CN102311187A - 一种实现钢铁企业工业废水零排污的工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种实现钢铁企业工业废水零排污的工艺，该工艺包括建立用水动态模型和高转化率制备盐水的工艺流程，该用水的动态模型为Q1’+Q4＝Q0+Q3，Q1’+Q0＝Q2’，Q1’为新水用量，Q4为厂区回用水水量，Q0为厂区整体蒸发量，Q3为厂区内各循环水子系统的排水量总和，Q2’为排污量；高转化率制备盐水的工艺流程包括污水处理单元、预处理单元、反渗透脱盐处理单元，该工艺流程能指导钢铁企业合理用水，同时提高了吨污水脱盐的转化效率，降低了浓盐水的水量，这些浓盐水可在钢铁企业高炉冲渣渣等单元消纳使用，从而有效的实现了钢铁企业污水资源化和污水“零排放”。

Description

一种实现钢铁企业工业废水零排污的工艺

技术领域

本发明涉及一种钢铁企业工业废水排污的工艺。

背景技术

钢铁企业在生产过程中产生大量污水，目前很多钢铁企业将这些污水大量回用，但在回用方式和规模上存在不足，对回用水量计算不精确，对于一个钢铁企业，如果污水回用量大，则会加大污水处理成本，产生大量浓盐水难以消纳；如果回用量小，又会加大新水的消耗，用水成本增加。

钢铁企业排出的废水，需要对其脱盐处理才能回收利用。目前脱盐方法有：离子交换除盐技术、电吸附除盐技术、反渗透除盐技术等等，这些技术在脱盐处理的同时，也有一定的缺点，如离子交换除盐技术：该技术需定期用酸碱对离子交换树脂进行再生，再生时又产生大量再生废液；电吸附除盐技术：除盐效率较低，一般小于80％；反渗透除盐技术：利用反渗透技术对钢铁废水除盐，其产水率一般小于70％，产生大量浓排水。我们通过技术优化使本发明的除盐技术除盐率提高至85％以上，大大减少浓排水量，便于在钢铁工艺中销纳。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，通过建立一种钢铁企业用水的动态模型及提供高转化率制备盐水的工艺流程，达到工业废水零排污。用水动态模型的建立是以吨钢耗水成本最低为最终目标，计算出整个厂区水系统的最佳用水参数，可以从源头上减少污水的排放，该工艺流程能指导钢铁企业合理用水，同时提高了吨污水脱盐的转化效率，降低了浓盐水的水量，这些浓盐水可在钢铁企业高炉冲渣渣等单元消纳使用，从而有效的实现了钢铁企业污水资源化和污水“零排放”。

一、建立钢铁企业新用水模型

1、新用水模型建立

系统新的用水模型：建立综合污水处理站，将厂区各系统排污水收集后脱盐处理，将脱盐水作为系统补水回用，进而减少了系统的补新水用量、减少了系统的排污水量，新模型用水示意图见附图1。

2、模型参数的确定：

(1)厂区整体蒸发量Q0(单位：m³/h)

蒸发量Q0＝Q1-Q2计算所得，

其中：Q1——厂区总补水量，m³/h，该数据由厂内补水记录统计核算所得，包括从厂外所有补水水源的补水，不包括厂内回用水；

Q2——厂区总排污水量，m³/h，该数据包括厂区排污水量、冷却塔风吹损失量、管道跑冒滴漏等水量。

(2)厂区吨钢蒸发量q(单位：m³/吨钢)

吨钢蒸发量q＝Q0×24×365÷G

其中：G——厂区总钢产量，吨钢/年。

(3)厂区工艺等溶盐量Y0(单位：g/h)

工艺溶盐量Y0＝Q2×Y2-Q1×Y1计算所得，

其中：Q1、Q2——同上；

Y1——厂区补水平均含盐量，g/m³，该数据根据厂内所有补水的水质化验数据计算求平均值；

Y2——厂区排污水平均含盐量，g/m³，该数据根据厂内所有排水的水质化验数据计算求平均值。

(4)厂区吨钢溶盐量y(单位：g/吨钢)

吨钢溶盐量y＝Y0×24×365÷G

其中：G——同上。

3、新用水模型的计算：

(1)脱盐处理回收率n的确定：

回收率n取决于脱盐设施的选择，并需要依据中试试验或其他相似系统的运行经验(例如：采用双膜法进行脱盐处理，则回收率n可取值60％～80％)；

则：Q4＝Q3×n……式①；Q2＝Q3×(1-n)……式②

其中：Q2——同上；

n——综合污水处理站的回收率(或产水率)；

Q3——厂区内各循环水子系统的排水量总和，m³/h，即综合污水处理站的进水水量；

Q4——厂区回用水水量，m³/h，即综合污水处理站的产水水量；

(2)脱盐处理脱盐率m的确定：

脱盐率m取决于脱盐设施的选择，并需要依据中试试验或其他相似系统的运行经验(例如：采用双膜法进行脱盐处理，则脱盐率m可取值98％以上)；

则：Y4＝Q3×Y3×(1-m)÷Q4……式③

其中：Q3、Q4——同上；

m——综合污水处理站的脱盐率；

Y3——厂区内各循环水子系统排水的平均含盐量，g/m³，该数据反映了目前厂区整体循环水的水质情况，在水系统优化过程中，可以维持现有水平，也可根据需要进行动态变化；

Y4——综合污水处理站回用水的平均含盐量，g/m³。

(3)根据水量平衡原则：

Q1’+Q4＝Q0+Q3(Q0已知)……式④；Q1’+Q0＝Q2’……式⑤

(4)根据盐量平衡原则：

Q1’×Y1+Q4×Y4+Y0＝Q3×Y3(Y0、Y1已知，Y3为动态变量)……式⑥

(5)根据式①②③④⑤⑥，在Q0、Y0、Y1已知，m、n为工艺设计参数， Y3为动态变量的情况下，求得：新模型的新水用量Q1’，新模型的污水处理量Q3(即脱盐处理站建设规模)，新模型的排污量Q2’。

通过用水动态模型计算，排污水量Q2’得到优化，再通过采用反渗透三级脱盐工艺最大限度的对污水进行脱盐处理，其产品全部为除盐水，补充至系统中，浓盐水回用于厂区高温消纳环节。

二、高转化率制备盐水的工艺流程

该污水除盐工艺分为三段，即污水处理单元、反渗透预处理单元及反渗透除盐单元。该工艺的特点是通过加强污水处理工艺、反渗透预处理工艺，去除污水中多种污堵反渗透膜物质，在反渗透单元提高污水脱盐的转化效率，最终实现钢铁企业的零排污。

污水中含大量的堵膜的物质，通过污水处理、反渗透预处理可以大量去除，达到反渗透进水要求。主要污染物的去除效果如下表所示：

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1是新模型用水示意图。

图2是污水处理单元的工艺流程图。

图3是反渗透预处理单元的工艺流程图。

图4是油过滤器作用原理图。

图5是反渗透系统单元的工艺流程图。

具体实施方式

下面给出本发明的非限定性的实施例。

图2是污水处理单元的工艺流程图，现针对本单元的工艺，做进一步说明：

一、污水处理工艺说明：

格栅：拦截进水中较大的颗粒及漂浮杂物，比如树叶，杂草、塑料袋等，防止进入提升泵造成堵塞，保护后续处理设施正常运行。

调节池：处理污水的水量和水质有较大波动，会给系统带来冲击性负荷。为了减少这种变化对水处理效果的冲击，设置了调节池，均化水量和水质，保证来水水量和水质比较均匀，保障后续处理设施安全有效的运行。同时设潜水搅拌器搅拌，既可以防止杂物沉淀，充分混合水质，又可以适当曝气，为后续处理降低难度。

隔油池：隔油池是利用油与水的比重差异，分离去除污水中颗粒较大的悬浮油的一种处理构筑物。隔油池的构造多采用平流式，含油污水通过配水槽进入平面为矩形的隔油池，沿水平方向缓慢流动，在流动中油品上浮水面，由集油管或设置在池面的刮油机推送到集油管中流入脱水罐。在隔油池中沉淀下来的重油及其他杂质，积聚到池底污泥斗中，通过排泥管进入污泥管中。经过隔油处理的废水则溢流入排水渠排出池外，进行后续处理，以去除乳化油及其他污染物。

搅拌池：在搅拌池处投加石灰、絮凝剂及助凝剂。投加石灰以降低污水暂时硬度，防止后续除盐系统钙垢及镁垢的生成，同时降低污水中铁离子及氟离子，投加絮凝剂及助凝剂以降低污水浊度。除硬与混凝同时进行的优点在于，混凝处理可以去除沉淀过程中有害的某些物质(包括氟离子、铁离子、铝离子)，混凝过程中形成的絮体能吸附软化处理所形成的胶体颗粒，共同沉淀。这样既可以保证除去水中钙、镁碳酸盐硬度，又提高了去除悬浮物和胶体杂质的效果。

沉淀池：沉淀池是应用沉淀作用去除水中悬浮物的一种构筑物。在沉淀池中加设斜板或斜管，可以大大提高沉淀效率，缩短沉淀时间，减小沉淀池体积。斜板区的配水十分均匀，水流不会短路，从而使得沉淀在最佳状态下完成。沉淀水由一个收集槽系统收集。絮体堆积在沉淀池下部，形成的污泥也在这部分区域浓缩。根据装置的尺寸，污泥靠自重收集或刮除或被循环至搅拌池前部。

过滤池：进一步去除沉淀池出水中残留的悬浮物，满足后续反渗透进水水质要求。沉淀池出水被均匀分配到相应数量的过滤池中，通过过滤和拦截作用，进一步降低出水的浊度。滤池内填料具有均匀的粒径，采用气、水同步冲洗工艺，能避免滤池顶部到底部滤砂形成水力分级，使滤层表面和底层的砂粒具有同样的有效粒径。滤头均匀地分布在滤板上，以确保滤砂中的水得以合理过滤。由于滤头的特殊形状和均匀分布，所以滤速在整个滤池内是相同的。基于同样的原因，反冲洗无死区，因此过滤总是在滤池的整个表面进行，提高了滤池的过滤效率。

水处理目标：

1、悬浮物：小于1mg/L。

2、氟含量：小于10mg/L。

3、铁离子：小于0.5mg/L。

4、铝离子：小于0.1mg/L

5、石油类：去除绝大部分可浮油。

图3是反渗透预处理单元的工艺流程图，现针对本工艺，做进一步说明：

二、反渗透预处理工艺说明：

中水池：中水池储存污水处理工艺产水，并起到水量调节作用。向中水池内投加盐酸(代替常规的硫酸，防止后续除盐系统硫酸钡及硫酸锶等垢物的生成)将水的pH值调至7.5～8.0。

多介质过滤器：多介质过滤器是利用两种以上的介质作为滤层的介质过滤器，在一定的压力下把浊度较高的水通过一定厚度的粒状或非粒状材料，从而有效的除去悬浮杂质使水澄清的过程，常用的介质滤料有石英砂，无烟煤等。通过过滤作用，主要是去除水中的悬浮或胶态杂质，特别是能有效地去除沉淀技术不能去除的微小粒子和细菌等，同时对于BOD₅和COD等也有某种程度的去除效果。

保安过滤器：保安过滤器又称精密过滤器，主要去除水中的悬浮颗粒，满足后续工序对进水水质要求。保安过滤器能有效除去水中的悬浮物、铁锈等；可承受较高的过滤压力；使滤芯有较高的容渣负荷能力；滤芯可用多种材质制作，以适应不同的过滤需要；外形体积小，过滤面积大，阻力小，使用寿命长。

油过滤器：如图4所示，溶解在水中的小油滴通过除油专用的滤芯后，逐渐聚集成大颗粒的油滴，由于油的比重比水轻，故大颗粒的油滴漂浮在水面上，通过除油罐从上面被排出，达到油水分离的目的。

氧化铝过滤器：介质为氧化铝滤料，氧化铝吸附水中氟离子，目的是降低反渗透进水氟离子含量至1mg/L以下。

锰砂过滤器：锰砂过滤器主要装填精制锰砂和石英砂二元滤料，用于去除水中过量铁、锰离子。铁锰含量过高的水一般都利用在催化剂(如锰砂)的作用下将溶解状态的二价铁或二价锰分别氧化成不溶解的三价铁或四价锰的化合物，再通过锰砂过滤器的反冲洗功能达到去除净化的目的。

超滤：超滤是一种加压膜分离技术，利用一种压力活性膜，在外界推动力(压力)作用下截留水中胶体、颗粒和分子量相对较高的物质，从而使水质得到净化。在超滤过程中，由于被截留的杂质在膜表面上不断积累，会产生浓差极化现象，当膜面溶质浓度达到某一极限时即生成凝胶层，使膜的透水量急剧下降，因此，在使用过程中需通过试验进行研究，以确定最佳的工艺和运行条件，最大限度地减轻浓差极化的影响。

超滤浓排水箱：收集超滤反洗后污水及超滤浓排水，并排至污水处理工艺中的调节池中。

水处理目标：

1、SDI：小于3mg/L。

2、氟含量：小于1mg/L。

3、可溶性SiO₂：小于25mg/L。

4、铁离子：小于0.05mg/L。

5、铝离子：小于0.05mg/L。

6、石油类：小于0.5mg/L。

7、SO₄ ^2-：小于1000mg/L。

图5是反渗透系统单元的工艺流程图，现针对本工艺，做进一步说明：

三、反渗透系统单元的工艺说明：

超滤成品水池：储存预处理处理工艺产水，并起到水量调节作用。向水池内定量投加杀菌剂，防止后续反渗透系统菌藻危害。

保安过滤器：防止预处理中未能完全去除或新产生的悬浮颗粒进入反渗透系统，保护高压泵和反渗透膜；同时在保安过滤器后投加一定量阻垢剂，防止反渗透系统结垢污堵。

反渗透：反渗透又称逆渗透，一种以压力差为推动力，从溶液中分离出溶剂的膜分离操作。对膜一侧的料液施加压力，当压力超过它的渗透压时，溶剂会逆着自然渗透的方向作反向渗透。从而在膜的低压侧得到透过的溶剂，即渗透液；高压侧得到浓缩的溶液，即浓缩液。

利用反渗透对溶质和水进行分离，杂质去除范围广，不仅可以去除溶解的无机盐类，而且还可以去除各类有机物杂质。反渗透装置具有较高的除盐率和水的回收率，可以截留粒径几纳米以上的溶质。反渗透单元为三级处理单元，其中一级、二级处理单元产水率为75％，成品水进入成品水箱；浓盐水进入三级反渗透处理单元，产水率为50％，从而在整体上使反渗透回收率达到87.5％。

浓排水箱：收集反渗透浓排水。

产生少量的浓盐水，可以在钢铁企业的对含盐量没有要求的单元使用，包括高炉冲渣、转炉闷渣、道路喷洒等，最终实现钢铁企业污水的“零排污”。

Claims (6)

1.一种实现钢铁企业工业废水零排污的工艺，其特征在于，该工艺该流程包括建立用水动态模型和高转化率制备盐水的工艺流程。

2.根据权利要求1所述的实现钢铁企业工业废水零排污的工艺，其特征在于，所述的用水动态模型为Q1’+Q4＝Q0+Q3，Q1’+Q0＝Q2’，Q1’为新水用量，Q4为厂区回用水水量，Q0为厂区整体蒸发量，Q3为厂区内各循环水子系统的排水量总和，Q2’为排污量。

3.根据权利要求1所述的实现钢铁企业工业废水零排污的工艺，其特征在于高转化率制备盐水的工艺流程包括污水处理单元、预处理单元、反渗透脱盐处理单元。

4.根据权利要求3所述的实现钢铁企业工业废水零排污的工艺，其特征在于，其所述的污水处理单元的工艺流程包括：污水需要经过格栅、调节池、隔油池、搅拌池、沉淀池、过滤池处理到达中水池。

5.根据权利要求3所述的实现钢铁企业工业废水零排污的工艺，其特征在于，其所述的预处理单元的工艺流程包括：中水池中的污水经过多介质过滤器、保安过滤器、油过滤器、氧化铝过滤器、锰砂过滤器、水箱、超滤、超滤成品水池处理到达超滤成品水池。

6.根据权利要求3任一所述的实现钢铁企业工业废水零排污的工艺，其特征在于，其所述的反渗透脱盐处理单元采用三级处理工艺：通过一、二级反渗透进行脱盐处理，一部分成品水直接进入产品水箱，另一部分浓盐水经过三级反渗透再次进行脱盐处理。

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