某钢铁厂综合污水处理及回用系统优化

＊刘桥云 杜在会 罗滔 邓人杰 张小刚

（1.湖南华菱湘潭钢铁有限公司能源环保部 湖南 411100 2.湖南工程学院 湖南 411104）

1.前言

考虑到全球急速消耗的资源和能源，同时日趋越发严重的水域生态，作为能源和资源损耗大户的钢铁行业是否可借助循环经济模式和新型工业化来实现可持续发展，已成为该行业是否可以持续、健康、稳定发展的关键问题。此外，钢铁工厂的工业废水已受到了更多钢铁企业的重视，这些废水是非传统水资源，因此需采取措施进行处理和利用[1]。

对于钢铁企业来说，每日使用的新水量巨大，其水费和排污费用不断增加，如何合理高效地利用水资源对企业的可持续发展至关重要。基于此大型钢铁企业需要更加高效地处理和利用现有水资源，同时采用先进的污染控制技术，积极推广非传统水资源的利用。近年来，针对国家对钢铁企业绿色发展和可持续发展的要求，钢铁企业正在加速发展污水处理和回用技术[2]。

随着钢铁年产量稳步增长，钢铁企业总耗水量也随之提高。不过，相应的污水排放量却有了明显降低，同时新水用量也得到有效控制。这表明我国钢铁企业在节能减排方面已经有了一定的成果。未来，应该进一步加强研究深化高效处理工艺技术、开发新型环保设备以及研制价格低廉的污水处理剂等，以提升我国钢铁企业在污水处理领域的影响力。

相比国外，中国钢铁行业的废水处理技术整体水平在治理专业技术、治理范畴、生态意识以及精细化管理水平等方面与外界存在明显差异。针对目前钢铁企业污水处理，已应用串级、循环、一水多用、分级用水等手段。这些手段有效提高了工业用水循环利用率，也是重要方式和关键措施。此外，钢铁企业还形成了有效的膜技术、乳状油污水处理和破乳技术等[3]。然而，在某些方面与国外相比存在差距，例如膜材料使用、如何有效稳定水质、在焦化废水处理方面的特殊技术等方面。此外，大多数钢铁企业的废水回收系统依靠传统处理工艺，如生物分解、吸附、混凝等方法进行处理。然而，钢铁企业污水中含有多种污染物和复杂成分，传统的处理技术无法彻底去除。这些处理技术不能满足工业循环水系统对水中盐分含量等指标的具体要求，限制了处理水的适用范围[4]。双膜法污水脱盐新工艺是以新型膜材料为主体，采用物理手段，利用具有高隔绝能力的膜，将水中的污物隔绝，在应用系统集成计算机程序、自动化、在线监测仪器仪表、加工制造等最新成果的水处理新工艺。在使用双膜法的过程中，可以确保污水处理的质量，降低含盐量，并达到企业节能减排的最终目的。因此加强双膜法在钢铁行业污水处理中的应用研究具有重要的意义。

因此，本文关注某钢铁厂废水处理系统，研究了在该系统中采用双膜法脱盐技术的应用。

2.某钢铁厂综合污水处理及回用系统现有工艺基本情况

该厂废水包括循环冷却水系统产生的废水、厂区生活污水和雨水。这些废水水质和水量都不同，但都被混合输入至污水处理厂。

在水平衡测试期间，一级总新水量为171720m3/d，各生产分厂系统主要生产用水排污水量为39418m3/d，辅助生产用水41527m3/d，附属生产用水为4820m3/d，总计排入炼铁口和工农闸污水处理水站的污水总计85765m3/d，与雨水混合后进入处理站进行处理，其中部分经处理后进行回用，还有30616m3/d的处理水经处理合格后直接排放。进入炼铁口污水处理水站的水量为总污水量的2/3，为主要处理水站。

某钢铁厂炼铁口污水处理水站设计处理水量为8000m3/h，在测试期间该污水处理站处理水量为6500m3/h左右，能够满足进入该污水处理站的污水处理要求。目前该处理水站采取的工艺为：炼铁口、焦化口总排，五米板区域排水经过粗细格栅，通过提升至调节池进行水质、水量的均衡，经过二次提升至混合配水井，通过在混合配水井中加药混合进入高效澄清池内进行絮凝沉淀，泥水分离，最后进入V型滤池进行过滤后由排水泵供五米板、宽厚板、焦烧等用水系统。污泥经过浓缩、板框压滤机压成泥饼装车外运。

某钢铁厂全厂区所有排水全部汇集至炼铁口和工农闸污水处理水站，经水站处理后部分转为中水回用，部分经处理达到一级排放标准后排放。沉淀污泥经压滤机压制成泥饼外运。炼铁口污水处理水站设计处理水量为8000m3/h，在测试期间该污水处理站处理水量为6500m3/h左右，能够满足进入该污水处理站的污水处理要求。

目前，炼铁口污水处理所采用的方法包括气浮、生化、混凝和沉淀等方法，虽然上述方法处理后的污水可以进行外排，但是随着钢铁行业对于排水的要求日益严格（悬浮物≤20mg/L、CODcr≤30mg/L、氨氮≤5mg/L、总氮≤15mg/L），同时为了实行水资源的利用，最好是能够实现废水的零排放，但由于上述处理过程没有设置除盐系统，长期运行导致设备结垢和腐蚀，无法满足废水回用需求。因此，目前炼铁口污水处理厂的处理后水主要用于绿化生产以及少量对水质要求还不高的工艺用水，部分水达标后排放（悬浮物≤20mg/L、CODcr≤30mg/L、氨氮≤5mg/L、总氮≤15mg/L），不利于企业零排水目标的实现。因此，对于污水回用的深度处理的需求也是迫在眉睫。

3.双膜法脱盐在某钢铁厂污水处理及回用中的应用研究

(1)双膜法在某钢铁厂污水处理及回用中的设计原则和思路

本项目旨在符合某钢铁厂的废水零排放要求，污水处理厂的设计采取相应措施。处理污水时，根据工业出水（总硬度≤250mg/L、电导率≤1000μS/cm、氯化物≤250mg/L）和脱盐水（总硬度≤18mg/L、电导率≤90μS/cm、氯化物≤15mg/L）的水质标准，对两种出水水质标准进行分析并确定合理的处理工艺及回用水水质，以实现废水零排放的目标。

该项目的方案要求技术先进、管理简单、操作便捷、且能够长期高效稳定运行，同时要在保证出水水质达标的前提下，尽量降低投资费用。投产后，该项目的出水水质各项主要指标及生产运行物耗和能耗指标需达到国内先进水平。

(2)双膜法在某钢铁厂污水处理及回用中的应用探讨

结合原有工艺以及深度处理工艺，同时充分考虑以下问题：

①经综合分析，对出水再采用膜处理，使其达到回用水的要求，可在该厂内部进行循环使用。

②在采用纳滤和反渗透技术之前，必须考虑采用超滤技术，以此来保证前两者的进水达到要求。

③在采用反渗透技术之前，必须考虑采用纳滤技术，以此达到反渗透的进水要求，提高产水率。

④经过处理后，出水水质达到以下要求：SS（悬浮物）≤0.3mg/L；CODcr（化学需氧量）和BOD5（生化需氧量）均为0mg/L；NH3-N（氨氮）≤1mg/L；硬度≤10mg/L；电导率≤50μS/cm。

根据现有工艺，可对于某钢铁厂炼铁口污水处理站现有污水处理系统进行改进，结构如图1所示。在原有流程的基础上增加超滤以及反渗透处理系统，以此可将最后的出水满足钢铁厂内部循环水的用水要求。

图1 炼铁口污水处理及回用示意图

结合某钢铁厂目前除盐水主要用户为热电锅炉、炼钢、炼铁、焦化、宽厚板厂，软水用户总计用水量为13634m3/d，约568m3/h，因此在进行设计时，并不需要对所有初步处理污水进行深度处理，部分初步处理污水可以直接回用，部分初步处理污水进行深度处理，结合某钢铁厂目前除盐水用量以及未来发展，某钢铁厂双膜法工艺标准设计处理水量为1000m3/h，设计规模既可以减少投资成本，又能满足生产要求。在建立深度处理系统后，可逐步替代中心除盐水站，这样可以减少四水站送中心除盐水站的净化水13990m3/d，从而降低吨钢耗水量。同时可以减少污水排放量18000m3/d，约占总排水的59%，为某钢铁厂实现“零排放”奠定基础。

引入膜处理系统的处理工艺描述如下，污水经过原有系统常规处理后，进入超滤系统，超滤系统根据设计量初步设计为五套，单套产水量为200m3/h。经过超滤系统处理后的出水进入反渗透系统进一步处理，已达到深度脱盐，反渗透系统初步设计为五套，单套产水量为150m3/h。

(3)双膜法在某钢铁厂污水处理及回用中的初步经济分析

1000m3/h方案是污水处理厂回用水采用双膜法处理工艺，将所有污水经预处理后全部进入超滤和一级反渗透装置制备成除盐水，作为热电锅炉、炼钢、炼铁、焦化、宽厚板厂软水水源进行使用。现将方案进行初步技术经济分析，如表1所示。

表1 方案初步技术经济分析

本方案项目投资7500.00万元，实际运行费用为2736.00万元/年。将全厂部分污水经过反渗透后，出水达到除盐水标准，按照除盐水结算价格8.5元/立方米，同时可节约新水13990m3/d，按照场内新水价格0.57元/立方米，同时减少排放污水量为18000m3/d，按照每吨排污费0.4元计算，项目投产后可实现产品价值约为8.5×750×24+13990×0.57+18000×0.4=16.81743万元/天，按每年300天进行计算，年收益为5045.2290万元。根据目前结算价格，本方案投产后3.2年即可收回成本，项目实现收益。

该建设项目的实施，全方位优化了该厂区的污水处理工艺，借助膜处理技术，可最大限度地减少了新水量，对厂区循环用水的结构进行了改造。该项目的建设和运行具备重要意义，能够对于该钢铁厂建设环境友好型企业做出一定的贡献。

4.结论

针对某钢铁厂炼铁口污水处理厂只采用传统常规工艺进行处理，提出对于污水回用的深度处理的双膜技术，从理论探讨了其可行性，对于1000m3/h双膜法某钢铁厂污水处理及回用系统进行了初步的技术经济分析，项目方案投资7500.00万元，实际运行费用为2736.00万元/年。将全厂部分污水经过反渗透后，出水达到除盐水标准，项目投产后可实现产品价值年收益为5045.2290万元。项目方案在投产3.2年后即可收回成本，实现收益。该项目全方位优化了该厂区的污水处理工艺，借助膜处理技术，可最大限度地减少了新水量，对厂区循环用水的结构进行了改造。