超滤反渗透法与电吸附法在钢铁企业总排废水深度处理回用工程上的应用比较

超滤反渗透法与电吸附法在钢铁企业总排废水深度处理回用工程上的应用比较

作为中国工业发展的重点产业，钢铁工业不仅是一个水洗机的大群体，也是一个排放的大群体。我国钢生产新水耗量及外排废水量远高于国外指标。钢铁工业外排废水也是一种潜在非常规水资源。钢铁工业外排废水回收利用，提高了钢铁厂水资源利用率，降低了钢铁厂水资源成本，具有极大社会效益和经济效益。钢铁厂总排废水主要源于钢铁生产工艺过程，具有浊度高、色度高、硬度高、可溶性固体多和可生化性差等特点。常规废水处理工艺处理出水水质与钢厂生产新水水质相差较大。以某钢铁厂总排废水深度处理回用工程设计为例，从工艺技术原理、工艺性能效果、工程投资与直接运行费用、经济效益等多个方面，综合比较分析超滤反渗透法和电吸附法在钢铁厂总排废水深度处理回用工程上的适应性，探讨钢铁厂总排废水深度处理回用工艺技术选择。1项目背景1.1深度处理工艺某钢铁厂现状总排废水量为1200m该钢铁厂现有污水处理站1座，采用“高效澄清池+V型滤池”传统常规水处理工艺。由于常规处理工艺对脱盐基本没有效果，故出水仅达到一般低等级回用水标准，无法达到钢铁厂生产新水要求。为降低新水耗量、进一步减少外排水量、保证达标排放，该钢铁厂计划采用深度处理工艺对现有常规处理出水进一步降低硬度、氯根含量、电导率等成分，提高废水回用率，并减少回用水对管网及设备的腐蚀。深度处理工艺设计进水COD为20mg/L,pH为7.7，电导率777μS/cm,Cl钢铁厂总排废水深度处理出水主要回用于厂区生产新水。本深度处理回用工艺对比研究的设计出水执行回用生产新水水质指标，即pH为7～9，电导率≤240μS/cm,Cl1.2超滤反渗透法钢铁厂废水深度处理主要为脱盐。目前，国内外钢铁厂深度处理脱盐技术主要有电渗析法、超滤反渗透法、电吸附法和离子交换法（阳床+阴床+混床）等1）超滤反渗透法。近年来，超滤反渗透法已逐步用于钢铁综合废水的深度处理2）电吸附法。电吸附法是基于电化学双电层理论的新兴电容性除盐技术，利用带电电极表面的电化学特性来实现水中带电粒子去除、有机物分解等。电吸附法电耗较低，所需电流仅用于吸附电极溶液界面双电层充电，且无需任何化学药剂，无二次污染问题，再生仅需原水冲洗即可。较高实用性、较宽适用范围和较低处理费用使电吸附法在钢铁工业废水脱盐领域具有广泛应用前景2项目总结为探讨不同深度处理回用工艺的适用性，从工艺流程设计等多个方面，综合比较超滤反渗透法和电吸附法2种废水深度处理工艺技术。2.1工艺2.1.1回用水池处理超滤反渗透法工艺流程如图1所示。总排废水经“高效澄清池+V型滤池”常规水处理工艺处理后，出水自流至深度处理系统原水池，经泵提升至自清洗过滤器，再经自清洗过滤器过滤后一部分水进入“浸没式超滤+反渗透单元”进行处理，处理出水与另一部分自清洗过滤器出水进入生产新水回用水池混合；超滤反洗水（浓水）回流至V型滤池反洗水池；反渗透浓盐水进入反渗透浓水池，用作钢厂冲渣水。2.1.2水处理系统工作原理电吸附法工艺流程如图2所示。总排废水经“高效澄清池+V型滤池”常规水处理工艺处理后，出水自流至电吸附处理系统原水池，经泵提升至保安过滤器，再经保安过滤器过滤后进入电吸附模块，处理出水进入生产新水回用水池，浓盐水进入浓盐水池，用作钢厂冲渣水。2.2主要设备和结构2.2.1深度处理车间及水质超滤反渗透工艺主要厂房为深度处理车间，厂房为半地下钢筋混凝土结构，占地长×宽×高为38m×29m×7.5m，偏跨占地长×宽×高为15m×7m×4.0m；水池为地下结构，泵房设在负一楼，加药间、清洗间、超滤反渗透间设在一楼，配电室、控制室设置在二楼。深度处理车间包含超滤反渗透间、加药间、清洗间、配电室、控制室、原水池、超滤产水池、反渗透产水池、反渗透浓水池等。超滤反渗透法主要设备：①原水提升泵。体积流量q②自清洗过滤器。q③浸没式超滤机组。q④反渗透供水泵。q⑤反渗透系统。q⑥反渗透产水加压泵。q⑦反渗透浓水泵。q2.2.2除盐单元图2电吸附工艺主要厂房为深度处理车间，厂房为半地下钢筋混凝土结构，占地长×宽×高=35m×39m×8m；水池为地下结构。深度处理车间包含电吸附原水池、电吸附产水池、中间水池、浓水池、加药间、空气间、泵房及过滤器间、低配室、电气及控制室、电吸附除盐模块单元及配套电气控制、加酸加减及酸洗系统等。电吸附工艺主要设备：①原水提升泵。q②保安过滤器。q③电吸附除盐模块单元。q④电吸附除盐系统配套再生泵。q⑤电吸附除盐模块配套加碱装置。1套。包含2只碱储罐（1用1备），容积V=10m⑥电吸附除盐模块配套加酸装置。1套。包含2只酸储罐容积，1用1备，V=20m⑦电吸附除盐模块配套酸洗装置。1套。包括稀酸酸洗罐1只，V=20m⑧电吸附产水加压泵。q⑨电吸附浓水泵。q2.3结构体系设计超滤反渗透工艺和电吸附工艺主要厂房深度处理车间均采用混凝土框架结构。车间上部结构采用钢筋砼框架结构，屋面采用钢结构屋面及钢筋砼屋面。车间地下水池和地下室结构采用现浇防水钢筋砼基础梁板、防水钢筋砼竖壁或挡土墙。2.4供配电及立体式设备配置根据工艺设施总平面布置及供电半径要求，不单独设置独立变电所，而采用附设式，设置在深度处理车间外部。该项目控制工程采用三电一体化计算机控制系统实现对污水处理的过程检测、集中监视、远程控制、自动调节及联锁、过程报警、过程统计和历史趋势等功能；配电室内设置远程I/O柜。操作员站、工程师站、主控制站及远程I/O柜之间，通过工业以太网通讯。操作员通过操作站对生产及辅助系统参数进行数据采集、操作、监视、控制和管理。超滤反渗透法和电吸附法工艺装机容量和计算负荷对比如表1所示。超滤反渗透法深度处理车间二楼设置变电所、控制室。干式变压器与低压配电柜拼盘布置，隔壁为控制室。配电室配置2台1600kVA-10/0.4kV干式变压器，为超滤反渗透工艺提供低压电源。电吸附法深度处理车间二楼设置配电室、整流变压器、控制室；其中2路外部高压电源接至此配电室高压负荷开关，电吸附设备配套电气设备（整流变压器、配电柜、变频柜等）均放置于此。其它低压负荷利用原有变压器室和配电室，将原变压器室配置升级、改为2台1250kVA-10/0.4kV干式变压器，为电吸附法提供低压电源。3工艺性能及其运行效果3.1电吸附法处理废水的性能超滤反渗透法和电吸附法同为应用广泛的深度除盐技术，技术性能对比如表2所示。由表2可知，电吸附法设备使用寿命更长、适合处理废水含盐量范围更宽、对进水水质要求较低、产水率高、受温度影响小、清洗周期长、配套药剂少，单位处理水量直接运行成本较低；超滤反渗透法除盐率高、出水水质更好、电耗较低，单位处理水量直接运行成本高于电吸附法。3.2电吸附法水质好，但达少2种处理工艺运行效果如表3所示。出水水质方面，超滤反渗透法高于生产新水回用水质，满足软水、除盐水水质要求；电吸附法可满足生产新水回用水质要求，但达不到软水、除盐水水质要求。按生产新水回用水质勾兑处理回用水方面，超滤反渗透法850m超滤反渗透法处理出水总硬度、电导率和Cl电吸附法处理出水总硬度去除率39.2%、电导率降低率70.4%和Cl4直接运行费用超滤反渗透法工程总投资约5805万元，其中建安工程投资4320万元，设备工程投资1480万元；电吸附法，工程总投资约5050万元，其中建安工程投资1180万元，设备工程投资3870万元。电吸附法工程总投资略低于超滤反渗透法。2种深度处理工艺直接运行费用如表4所示。由表4可知，电吸附法、超滤反渗透直接运行成本分别为1.361、2.238元/t，仅为超滤反渗透法的1/2。电吸附法工作过程中除酸外无需其他药剂，药剂费用远低于超滤反渗透法；