钢铁业高含盐水处理与利用工程探讨范文

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[摘要]针对钢铁业高含盐水的水质特点，采用“纤维球过滤器+反渗透”工艺对高含盐水进行二次脱盐处理，处理后产生的二次高含盐水用于高炉冲渣、炼钢焖渣。该工艺为积极开发高含盐水处理与资源化工艺，对于有效解决高含盐水排放问题，实现节能减排具有重要的现实意义。

[关键词]高含盐水利用；纤维球过滤器；反渗透；钢铁废水

1前言

钢铁行业是我国的一项基础工业产业，同时也是耗水与排污大户。随着钢铁产能的逐年扩增，生产用水剧增与水资源短缺、环保要求不断升级之间的矛盾日益突出。近年来，各大钢铁企业积极开展废水回收再利用工作，在污水循环利用、缓解企业用水与保护环境方面取得了明显成效。但是，距离污水“零排放”的先进水平还存在较大差距。在污水处理、中水回用深度处理末端，仍有30%左右的高含盐水由于缺乏技术手段无法利用而外排。随着国家对环境保护的要求日益提高，高含盐水处理及回收再利用已经成为业内关注的一个焦点问题。根据国家节能减排政策的要求，迁钢公司以企业实际生产状况，提出对高含盐水减量化，以中水深度处理产生的高含盐水为水源，建设一套高含盐水二次脱盐的水处理装置，产生的除盐水用于工业生产，减量后的二次高含盐水用于高炉冲渣和炼钢焖渣，实现了迁钢公司高含盐水全部回收再利用。

2高含盐水处理工艺流程

该工艺以中水深度处理产生的一级高含盐水作为原水水源，其主要污染物为油、化学需氧量（COD）、硬度、碱度、盐类、菌类等。针对此高含盐水的特点，采用“纤维球过滤器+反渗透”工艺进行处理，一级高含盐水首先通过纤维球过滤器供水泵进入纤维球过滤器，在进入纤维球过滤器前投加氧化性杀菌剂，对原水中菌类进行杀菌处理，高含盐水通过纤维球过滤器进入反渗透供水池，经纤维球过滤器处理后的废水通过供水泵、保安过滤器、高压泵进入反渗透系统进行二次脱盐，产生的除盐水进入公司除盐水管网供生产使用，减量后的二级高含盐水送入公司高炉冲渣、炼钢焖渣系统再利用。

3工艺主要设施

迁钢公司高含盐水二次脱盐工程工艺主要设施包括预处理系统、加药系统和二级反渗透系统三部分。为节省投资，纤维球过滤器与原中水深度处理站内的多介质过滤器共用反洗水泵，二级反渗透冲洗水泵与一级反渗透冲洗水泵共用，压缩空气系统接自本公司压缩空气管网系统。

3.1预处理系统

根据目前膜处理工艺的运行情况来看，进一步降低水中油和COD的含量，对于反渗透系统的正常运行至关重要。因此，好的预处理系统是反渗透系统稳定运行的有力保障。超滤系统从理论上可以拦截油和COD，但从实际运行情况来看，大部分的COD物质和油都能穿透有机高分子超滤膜，超滤不能有效去除COD和油。迁钢公司根据中试结果，最终确定选用纤维球过滤器作为二级反渗透系统的预处理系统。

3.1.1一级高含盐水池

一级高含盐水池1座，采用混凝土结构，内壁做防腐处理，有效容积为400m3。水池用于贮存进入本系统的原水，其作用是为了调节进水水量、水质的变化，能够有效减缓水量不均、浓度不均所带来的冲击，保证后续处理连续、稳定地运行。

3.1.2纤维球过滤器

本系统共设置4台φ5000mm纤维球过滤器，单台处理水量135m3/h，滤速为6.88m/h。纤维球过滤器可以有效去除水中的悬浮固体（SS）、COD及油，有效降低反渗透膜的污染负荷，从而降低反渗透膜的化学清洗频率，减少运行费用。

3.2二级反渗透系统

3.2.1二级反渗透供水池

二级反渗透供水池1座，采用混凝土结构，内壁做防腐处理，有效容积为400m3。用于贮存纤维球过滤器的出水，调节进水流量的变化，防止进水波动影响到系统运行，保证反渗透系统的进水量及进水水质的稳定。

3.2.2反渗透保安过滤器

反渗透保安过滤器3台，采用耐腐蚀的SS316L不锈钢材质外壳。其作用是截留纤维球过滤器出水带来的大于5μm的颗粒，防止预处理系统中未能完全去除或新产生的悬浮颗粒进入反渗透系统，保护高压泵和反渗透膜组件。预处理系统中未能完全去除或新产生的悬浮颗粒经高压泵加速后可能击穿反渗透膜组件，造成大量漏盐，同时划伤高压泵的叶轮。3.2.3二级反渗透装置本系统共设置3套反渗透装置。二级反渗透装置是高含盐水处理的核心装置，反渗透系统利用反渗透膜的特性来除去水中绝大部分可溶性盐分、胶体、有机物及微生物[1]。反渗透系统运行的好坏，一方面取决于预处理系统的好坏，另一方面是反渗透膜的选择。本系统根据中试，在同等条件下，对几种反渗透膜运行数据进行了对比，最终选择了日本日东电工海德能生产的电中性低压低污染反渗透膜LFC3-LD型膜。该膜膜表面的电荷呈现中性，并且导入亲水性官能团，几乎不受表面活性剂等电荷物质吸附的影响。LFC3-LD反渗透膜采用了31mil专利给水隔网，进一步提高了膜元件的抗污染能力，可以更好地应用于废水再利用系统[2]。

3.3加药系统

3.3.1次氯酸钠加药装置

由于一级反渗透高含盐水中含有一定量的有机物、微生物，而有机物、微生物的污染会造成反渗透膜的严重污堵，因此，该系统在纤维球过滤器的进水设置杀菌加药系统，投加2×10-9～3×10-9的次氯酸钠，其有效氯浓度为8%～12%。

3.3.2加酸装置

因一级反渗透高含盐水pH值较高，在反渗透系统提高回收率情况下即使添加阻垢剂，反渗透浓水侧还会有结垢产生，故设置一套调整pH加酸设备，降低反渗透进水pH值。设置方式为计量泵与反渗透系统一一对应，投加点设在反渗透系统保安过滤器前面。

3.3.3阻垢剂加药装置

阻垢剂加药装置的作用是在经过预处理后的原水进入反渗透系统之前，加入高效率的专用阻垢剂，可以提高水中难溶物质的饱和度，以防止反渗透浓水侧产生结垢。设置方式为计量泵与反渗透系统一一对应。

3.3.4还原剂加药装置

NaHSO3的作用是还原前面处理工艺中存在的余氯，以防止氧化剂导致反渗透膜脱盐率下降。设置方式为计量泵与反渗透系统一一对应。

3.3.5非氧化杀菌剂加药装置

非氧化杀菌剂对微生物细胞具有极强的穿透能力，并对微生物的细胞组织产生分解破坏作用。对细菌、真菌、藻类等微生物有极强的杀灭和抑制作用。本系统设置1台加药箱，2台计量泵。

3.3.6加碱装置

因反渗透产水为酸性，公司各用户要求除盐水为碱性，因此，需在反渗透产水总管投加氢氧化钠对产水pH值进行调节。

4反渗透膜运行状况

该项目于2014年1月初正式投入运行，处理效果明显，运行稳定，达到了设计要求。反渗透系统运行中，进水压力为6.5～12Bar，一段、二段压差在2.5Bar以下，产水流量、浓水流量均稳定保持不变，回收率平稳保持在50%，产水电导率保持在50μs/cm以下，脱盐率不低于97%。反渗透系统清洗周期保持在1～1.5个月。

5工程投资及运行费用

5.1工程投资

工程总投资合计1994.21万元，其中建筑费用、设备费用与安装费用合计为1846.23万元，设计费用与调试费用及其他费用共147.98万元。

5.2运行成本分析

人工费：4人，每人每月5600元，合计746.67元/d。药剂消耗费：每天加次氯酸钠86.4kg，合114元/d；每天加盐酸125.5kg，合37.7元/d；每天加阻垢剂43.5kg，合2447.3元/d；每天加还原剂41.9kg，合1144.3元/d；每天加NaOH125.5kg，合354元/d。合计4097.3元/d。每天设备耗电量13032kW•h，电费价格0.49元/kW•h，耗电费用为13032×0.49=6385.68元/d。直接运行费用：只考虑人工费、药剂和能耗。不计折旧，运行费用为：人工费+药剂消耗费+能耗费=11230元/d，按每年360天算，合计404.28万元/年。

6结论

首钢迁钢公司采用“纤维球过滤器+反渗透”工艺对高含盐水进行二次脱盐，实现了浓盐水的减量化，根据公司生产工艺，减量后的二级高含盐水全部用于高炉冲渣和炼钢焖渣，实现了废水资源循环再利用。这对钢铁行业实现污水“零排放”或“趋零排放”具有重大的示范意义，为解决水资源短缺问题提供了一种新的解决方案。

参考文献:

[1]周正立.反渗透水处理应用技术及膜水处理剂[M].北京：化学工业出版社，2005.

[2]日本电工美国海德能公司.反渗透和纳滤膜产品技术手册[Z].2011.

作者:段小冰  单位:北京首钢股份有限公司能源环保部