超濾反滲透法與電吸附法在鋼鐵企業(yè)總排廢水深度處理回用工程上的應(yīng)用比較

超濾反滲透法與電吸附法在鋼鐵企業(yè)總排廢水深度處理回用工程上的應(yīng)用比較

作為中國工業(yè)發(fā)展的重點產(chǎn)業(yè)，鋼鐵工業(yè)不僅是一個水洗機的大群體，也是一個排放的大群體。我國鋼生產(chǎn)新水耗量及外排廢水量遠高于國外指標(biāo)。鋼鐵工業(yè)外排廢水也是一種潛在非常規(guī)水資源。鋼鐵工業(yè)外排廢水回收利用，提高了鋼鐵廠水資源利用率，降低了鋼鐵廠水資源成本，具有極大社會效益和經(jīng)濟效益。鋼鐵廠總排廢水主要源于鋼鐵生產(chǎn)工藝過程，具有濁度高、色度高、硬度高、可溶性固體多和可生化性差等特點。常規(guī)廢水處理工藝處理出水水質(zhì)與鋼廠生產(chǎn)新水水質(zhì)相差較大。以某鋼鐵廠總排廢水深度處理回用工程設(shè)計為例，從工藝技術(shù)原理、工藝性能效果、工程投資與直接運行費用、經(jīng)濟效益等多個方面，綜合比較分析超濾反滲透法和電吸附法在鋼鐵廠總排廢水深度處理回用工程上的適應(yīng)性，探討鋼鐵廠總排廢水深度處理回用工藝技術(shù)選擇。1項目背景1.1深度處理工藝某鋼鐵廠現(xiàn)狀總排廢水量為1200m該鋼鐵廠現(xiàn)有污水處理站1座，采用“高效澄清池+V型濾池”傳統(tǒng)常規(guī)水處理工藝。由于常規(guī)處理工藝對脫鹽基本沒有效果，故出水僅達到一般低等級回用水標(biāo)準(zhǔn)，無法達到鋼鐵廠生產(chǎn)新水要求。為降低新水耗量、進一步減少外排水量、保證達標(biāo)排放，該鋼鐵廠計劃采用深度處理工藝對現(xiàn)有常規(guī)處理出水進一步降低硬度、氯根含量、電導(dǎo)率等成分，提高廢水回用率，并減少回用水對管網(wǎng)及設(shè)備的腐蝕。深度處理工藝設(shè)計進水COD為20mg/L,pH為7.7，電導(dǎo)率777μS/cm,Cl鋼鐵廠總排廢水深度處理出水主要回用于廠區(qū)生產(chǎn)新水。本深度處理回用工藝對比研究的設(shè)計出水執(zhí)行回用生產(chǎn)新水水質(zhì)指標(biāo)，即pH為7～9，電導(dǎo)率≤240μS/cm,Cl1.2超濾反滲透法鋼鐵廠廢水深度處理主要為脫鹽。目前，國內(nèi)外鋼鐵廠深度處理脫鹽技術(shù)主要有電滲析法、超濾反滲透法、電吸附法和離子交換法（陽床+陰床+混床）等1）超濾反滲透法。近年來，超濾反滲透法已逐步用于鋼鐵綜合廢水的深度處理2）電吸附法。電吸附法是基于電化學(xué)雙電層理論的新興電容性除鹽技術(shù)，利用帶電電極表面的電化學(xué)特性來實現(xiàn)水中帶電粒子去除、有機物分解等。電吸附法電耗較低，所需電流僅用于吸附電極溶液界面雙電層充電，且無需任何化學(xué)藥劑，無二次污染問題，再生僅需原水沖洗即可。較高實用性、較寬適用范圍和較低處理費用使電吸附法在鋼鐵工業(yè)廢水脫鹽領(lǐng)域具有廣泛應(yīng)用前景2項目總結(jié)為探討不同深度處理回用工藝的適用性，從工藝流程設(shè)計等多個方面，綜合比較超濾反滲透法和電吸附法2種廢水深度處理工藝技術(shù)。2.1工藝2.1.1回用水池處理超濾反滲透法工藝流程如圖1所示?？偱艔U水經(jīng)“高效澄清池+V型濾池”常規(guī)水處理工藝處理后，出水自流至深度處理系統(tǒng)原水池，經(jīng)泵提升至自清洗過濾器，再經(jīng)自清洗過濾器過濾后一部分水進入“浸沒式超濾+反滲透單元”進行處理，處理出水與另一部分自清洗過濾器出水進入生產(chǎn)新水回用水池混合；超濾反洗水（濃水）回流至V型濾池反洗水池；反滲透濃鹽水進入反滲透濃水池，用作鋼廠沖渣水。2.1.2水處理系統(tǒng)工作原理電吸附法工藝流程如圖2所示?？偱艔U水經(jīng)“高效澄清池+V型濾池”常規(guī)水處理工藝處理后，出水自流至電吸附處理系統(tǒng)原水池，經(jīng)泵提升至保安過濾器，再經(jīng)保安過濾器過濾后進入電吸附模塊，處理出水進入生產(chǎn)新水回用水池，濃鹽水進入濃鹽水池，用作鋼廠沖渣水。2.2主要設(shè)備和結(jié)構(gòu)2.2.1深度處理車間及水質(zhì)超濾反滲透工藝主要廠房為深度處理車間，廠房為半地下鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，占地長×寬×高為38m×29m×7.5m，偏跨占地長×寬×高為15m×7m×4.0m；水池為地下結(jié)構(gòu)，泵房設(shè)在負(fù)一樓，加藥間、清洗間、超濾反滲透間設(shè)在一樓，配電室、控制室設(shè)置在二樓。深度處理車間包含超濾反滲透間、加藥間、清洗間、配電室、控制室、原水池、超濾產(chǎn)水池、反滲透產(chǎn)水池、反滲透濃水池等。超濾反滲透法主要設(shè)備：①原水提升泵。體積流量q②自清洗過濾器。q③浸沒式超濾機組。q④反滲透供水泵。q⑤反滲透系統(tǒng)。q⑥反滲透產(chǎn)水加壓泵。q⑦反滲透濃水泵。q2.2.2除鹽單元圖2電吸附工藝主要廠房為深度處理車間，廠房為半地下鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，占地長×寬×高=35m×39m×8m；水池為地下結(jié)構(gòu)。深度處理車間包含電吸附原水池、電吸附產(chǎn)水池、中間水池、濃水池、加藥間、空氣間、泵房及過濾器間、低配室、電氣及控制室、電吸附除鹽模塊單元及配套電氣控制、加酸加減及酸洗系統(tǒng)等。電吸附工藝主要設(shè)備：①原水提升泵。q②保安過濾器。q③電吸附除鹽模塊單元。q④電吸附除鹽系統(tǒng)配套再生泵。q⑤電吸附除鹽模塊配套加堿裝置。1套。包含2只堿儲罐（1用1備），容積V=10m⑥電吸附除鹽模塊配套加酸裝置。1套。包含2只酸儲罐容積，1用1備，V=20m⑦電吸附除鹽模塊配套酸洗裝置。1套。包括稀酸酸洗罐1只，V=20m⑧電吸附產(chǎn)水加壓泵。q⑨電吸附濃水泵。q2.3結(jié)構(gòu)體系設(shè)計超濾反滲透工藝和電吸附工藝主要廠房深度處理車間均采用混凝土框架結(jié)構(gòu)。車間上部結(jié)構(gòu)采用鋼筋砼框架結(jié)構(gòu)，屋面采用鋼結(jié)構(gòu)屋面及鋼筋砼屋面。車間地下水池和地下室結(jié)構(gòu)采用現(xiàn)澆防水鋼筋砼基礎(chǔ)梁板、防水鋼筋砼豎壁或擋土墻。2.4供配電及立體式設(shè)備配置根據(jù)工藝設(shè)施總平面布置及供電半徑要求，不單獨設(shè)置獨立變電所，而采用附設(shè)式，設(shè)置在深度處理車間外部。該項目控制工程采用三電一體化計算機控制系統(tǒng)實現(xiàn)對污水處理的過程檢測、集中監(jiān)視、遠程控制、自動調(diào)節(jié)及聯(lián)鎖、過程報警、過程統(tǒng)計和歷史趨勢等功能；配電室內(nèi)設(shè)置遠程I/O柜。操作員站、工程師站、主控制站及遠程I/O柜之間，通過工業(yè)以太網(wǎng)通訊。操作員通過操作站對生產(chǎn)及輔助系統(tǒng)參數(shù)進行數(shù)據(jù)采集、操作、監(jiān)視、控制和管理。超濾反滲透法和電吸附法工藝裝機容量和計算負(fù)荷對比如表1所示。超濾反滲透法深度處理車間二樓設(shè)置變電所、控制室。干式變壓器與低壓配電柜拼盤布置，隔壁為控制室。配電室配置2臺1600kVA-10/0.4kV干式變壓器，為超濾反滲透工藝提供低壓電源。電吸附法深度處理車間二樓設(shè)置配電室、整流變壓器、控制室；其中2路外部高壓電源接至此配電室高壓負(fù)荷開關(guān)，電吸附設(shè)備配套電氣設(shè)備（整流變壓器、配電柜、變頻柜等）均放置于此。其它低壓負(fù)荷利用原有變壓器室和配電室，將原變壓器室配置升級、改為2臺1250kVA-10/0.4kV干式變壓器，為電吸附法提供低壓電源。3工藝性能及其運行效果3.1電吸附法處理廢水的性能超濾反滲透法和電吸附法同為應(yīng)用廣泛的深度除鹽技術(shù)，技術(shù)性能對比如表2所示。由表2可知，電吸附法設(shè)備使用壽命更長、適合處理廢水含鹽量范圍更寬、對進水水質(zhì)要求較低、產(chǎn)水率高、受溫度影響小、清洗周期長、配套藥劑少，單位處理水量直接運行成本較低；超濾反滲透法除鹽率高、出水水質(zhì)更好、電耗較低，單位處理水量直接運行成本高于電吸附法。3.2電吸附法水質(zhì)好，但達少2種處理工藝運行效果如表3所示。出水水質(zhì)方面，超濾反滲透法高于生產(chǎn)新水回用水質(zhì)，滿足軟水、除鹽水水質(zhì)要求；電吸附法可滿足生產(chǎn)新水回用水質(zhì)要求，但達不到軟水、除鹽水水質(zhì)要求。按生產(chǎn)新水回用水質(zhì)勾兌處理回用水方面，超濾反滲透法850m超濾反滲透法處理出水總硬度、電導(dǎo)率和Cl電吸附法處理出水總硬度去除率39.2%、電導(dǎo)率降低率70.4%和Cl4直接運行費用超濾反滲透法工程總投資約5805萬元，其中建安工程投資4320萬元，設(shè)備工程投資1480萬元；電吸附法，工程總投資約5050萬元，其中建安工程投資1180萬元，設(shè)備工程投資3870萬元。電吸附法工程總投資略低于超濾反滲透法。2種深度處理工藝直接運行費用如表4所示。由表4可知，電吸附法、超濾反滲透直接運行成本分別為1.361、2.238元/t，僅為超濾反滲透法的1/2。電吸附法工作過程中除酸外無需其他藥劑，藥劑費用遠低于超濾反滲透法；