浙江丽水松阳某厚壁不锈钢管厂废水深度处理系统工程设计

浙江丽水松阳厚壁不锈钢管厂中央污水处理站的出水由于含盐量、钙硬度及氯离子浓度偏高,不能大规模直接回用于生产和消防。工程采用“预处理-超滤-反渗透”工艺处理出水,达到回用标准,近期建设规模为2.5m3/d,反渗透浓水经“超滤-纳滤”工艺处理进一步回收产水,纳滤产生的超浓水经深度处理最终达标排放,废水总回收利用率可达85%,大大减少企业用水量,实现水资源的循环利用。

1工程概况

浙江丽水松阳厚壁不锈钢管厂位于浙江省浙江丽水松阳市北仑区,占地2.33 km2,距离市区38 km,目前年产热轧卷4×106 t,包括碳素结构钢、低合金结构钢、汽车结构用钢、优质中高碳钢、冷成型用钢、电工钢、耐候钢等100余个钢种牌号。

目前该厚壁不锈钢管厂生产和消防用水由再生水、生产回用水等按一定比例配制而成。其中再生水来自某污水处理厂,为有偿使用;生产回用水则为经中央污水处理站处理(采用混合反应沉淀工艺)后的生产废水。中央污水处理站出水含盐量、钙硬度及氯离子等指标偏高,且夏季水温较高,不能全部回用,大量出水直接排海,一方面造成资源浪费,另一方面大量有偿使用再生水,经济性较差。为提高生产回用水使用量,本工程以中央污水处理站出水为原水进行处理,处理水可直接回用于生产和消防,回收利用率可达85%,在减少水资源浪费的同时削减污染物的排放,符合目前国家倡导的循环经济、清洁生产的总体发展方针。结合中央处理站出水情况,本项目总规模为3.6m3/d,分两期建设,本工程为一期工程,建设规模为2.5m3/d,建设用地面积为5 516 m2

2设计进、出水水质

21设计进水水质

本工程进水(即中央污水处理站出水)水质指标如表1所示。

22设计出水水质

根据业主对厚壁不锈钢管厂用水水质的要求,本工程原水经“预处理-超滤-反渗透”工艺处理后产水回用于生产和消防,设计产水水质如表2所示。反渗透产生的浓水经“预处理-超滤-纳滤”工艺处理后,产水送至厂区消防水池,回用于消防及对水质要求较低的生产环节,水质达到生产消防用水标准,如表3所示。纳滤产生的超浓水经深度处理,最终水质达到《钢铁工业水污染物排放标准》(GB 134562012)后排放,主要水质指标如表4所示。

3工艺流程

本工程的处理对象主要有中央污水处理站出水、反渗透浓水、纳滤超浓水以及污泥,主要涉及工艺流程如下。

(1)中央污水处理站出水:降温冷却+板式格栅+浸没式超滤+一级反渗透,产水分别进入清水池和生产消防水池;浸没式超滤反洗水:高密度沉淀池+多介质过滤器,处理后回到超滤系统;本系统设计规模为25 000 m3/d

(2)反渗透浓水:软化澄清池+臭氧接触池+两级硝化/反硝化滤池+多介质过滤器+外压式超滤+纳滤,产水用于消防;本系统设计规模为7 500 m3/d

(3)纳滤超浓水:鸟粪石(MAP)沉淀+Fenton氧化+臭氧催化氧化+曝气生物碳池(BAC)+出水池(折点加氯),处理达标排放;本系统设计规模为3 800 m3/d

(4)系统产生的污泥经储泥池暂存后送往厚壁不锈钢管厂现有污泥沉淀池,利用现有污泥处理设施处理后外运。

4工艺设计

本污水深度处理系统由降温冷却单元、浸没式超滤单元、一级反渗透单元、反渗透浓水处理单元、纳滤单元、纳滤超浓水处理单元以及辅助单元等七个部分组成。

41降温冷却单元

降温冷却单元采用玻璃钢方形逆流式冷却塔,主要是将废水的温度由40℃降到32℃以下。

42超滤单元

采用浸没式超滤单元作为一级反渗透的预处理。浸没式超滤单元包括板式格栅、浸没式超滤膜、超滤产水池、集水池、高密度沉淀池和多介质过滤器。系统利用浸没式超滤膜(膜孔径0.020.04μm)去除废水中的悬浮物、浊度和部分COD等,确保出水的SDI(污泥密度指数)不大于3,浊度不大于0.1 NTUTSS不大于1 mg/L,以保证后续反渗透处理单元的稳定运行。

为提高系统的回收率,浸没式超滤排污采用集水池收集,经过高密度沉淀池加药沉淀和多介质过滤器过滤处理,去除大部分SS和部分COD后,回到超滤进水端重新处理,使超滤的回收率达到近100%

43一级反渗透单元

一级反渗透单元主要包括反渗透膜组件及附属设施,主要对废水进行脱盐处理。反渗透单元的产水率按70%设计,设计产清水量为17 500 m3/d,其中8 000 m3/d至厂区清水池直接回用生产,9 500 m3/d与后续纳滤产水混合后至生产消防水池回用。反渗透浓水约7 500 m3/d(包括反渗透冲洗废水)至后续浓水处理单元进一步处理。

44反渗透浓水处理单元

反渗透浓水处理单元包括软化澄清池、臭氧接触池、两级硝化反硝化滤池等。软化澄清池通过投加氢氧化钠、纯碱等药剂,去除废水中Ca2+Mg2+等离子,减小其对后续纳滤膜的污堵,同时去除部分CODSS。臭氧接触池通过释放臭氧,分解废水中的难降解COD,提高废水的可生化性。两级硝化/反硝化滤池主要去除废水中COD、氨氮和总氮等污染物,尽可能降低污染物浓度,减轻后续纳滤处理单元的压力,设置乙酸钠投加系统,反硝化碳源不足时作为补充。

45纳滤处理单元

纳滤处理单元包括多介质过滤器、外压式超滤、中间水池、纳滤膜装置和纳滤产水池等。

“多介质过滤器+外压式超滤”作为纳滤膜工艺的预处理单元,保证纳滤系统的正常运行。项目用地非常有限,故采用占地小的外压式超滤膜组件。纳滤膜组件主要用于分离废水中盐类物质。纳滤装置设计产水率为70%,产清水4 577 m3/d,用于生产消防。纳滤超浓水与外压式超滤反洗排水合并进入超浓水处理单元,设计水量为3 800 m3/d

46纳滤超浓水处理单元

纳滤超浓水处理单元主要降低超浓水中TDS、电导率、C1-、氨氮等指标。系统主要包括MAP沉淀、Fenton氧化、臭氧催化氧化、曝气生物碳(BAC)池、折点加氯池、BAC反洗排水池等,处理后外排水达到GB 1345620123中的直接排放标准。MAP单元在超浓水氨氮浓度较高、生物脱氮能力不足时,以化学沉淀方式去除氨氮。Fenton氧化单元主要去除超浓水中大部分难降解有机物。臭氧催化氧化池考虑在超浓水氯离子浓度较高,可能对Fenton处理效果造成影响时,强化去除废水中难降解COD。部分难降解大分子有机物在两级高级氧化后转化为可生化降解小分子有机物,BAC通过活性炭吸附和生物降解联合作用,保证出水稳定达标。在最终外排水池设置折点加氯,投加次氯酸钠,保证出水氨氮稳定达标。

47辅助单元

辅助单元包括装置排水收集系统、化学加药系统、臭氧制备系统、储泥池、综合用房等。

5主要处理构筑物设计

51预处理及超滤反洗水系统

该系统包括浸没式超滤预处理单元(降温冷却水池、板式格栅等)、浸没式超滤产水池、浸没式超滤反洗水处理单元(高密度沉淀池及其产水池、多介质过滤器Ⅰ)、厂区排水收集单元(集水池和中和水池)和外压式超滤单元(外压式超滤原水池、自清洗过滤器、外压式超滤膜组件、超滤清洗系统,用于纳滤装置前的预处理)

根据用地情况,将降温冷却水池、板式格栅、高密度沉淀池及其产水池、超滤产水池等合建,采用钢砼结构,尺寸为18.8 m×14.1 m×6.0 m,玻璃钢逆流式冷却塔置于池顶,配套中压冲洗水泵、高压冲洗水泵、多介质过滤器进水泵。将厂区排水收集单元、多介质过滤器Ⅰ和外压式超滤单元合建,设置组合池,组合池尺寸为17.4 m×16.6 m×4.8 m,配套水池提升泵、外压式超滤膜组、自清洗过滤器等。

52膜车间

膜车间内设浸没式超滤、一级反渗透、纳滤系统及其配套加药、反洗等设备。膜车间平面尺寸为

24 m×31.74 m×11.5 m,设置两层。

浸没式超滤系统设置于膜车间一层,超滤膜总面积为9 180 m2,单个膜架尺寸为3 825 mm×1 300 mm×2 825 mmPTFE膜,浸没槽单格尺寸为7 500 mm×4 790 mm×3 600 mm,每池5个膜架,膜池近期4格,预留远期2格。

一级反渗透系统设置于二层,采用美国陶氏抗污染复合膜,型号为BW 30FR-400/34i,装置数量为4套,以3618的配置方式排列,处理规模为210m3/(h·套),产水回收率不小于70%,配套供水泵、保安过滤器、高压泵以及低压冲洗泵等。纳滤系统设置于二层,采用美国陶氏抗污染膜,型号为NF 90400/34i,装置数量为2套,以169的配置方式排列,处理规模为85 m3/(h·套),产水回收率不小于70%,配套供水泵、保安过滤器、高压泵等。

53反渗透浓水处理系统

反渗透浓水处理系统包括软化澄清池、臭氧接触池、两级硝化反硝化滤池、多介质过滤器Ⅱ等,多池合建,平面尺寸为32.8 m×25.2 m,池深812.5 m。软化澄清池尺寸为13.5 m×10.0 m×8.0 m。混合反应区停留时间为24 min,沉淀区表面负荷为3.98 m3/(m2·h)。反应区投加氢氧化钠和碳酸钠,设计投加量分别为450 mg/L800 mg/L,配套加药、絮凝搅拌机、刮泥机、斜管填料等。臭氧接触池尺寸为14.2 m×13.5 m×8 m,有效水深6.8 m。臭氧接触时间为3 h,臭氧投加量按50 mg/L设计,配套钛曝气盘、臭氧尾气破坏器等。两级硝化-反硝化滤池尺寸为32.0 m×10.6 m×11.5 m,其中过滤部分总尺寸为32.0 m×7.0 m,均分为6格,单格尺寸为5.0 m×7.0 m,配套滤料、曝气风机、反冲洗水泵、反冲洗风机等。

多介质过滤器Ⅱ作为外压式超滤膜组的预处理单元,设置5套,直径为3 500 mm,滤料为无烟煤-石英砂-磁铁矿。

54纳滤超浓水处理系统

纳滤超浓水处理系统包括MAP池、Fenton氧化池、臭氧催化氧化池、曝气生物碳池(BAC)、折点加氯池、BAC反洗排水池、污泥池、设备间等部分。多池合建,平面尺寸为31.95 m×22.65 m,池深为67 m

MAP反应池分4格,分别投加氯化镁、磷酸氢二钠、氢氧化钠、PAM溶液,沉淀部分尺寸为8.0 m×8.0 m×6.5 m,沉淀池内设置斜管填料。Fenton处理单元包括Fenton水池、Fenton膨胀床反应器及泵组。Fenton反应器采用钢结构,配套进水泵、循环泵及絮凝搅拌机。

臭氧催化氧化池接触时间为2.7 h,臭氧投加量按120 mg/L设计,尺寸为8.1 m×10.2 m×7.0 m,配套钛板臭氧曝气盘、尾气破坏器以及呼吸阀。曝气生物碳池BAC设置2格,单格尺寸为5.0 m×5.0 m×6.0 m,空床上升流速为3.17 m/h,活性炭滤床为煤质柱状活性炭2.5 m,配套鼓风机、反冲洗泵、滤板、滤头、单孔膜空气扩散器等。折点加氯池设计有效氯投加量为25 mg/L,尺寸为8.0 m×5.0 m×6.0 m,水力停留时间为1.2 h,出水由280 m3/h的排海泵排放。

55辅助生产系统

551加药间及臭氧发生器间

加药间及臭氧发生器间共两层,平面尺寸为15.0 m×14.5 m。一层为加药设备间,层高为6 m,主要配备PACPAM以及FeSO4储存及加药设备。二层为臭氧发生器间,层高为5 m,配备臭氧发生器、板式换热器等。双氧水、乙酸钠、氢氧化钠等储药及加药设备设置于室外。

552储泥池

储泥池用于暂存污水深度处理系统产生的污泥,由泵送至现有污泥处理单元。储泥池尺寸为5.6 m×

6 m×5.5 m,配套潜水搅拌机、污泥螺杆泵等。

553综合用房

综合用房包含中控室、储药间、化验室、机修间、会议室及办公室。综合用房尺寸为27.24 m×

24 m×12.2 m

6实际运行效果

项目建成后稳定运行,分析近一年(20173月~20183)的系统运行情况,各单元进、出水指标数据分析如下:本工程采用冷却塔进水、排海出水(超浓水出水)水质作为系统进、出水水质监测对象,系统实际进、出水水质主要指标如表5所示,一级反渗透产水水质指标如表6所示,纳滤产水水质指标如表7所示。

7结语

浙江丽水松阳厚壁不锈钢管厂废水经中央污水处理站处理后,出水经“预处理-超滤-反渗透”工艺处理回用于钢铁生产和厂区消防,反渗透浓水经“预处理-超滤-纳滤”工艺再处理后进一步回用于厂区消防及水质要求较低的生产环节,纳滤超浓水经最终处理达标后排放。

本污水处理工程用地位于厚壁不锈钢管厂厂区内,总用地面积为5 516 m2。工程建设总投资约为9 120.79万元,项目运行单位处理水量总成本约为2.90/t,其中电费约为0.360.42/t,药耗约为0.50.6/t

在长期运行中,建议根据进水水质高低及生产消防用水量变化,利用组合工艺各单元运行的灵活性,增减相应功能区,以进一步降低处理成本。工程的实施对改善东海流域的水环境污染有积极的促进作用,同时提高了水资源利用率,大大减少企业的用水量,实现水资源的循环利用。

文章作者:不锈钢管|304不锈钢无缝管|316L不锈钢厚壁管|不锈钢小管|大口径不锈钢管|不锈钢换热管

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