济钢矿井水资源优化利用

2015-01-02郑晓萍

山东冶金 2015年1期

关键词：济钢超滤膜过滤器

郑晓萍

（山钢股份济南分公司装备部，山东济南 250101）

经验交流

济钢矿井水资源优化利用

郑晓萍

（山钢股份济南分公司装备部，山东济南 250101）

济钢通过对现有生产、生活水管网进行剥离改造，新建1座生活饮用水处理站，采用先进的膜处理技术，将矿井水制成合格的生活用水，实现了生产、生活地下水零提取，项目投用后年创效益2 000多万元。

矿井水；外部管网；水处理站；超滤膜

1 前言

济钢总厂区生产用水平均为10×104m3/d，生活用水平均为3×104m3/d。绝大多数生产用水取自张马屯矿井水，部分采用黄河水和少量的回用中水；生活用水采用地下深井水，形成了矿井废水、黄河水、地下深井水、回用中水四种水源并存的格局。地下水水资源费为2.6元/m3，而矿井水水资源费为0.52元/m3，如果能将矿井水处理成生活饮用水，停采地下水，效益将非常可观。为了优化利用好矿井废水资源，实现经济效益最大化，济钢投资3 000余万元，将张马屯矿井废水处理后作为生活饮用水，生产用水陆续全部采用黄河水，逐步停用深水井。新建一座生活饮用水处理站，供公司生产区、生活区的生活用水；同时对厂区内生活水和生产水管网进行改造，将两种水管彻底剥离，保证供水安全性。

2 项目可行性分析

钢铁企业是耗用水大户，不仅生产用水量大，生活用水量也很大。由于生活水采用地下水，要支付昂贵的水资源费和排污费用，济钢每年上缴的水资源费达2 800万元，是企业主要成本之一。而张马屯铁矿开采时涌出的大量矿井水仅仅用于农田灌溉和生产补水用，没有给予充分利用，造成水资源的浪费。张马屯矿井排水的水质指标，除总大肠菌群、耐热大肠菌群、大肠埃希氏菌、菌落总数及浑浊度超标外，其余项目均符合GB 5749—2006生活饮用水卫生标准的要求。

膜技术为水处理工艺的集约化提供了有力支撑，尤其是超滤膜的开发应用，已被证实是处理精度高、效率高的高科技技术。如果新建一座生活饮用水处理站，采用消毒+多介质过滤器过滤+自清洗管道过滤器+超滤+消毒的水处理工艺，完全可以将矿井水处理成合格的生活饮用水，供应公司生产区、济钢新村生活区使用，具有较强的可行性。同时，替代总公司地下水，实现总厂区生产、生活地下水零提取，优化水系统，降低新水消耗，可为济南市节水保泉、节能降耗工作做出贡献。

3 项目改造内容

3.1 源头清浊分离

张马屯铁矿是磁铁矿床，也是国内少有的大水矿床，预计最终开采涌水量为33.8万m3/d。由于开采铁矿时矿坑水易受到污染，所以必须在源头处进行清浊分离。根据井下净、污水分布状况及井下水仓、巷道和水沟等情况，结合地上生产、生活供水管道分布及矿坑水水质化验情况，分别通过井下清、污水分离、集中上排和减少人为污染等3项措施实现源头清浊分离。

3.2 厂区管网改造

张马屯矿井水原供应生产补水与生产水系统管网串联，根据国家相关规定，生活饮用水输水管网应具有唯一性，不允许与生产水系统进行串联。张马屯矿井水若处理作为生活水，原有的管网无法适应新供水模式，需对生活水管网及生产水管网进行相应改造，彻底剥离，确保系统安全性。因此，以优化利用现有管网设施、降低投资成本、确保水源安全稳定为原则，制定相应外部管网改造方案。

1）张马屯矿井水原水管网。为了降低施工难度，减少工作量，确保水源水安全，保留原有厂内DN 600矿井水生产水管道，去除沿途原有生产水用户，完全作为厂内生活水原水输送管道。

2）生活水管网。原有的以四泵站为主要供水泵站模式，改为以新建生活水六泵站为主要供水泵站的新供应模式，敷设1条DN 600衬塑管道自新建生活水泵站至厂内各生活水主供水管道，沿途与原有生活水管网进行串联。

3）生产水管网。张马屯矿井水作为原水制备生活水后，生产水系统主要由东联供水泵站供应黄河水，原有的旧生活水管道部分利旧用作生产水管，去除老化严重的管道。

管网改造是整个工程的难点。新设计的3 600 m生活水管道要途经焦化厂、烧结、原料厂厂区及原料运输主干道，沿途各种在用管道、电缆繁多，施工难度较大。

3.3 水处理泵站

该工程项目的重点内容是新建生活饮用水处理站，处理能力3万m3/d。主要建设内容为多介质过滤器及反洗水泵、超滤组件、超滤化学清洗及反洗系统、变压器室、电气室、生活水供水泵站等。主要处理工艺是多介质过滤器过滤+自清洗管道过滤器+超滤+消毒。矿井水先用二氧化氯进行滤前消毒，投加絮凝剂PAC后，进多介质过滤器过滤，去除悬浮物和胶体物质，出水污染指数SDI≤4；再利用余压进入有效过滤孔径≤0.1 mm清洗过滤器，出水进入4套超滤组件装置，超滤膜选用聚醚砜中空纤维，有效过滤孔径≤50 nm，出水浊度≤0.5 NTU。出水经自动加氯机投加液氯消毒后，作为合格的生活饮用水产水自流进入2座生活储水池，由生活水供水泵组加压泵（恒压变量）供水，通过厂区内现有生活水管网供至各用水户成为合格的生活饮用水。多介质过滤器和超滤反洗排水自流排入综合污水处理厂集中处理回用。

工艺流程如图1所示，水量平衡如图2所示。

图1 工艺流程

主要设备的性能：

图2 水量平衡

1）六泵站改造。将六泵站原有的3台泵更换为3台水源水供水泵，流量780 m3/h，扬程32 m，配电机280 M-4/90 kW/380 V，恒压变量控制。增加多介质过滤器反洗供水泵2台，1用1备，流量1 100 m3/h，扬程22 m，配电机Y250 M-4/90 kW/380 V。恒压变量控制；保留3台生产供水泵，2用1备。

2）多介质过滤器。采用16台无烟煤石英砂多介质过滤器，壳体材质为钢衬胶。通过接触絮凝过滤去除水中的悬浮物和胶体物质，使水质更加清澈，水的污染指数SDI≤4，为超滤制备净化水做好预处理。

3）超滤系统。工程的核心技术是超滤膜技术，超滤膜采用荷兰NORIT公司产品SXL-225FSFC PVC型膜组件，该超滤膜对细菌的去除率可以达到6 log，对于病毒的去除率达到4 log，能有效去除原水中的细菌和病毒。该超滤膜主要由亲水性的聚醚砜+聚乙烯吡咯酮共聚物材质组成，每一根超滤膜元件由上千根中空纤维组成纤维束。原水在中空纤维的内部从一端流向另一端，而产水则是在原水流经膜的过程中逐渐由内壁向外壁透过（称为内压式）收集后从产水端排出。但长期运行后,水中的固体悬浮物截留在膜的表面，对膜造成污堵，会使膜过滤压力不断增加，因此运行一段时间后，需要用化学药剂对膜进行反洗，保证超滤膜的过水率。产水采用液氯消毒方法，按合格饮用水管网末端余氯量≥0.3 mg/L进行控制。