h。后混凝池混凝劑的投加設施與前混凝設置在一起,設有3臺后混凝速控比例調(diào)節(jié)計量加藥泵,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,設有2臺投加泵,1用1備,Q=550L/h。
5運行效果
冶金工業(yè)綜合廢水回用在保護環(huán)境、節(jié)約水資源等方面,經(jīng)過生產(chǎn)實踐檢驗,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江改為閉環(huán)回用的實際運行資料為基礎,對其效益進行分析對比。1)具有顯著的環(huán)境效益避免了對水體的熱污染和水質(zhì)污染,免交很可觀的排污費,同時,也減少了對水資源費的交納,保護了環(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0.1元/t,武鋼用水收取水資源費0.1元/t,因此,閉環(huán)回用較直流系統(tǒng)年少交排污費和水源費共計:8000×24×365×0.1+8000×24×365×0.1=7008000+7008000=1402(萬元/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)水用戶的補充水,扣除水資源費,武鋼凈化水價格按0.35元/t計算,年節(jié)約凈化水費用:8000×24×365×0.35=2453(萬元/a)。3)增加電費和藥劑費按現(xiàn)場實際運行資料統(tǒng)計,由直流改為閉環(huán)回用后,年增加電耗費用501萬元/a。同時,增加了藥劑費700萬元/a,則年增加電費和藥劑費:501+700=1201(萬元/a)。4)社會效益顯著從實際運行情況看,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,消除了過去末端供水壓力低、水質(zhì)波動影響生產(chǎn)的現(xiàn)象;從根本上改善了廠容環(huán)境;對北湖的生態(tài)恢復起到了積極的推動作用,受到上級主管部門一致好評;污水不再外排,保護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、維修費用;就近供水,避免了原凈化水長距離輸送的動力費用和動力設施及管網(wǎng)維護費用,同時,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,其社會效益是巨大而無法估量的。
6結(jié)語
應用運行實踐證明:該工業(yè)綜合廢水回用水處理工藝技術(shù)是先進的、可靠的,具有工藝簡單、成本低、處理效果好等特點;探索的運行管理經(jīng)驗是成功、可行的;直流改閉環(huán)回用后,確保了武鋼正常生產(chǎn)需求,同時顯示出了其巨大的環(huán)境效益、經(jīng)濟效益、技術(shù)效益和社會效益,符合國家循環(huán)經(jīng)濟政策和節(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,提供了理論和實踐依據(jù),具有推廣價值。