CN103408193A - 以微污染地表水为水源制备钢铁厂用脱盐水的工艺 - Google Patents

Abstract

一种以微污染地表水为水源制备钢铁厂用脱盐水的工艺，属于污水处理和回用技术领域。采用了一种以高密度沉淀池+MBBR生物反应池+V型滤池+深度膜处理单元的工艺。微污染地表水经过提升后依次进入旋流沉砂池、调节池、高密度澄清池、MBBR生物反应池及V型滤池等物化+生化处理单元。处理水合格后进入超滤装置和反渗透装置，最终成品水供钢铁厂生产线上脱盐水用户使用。优点在于，不仅可以减少钢铁厂新水耗量，节约水资源，而且该工艺流程简单、运行效果稳定、运行成本低，实现较好的经济效益和社会效益。

Description

以微污染地表水为水源制备钢铁厂用脱盐水的工艺

技术领域

本发明属于污水处理和回用技术领域，特别是提供了一种以微污染地表水为水源制备钢铁厂用脱盐水的工艺。

背景技术

钢铁生产过程中热负荷高，用水水质要求高、水量大。作为世界上缺水国家之一，水是制约我国钢铁工业发展的重要因素。近些年来，为了减少钢铁企业的废水排放量，同时减少吨钢的新水耗水量，越来越多的钢铁企业寻求高效的污水处理及回用技术。同时，脱盐水用于钢铁工业生产线和循环冷却水补水得到越来越多的应用。脱盐水作为循环冷却水补水使用，具有品质好，浓缩倍数高，结垢风险低等优点。目前钢铁厂制备脱盐水通常以生产新水作为水源，但由于钢铁是用水大户，上述常规水资源受到水量的限制难于满足用水要求，所以利用微污染地表水作为水源来制备脱盐水成为开源的一种新工艺。

微污染地表水普遍存在着有机物、氨氮、磷、硬度偏高,水体有异味,色度高等问题，有机物和氨氮超标是水体污染的主要问题。目前以地表水为水源的净水厂大多采用混凝、沉淀、过滤、消毒等常规净水工艺来去除水中悬浮物，但是对水中的有机物和氨氮去除效果不佳，一方面使出水水质不达标，另一方面对后续的膜法深度处理造成污染，降低膜的使用寿命。因此必须改进目前常规的水处理流程，使水中有机污染物能够得到有效的去除，保证后续膜法深度处理的出水水质要求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种以微污染地表水为水源制备钢铁厂用脱盐水的工艺，不但能够使微污染水资源化,而且克服了制备脱盐水使用生产新水的水量受限瓶颈，为制备脱盐水寻求了一种新的水源。

针对现有技术的不足，本发明在现有技术的基础上加以改进，增加了生物处理单元。提供一种高密度澄清池+MBBR生物反应池+高效滤池+膜法深度处理单元的工艺，最终成品水供钢铁厂脱盐水用户使用。具体工艺流程如下：

微污染地表水→旋流沉砂池→调节池→高密度澄清池→MBBR生物反应池→高效滤池→超滤装置→一级反渗透装置→钢铁厂一级脱盐水用户或（二级反渗透装置→钢铁厂二级脱盐水用户）。在工艺中控制的技术参数为：

微污染地表水经过加压提升进入旋流沉砂池去除水中携带的泥沙。旋流沉砂池主要利用动力驱动机械叶轮的旋转，控制进入水流的流速与流态，使砂在离心力与重力的作用下，沿池壁呈螺旋线加速沉降。沉入池底的砂经压缩空气提升，与少量污水进入砂水分离器中进行分离后排出。旋流沉砂池水力停留时间（在GB/T50125-2010(给水排水工程基本术语标准)中3.2.38条款规定：水力停留时间：污水在处理构筑物内的平均停留时间）为30～60s。

本发明所述的旋流沉砂池出水水量、水质具有不均匀性,同时为了降低对后续处理设施的冲击负荷，确保污水处理效果，设置调节池。旋流沉砂池出水依靠重力流进入调节池，调节池水力停留时间为2～6h。为保证气温较低时后续MBBR生物反应池处理效果和膜法深度处理单元进水通量，在调节池后端池底设有穿孔蒸汽管，当冬季水温低于15℃时使用，控制调节池出水温度在20～25℃。

本发明所述的调节池出水经加压提升进入高密度澄清池。为避免MBBR生物反应池填料因高硬度结垢，故把高密度澄清池置于MBBR生物反应池前面。高密度澄清池是集混凝、絮凝、澄清功能为一体的高效水处理构筑物，能够去除硬度、悬浮物、胶体等物质。它包括混凝池、石灰投加池、絮凝池、沉淀池和pH调节池等五部分。

（1）混凝池：本发明所述调节池出水经加压提升进入混凝池并与投加的混凝剂发生混凝反应。投加的混凝剂为聚合氯化铝（PAC）或氯化铁，投加浓度为30～100mg/L。混凝池水力停留时间2～4min。

（2）石灰投加池：混凝池后设置石灰投加池，在该池投入石灰(Ca(OH)₂)来进行软化反应以去除暂时硬度。Ca(OH)₂投加浓度为150～300mg/L。石灰投加池水力停留时间为2～4min。

（3）絮凝池：石灰投加池后设置絮凝池，在絮凝池投加聚丙烯酰胺（PAM）作为助凝剂可起到吸附架桥作用以强化混凝效果。PAM投加浓度为0.5～2mg/L。絮凝池水力停留时间为15～25min。

（4）沉淀池：絮凝池出水进入沉淀池,沉淀池包括置沉淀区和污泥浓缩区二部分，大部分固体悬浮物在该区域沉淀并浓缩。沉淀区位于沉淀池上部，采用斜管沉淀方式，上升流速为10～15m/h。污泥浓缩区位于沉淀池下部，设有带浓缩功能的刮泥机，把剩余污泥刮入泥斗，其中一部分污泥连续回流至混凝池或石灰投加池，污泥回流比为3%～8%。另一部分污泥定期由排泥泵抽出送至泥处理系统进行处理。

（5）pH调节池：沉淀池上清液出水后进入pH调节池。在该池投加硫酸调整出水pH值到6～9之间。pH调节池水力停留时间为4～8min。

本发明所述的高密度澄清池出水依靠重力流进入MBBR生物反应池。MBBR生物反应池核心部分就是把比重接近于水的悬浮填料直接投加到池中作为微生物的活性载体，并依靠池内的曝气和水流的提升作用使悬浮填料处于流化状态。悬浮填料与微污染地表水频繁多次接触，有机物、氨氮等污染物大部分被去除。

MBBR生物反应池对进水水质适应能力强，当微污染地表水水质不稳定时，也可以达到很好的处理效果。MBBR生物反应池水力停留时间2～6h，填料填充率20～70%，填料比表面积500m²/m³。

本发明所述的MBBR生物反应池依靠重力流入高效滤池。由于后续膜法深度处理单元对悬浮物、油等污染物要求较高，所以用高效滤池作为膜法深度处理单元的前处理工艺。高效滤池采用高滤速深层过滤，滤料为石英砂，滤后水流入清水池。高效滤池滤料厚度1.5～2.5m，正常滤速13～15m/h，强制滤速17～20m/h。过滤周期24～36h。

本发明所述的高效滤池出水通过加压提升进入到膜法深度处理单元。膜法深度处理单元包括超滤(UF)装置、一级反渗透(RO)装置和二级反渗透(RO)装置三部分。

本发明所述的高效滤池出水通过加压提升进入UF装置。UF装置作为RO装置预处理工序，可以去除大部分悬浮物、胶体、色度、浊度及部分残余有机物。UF装置进水前投加次氯酸钠进行杀菌消毒，次氯酸钠投加量为1～5mg/L。UF装置进水采用恒流量变频控制，进水设计通量为40～80L/m²·h，过滤周期为30～60min，超滤膜反洗时间为1min～2min。成品水回收率≥90%。每套UF装置1～5d进行一次通量维护措施（EFM），EFM时间为1～2h。每套UF装置3～6个月进行一次化学清洗（CIP）措施，CIP时间为8～12h。

本发明所述的UF装置出水经过加压提升后进入一级RO装置。一级RO装置是本系统中最主要的脱盐装置。UF装置出水进入置于压力容器内的一级反渗透膜组件，水分子和极少量的小分子有机物通过膜层，经收集管道集中后，通往产水管再注入反渗透成品水系统。反之不能通过的就经由另一组收集管道集中后通往浓水排放管，排入高含盐水系统。为避免结垢，在一级RO装置进水前投加盐酸和阻垢剂，投加量均为1～5mg/L，同时投加还原剂去除系统中剩余的氧化杀菌剂，还原剂投加量为1～4mg/L。一级RO装置出水后投加氢氧化钠调节pH至6～9。一级RO装置进水采用恒流量变频控制。进水压力≤1.6MPa，进水设计通量17～30L/m²·h，成品水回收率≥75%。每套一级RO装置2～4个月进行一次化学清洗（CIP）措施，CIP时间为8～24h。

由于钢铁厂对脱盐水水质要求不同，本发明所述的一级RO装置出水（电导率≤50μS/cm）一部分直接供给一级脱盐水用户使用。另一部分经过加压提升进入二级RO装置进行二次脱盐，出水（电导率≤10μS/cm）供给二级脱盐水用户使用。二级RO装置进水采用恒流量变频控制，进水压力≤1.6MPa，进水设计通量30~45L/m²·h，成品水回收率≥90%。每套二级RO装置4～6个月进行一次化学清洗（CIP）措施，CIP时间为8~24h。

与现有技术相比，本发明的优势在于：

1.本发明采用了高密度澄清池可去除微污染地表水中的大部分暂时硬度，以避免造成后续MBBR生物反应池填料结垢和膜法深度处理单元膜元件结垢，提高了系统稳定性。

2.本发明针对微污染地表水中的有机污染物和氨氮含量超标的特点，采用具有悬浮填料的MBBR生物反应池，不仅能够去除有机污染物和氨氮，而且对微污染地表水水质变化适应能力强。

3.本发明采用高效滤池作为膜法深度处理单元的前处理，提高了膜法深度处理单元进水的水质稳定性。

4.本发明采用了以超滤-反渗透工艺为核心的膜法深度处理单元，根据用户需求可制备不同等级的脱盐水。

5.本发明工艺流程简单、运行效果稳定，极大的减少了钢铁厂生产新水耗量，节能减排效果明显。

附图说明

图1为微污染地表水为水源制备钢铁厂用脱盐水的工艺流程框图。

具体实施方式

微污染地表水水源水质：BOD₅为18mg/L，COD_Cr为45mg/L，NH₃-N为9mg/L，SS为215mg/L，总硬度（以CaCO₃计）为450mg/L，电导率为1250μS/cm，水温10℃。河道取水后进入旋流沉砂池，水力停留时间为60s。旋流沉砂池出水依靠重力流进入调节池,在调节池内蒸汽加热至水温25℃，调节池水力停留时间为2h。调节池出水经过加压提升进入高密度澄清池进行混凝沉淀处理。高密度澄清池包括混凝池、石灰投加池、絮凝池、沉淀池和pH调节池等五部分。各池体参数如下：混凝池水力停留时间2min,投加混凝剂PAC，浓度为75mg/L；石灰投加池水力停留时间3min,投加石灰，浓度为150mg/L；絮凝池水力停留时间20min，投加助凝剂PAM，浓度为1mg/L；沉淀池斜管上升流速为10.75m/h；pH调节池水力停留时间5min，投加硫酸，出水pH为7.5。高密度澄清池出水依靠重力流进入MBBR生物反应池，水力停留时间2h，填料填充率20%，填料比表面积500m²/m³。MBBR生物反应池出水后依靠重力流进入高效滤池,高效滤池正常滤速13.2m/h，强制滤速17.6m/h，过滤周期24h。高效滤池出水经加压提升后进入超滤(UF)装置。高效滤池出水水质指标如下：BOD₅为2mg/L，COD_Cr为5mg/L，NH₃-N为1mg/L.SS为3mg/L，总硬度（以CaCO₃计）为256mg/L，电导率为1050μS/cm，水温22℃。

本发明所述的微污染地表水经过前述处理后进入膜法深度处理单元。超滤(UF)装置进水前次氯酸钠投加量为3.5mg/L。进水设计通量66L/m²·h，过滤周期30min，反洗时间为1.5min,UF装置成品水回收率为92%。UF装置出水经过加压提升后进入一级反渗透(RO)装置。一级RO装置进水盐酸投加量2.0mg/L，阻垢剂投加量为3.5mg/L，还原剂投加量为2.5mg/L。一级RO装置出水投加氢氧化钠调节pH至7。一级RO装置进水设计通量17.2L/m²·h，成品水回收率为75%。一级RO装置出水水质如下：SS为0.1mg/L，总硬度为（以CaCO₃计）3mg/L，电导率为25μS/cm，水温20℃，pH值为7。

本发明所述的一级RO装置出水一部分直接供给一级脱盐水用户使用。另一部分经过加压提升进入二级反渗透(RO)装置进行二次脱盐后供给二级脱盐水用户使用，二级RO装置进水设计通量31.5L/m²·h，成品水回收率为90%。二级RO装置出水水质如下：SS为0.1mg/L，总硬度（以CaCO₃计）为0.5mg/L，电导率为3μS/cm，水温19℃，pH值为6.5。

经过本工艺，最终出水能够满足钢铁厂所需二种脱盐水（电导率≤50μS/cm、电导率≤10μS/cm）用户使用要求。

Claims (3)

1.一种以微污染地表水为水源制备钢铁厂用脱盐水的工艺，工艺流程为：

微污染地表水→旋流沉砂池→调节池→高密度澄清池→MBBR生物反应池→高效滤池→超滤装置→一级反渗透装置→钢铁厂一级脱盐水用户或二级反渗透装置→钢铁厂二级脱盐水用户；其特征在于，在工艺中控制的技术参数为：

微污染地表水经过加压提升进入旋流沉砂池去除水中携带的泥沙，旋流沉砂池水力停留时间30～60s；

旋流沉砂池出水依靠重力流进入调节池，调节池水力停留时间为2～6h；调节池后端池底设有穿孔蒸汽管，控制出水水温在20～25℃；

调节池出水经过加压提升进入高密度澄清池；高密度澄清池是集混凝、絮凝、澄清为一体的高效水处理构筑物，能够去除硬度、悬浮物、胶体物质；

高密度澄清池包括混凝池、石灰投加池、絮凝池、沉淀池和pH调节池五部分；

高密度澄清池出水依靠重力流进入MBBR生物反应池，MBBR生物反应池是利用悬浮填料与微污染地表水频繁多次接触，有机物、氨氮污染物被去除；MBBR生物反应池水力停留时间2h～6h，填料填充率20～70%，填料比表面积500m²/m³；

MBBR生物反应池出水依靠重力流进入高效滤池，以进一步去除悬浮物和油；高效滤池采用高滤速深层过滤,正常滤速13～15m/h，强制滤速17～20m/h，过滤周期24～36h；

高效滤池出水通过加压提升进入超滤装置，超滤装置进水采用恒流量变频控制，进水次氯酸钠投加量为1～5mg/L，设计通量为40～80L/m²·h，过滤周期为30～60min，反洗时间为1～2min，成品水回收率≥90%；

超滤装置出水经过加压提升进入一级反渗透装置；在一级反渗透装置进水前投加盐酸和阻垢剂，投加量均为1～5mg/L，同时投加还原剂，投加量为1～4mg/L；一级反渗透装置出水后投加氢氧化钠调节pH至6～9；一级反渗透装置进水采用恒流量变频控制，进水压力≤1.6MPa，设计通量17～30L/m²·h，成品水回收率≥75%。

2.根据权利要求1所述的工艺，其特征在于，

所述的混凝池水力停留时间2～4min,投加混凝剂为聚合氯化铝或氯化铁,投加浓度为30～100mg/L；

所述的石灰投加池水力停留时间2～4min,投加石灰浓度为150～300mg/L；絮凝池水力停留时间15～25min，投加助凝剂为聚丙烯酰胺，投加浓度为0.5～2.0mg/L；

所述的沉淀池斜管上升流速为10～15m/h；

所述的pH调节池水力停留时间4～8min，

所述的投加硫酸控制出水pH为6～9。

3.根据照权利1所述的工艺，其特征在于，所述的一级反渗透装置出水电导率≤50μS/cm，一部分直接供给一级脱盐水用户使用；另一部分经过加压提升进入二级反渗透装置进行二次脱盐，出水电导率≤10μS/cm，供给二级脱盐水用户使用；二级渗透装置进水采用恒流量变频控制，进水压力≤1.6MPa，设计通量30～45L/m²·h，成品水回收率≥90%。

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