冷轧厂废水回用处理方案设计
2015-07-13 10:13 分类：技术应用 来源：中国污水处理工程网
我国资源总量丰富，但人均占有量稀缺。资源与环境容量的有限性决定了必须牢固树立可持续的科学发展观，而清洁生产提供了一条有效的资源环境管理之路。通过使用清洁的能源和原材料、采用先进的工艺技术和装备、改善管理、实行综合利用等，不仅可以从源头上大大削减污染的产生和排放，也可以有效提高资源的利用效率。
天津某冷轧厂主要产品为冷轧薄板，厂区原有污水处理站处理规模为40 m3/h，根据需要扩大生产后，废水总量提升至45 m3/h，由于原废水处理站处于满负荷运行，增加水量后，导致出水水质不稳定。根据该厂生产情况，将脱脂车间所产生的部分清洗水(约5 m3/h)单独通过物化处理工艺后回用于厂内循环水系统作为补充用水，这样既可以节约水资源，实现企业的清洁生产，又能减轻原废水处理站的运行负荷，实现处理出水的稳定达标。根据《工业循环冷却水处理设计规范》，其设计进出水水质如 表 1 所示。
1 工艺流程
需处理的废水主要来源于脱脂工序的水刷洗及水漂洗段。冷轧钢卷先后经过碱浸洗、碱刷洗、电解槽、水刷洗、水漂洗。最后阶段的水刷洗及水漂洗所用水为脱盐水，根据生产工艺可知，在进行水刷洗及水漂洗以前，冷轧钢卷表面上存有油物、铁粉以及碱类物质。因此经过多次水刷洗及水漂洗后的废水中主要含有石油类、铁粉(1 μm)。另外，因脱盐水被蒸汽加热到70~80 ℃后方进入到水刷洗和水漂洗工序，因此产生的废水温度达到70 ℃。
废水中的1 μm 铁粉可考虑用微滤法去除。中空纤维膜微滤系统具有以下特点：(1)具有高抗污染的聚偏氟乙烯(PVDF)膜材料，耐氧化，易清洗，使用寿命长;(2)对原水水质要求低，产水水质高;(3)系统控制自动化程度高，操作简单，可有效减轻劳动强度;(4)结构紧凑，占地面积小，适用于各种规模的水处理;(5)设备投资和运行费用低廉。
此废水中的油质量浓度为30 mg/L，而中空纤维膜微滤系统要求进水油质量浓度在5 mg/L 以下，因此在中空纤维膜微滤系统前应设置除油预处理装置。常规的除油装置有气浮除油、过滤器除油。气浮除油无法将油质量浓度降至5 mg/L 以下。而核桃壳过滤器作为一种新型的含油污水处理装置，具有吸附能力强、化学性质稳定、强度高、耐磨性好的特点，采用两级核桃壳过滤器进行预处理，能保证处理出水油质量浓度≤5 mg/L，且其采用滤后水反冲洗，无需气源，运行成本低。核桃壳过滤器滤料耐油性好，无需更换，每年只需补充10%即可。
另外，由于此废水温度达到70 ℃，而中空纤维膜微滤系统的进水温度要求低于40 ℃，因此，需要增加一降温处理设备。根据进出水水温要求，选择高温冷却塔设备〔1〕。
由此，确定采用高温冷却塔+两级核桃壳过滤器预处理+中空纤维膜微滤系统的处理工艺，废水处理工艺流程如图 1 所示。
图 1 废水处理工艺流程
2 处理设施及设备
厂区内可使用的空间有限，因此本设计充分利用原有的设施及设备，以节省占地面积，减少投资。
2.1 调节池
调节池利用原有构筑物，为混凝土结构。调节池具有均衡水质、调节水量的作用。待处理废水自流进入调节池，调节池有效容积约为12.2 m3，工艺尺寸为3.3 m×1.0 m×4.0 m，停留时间为2.5 h。
2.2 高温冷却塔
高温冷却塔为玻璃钢结构，工艺尺寸为D 1.1 m× 3.0 m。废水经调节池由提升泵(Q=6.3 m3/h，H=20 m)提升至高温冷却塔，废水温度可由70 °C 降至30~ 35 °C，保证后续处理的正常进行〔2, 3〕。
2.3 中间水池
中间水池为碳钢结构，有效水深为1.8 m，工艺尺寸为1.0 m×1.0 m×2.0 m。废水由高温冷却塔降至 35 °C 以下后，进入中间水池。
2.4 两级核桃壳过滤器
核桃壳过滤器为碳钢结构，工艺尺寸为D 0.6 m× 2.6 m。提升泵将中间水池废水提升至核桃壳过滤器。该过滤器可去除废水中大部分的油类物质，使油质量浓度降至5 mg/L 以下。采用2 个核桃壳过滤器串联运行，附属设备为1 台反冲洗泵(Q=8 m3/h，H= 15 m)，2 台提升泵(Q=6.3 m3/h，H=32 m)〔4〕。
2.5 微滤系统
经预处理除油后的废水进入微滤系统的循环槽中，循环进入中空纤维膜微滤系统。中空纤维膜膜孔径为0.2 μm。该系统可将废水中的1 μm 铁粉截留下来，使废水SS 大大降低。
2.5.1 微滤设备
单根中空纤维膜膜通量为2 m3/h，采用3 根膜，处理能力为6 m3/h。
2.5.2 附属设备
加药系统：包括2 台计量泵，2 个加药箱。循环罐和药洗罐： 有效容积均为1.0 m3，PE 结构。反洗罐：有效容积为0.5 m3，PE 结构。其他附属设备：包括1 台反冲洗泵(Q=8 m3/h，H=15 m)，1 台空压机(Q=15 L/h，P=0.6 MPa)，1 个空气储罐(V=500 L)， 1 台循环泵(Q=15 m3/h，H=15 m)。
2.6 清水池
废水经中空纤维膜微滤系统处理后，达到回用标准，进入清水池。清水池利用原有构筑物，有效容积为2.2 m3。具体参见http://www.dowater.com更多相关技术文档。
3 运行效果
根据厂区用水特点，系统处理水量夏季为4.5~ 5.0 m3/h，冬季为4.0~4.5 m3/h。本系统运行效果如表 2 所示。
4 经济分析
根据厂区内可利用的有限空间，工程占地面积仅为15 m2，总投资约为60 万元。电费为0.77 元/m3，废水处理药剂费主要是中空纤维膜反冲洗用药等，为0.10 元/m3，人工费为0.83 元/m3，维修折旧费为 0.76 元/m3，总运行费用为2.46 元/m3。目前，天津市工业用水水费为7.50 元/m3，运行时间按300 d/a 计，则投资回收期为3.31 a。
5 结论
针对该厂废水排放情况及水质特点，对部分废水采用了高温冷却塔+两级核桃壳过滤器预处理+ 中空纤维膜微滤系统的处理工艺。运行结果表明，该工艺技术可靠，运行稳定，既可以节约水资源，实现企业的清洁生产，又能减轻原废水处理站的运行负荷，实现处理出水的稳定达标。
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天津某冷轧厂主要产品为冷轧薄板，厂区原有污水处理站处理规模为40 m3/h，根据需要扩大生产后，废水总量提升至45 m3/h，由于原废水处理站处于满负荷运行，增加水量后，导致出水水质不稳定。根据该厂生产情况，将脱脂车间所产生的部分清洗水(约5 m3/h)单独通过物化处理工艺后回用于厂内循环水系统作为补充用水，这样既可以节约水资源，实现企业的清洁生产，又能减轻原废水处理站的运行负荷，实现处理出水的稳定达标。根据《工业循环冷却水处理设计规范》，其设计进出水水质如 表 1 所示。
1 工艺流程
需处理的废水主要来源于脱脂工序的水刷洗及水漂洗段。冷轧钢卷先后经过碱浸洗、碱刷洗、电解槽、水刷洗、水漂洗。最后阶段的水刷洗及水漂洗所用水为脱盐水，根据生产工艺可知，在进行水刷洗及水漂洗以前，冷轧钢卷表面上存有油物、铁粉以及碱类物质。因此经过多次水刷洗及水漂洗后的废水中主要含有石油类、铁粉(1 μm)。另外，因脱盐水被蒸汽加热到70~80 ℃后方进入到水刷洗和水漂洗工序，因此产生的废水温度达到70 ℃。
废水中的1 μm 铁粉可考虑用微滤法去除。中空纤维膜微滤系统具有以下特点：(1)具有高抗污染的聚偏氟乙烯(PVDF)膜材料，耐氧化，易清洗，使用寿命长;(2)对原水水质要求低，产水水质高;(3)系统控制自动化程度高，操作简单，可有效减轻劳动强度;(4)结构紧凑，占地面积小，适用于各种规模的水处理;(5)设备投资和运行费用低廉。
此废水中的油质量浓度为30 mg/L，而中空纤维膜微滤系统要求进水油质量浓度在5 mg/L 以下，因此在中空纤维膜微滤系统前应设置除油预处理装置。常规的除油装置有气浮除油、过滤器除油。气浮除油无法将油质量浓度降至5 mg/L 以下。而核桃壳过滤器作为一种新型的含油污水处理装置，具有吸附能力强、化学性质稳定、强度高、耐磨性好的特点，采用两级核桃壳过滤器进行预处理，能保证处理出水油质量浓度≤5 mg/L，且其采用滤后水反冲洗，无需气源，运行成本低。核桃壳过滤器滤料耐油性好，无需更换，每年只需补充10%即可。
另外，由于此废水温度达到70 ℃，而中空纤维膜微滤系统的进水温度要求低于40 ℃，因此，需要增加一降温处理设备。根据进出水水温要求，选择高温冷却塔设备〔1〕。
由此，确定采用高温冷却塔+两级核桃壳过滤器预处理+中空纤维膜微滤系统的处理工艺，废水处理工艺流程如图 1 所示。
图 1 废水处理工艺流程
2 处理设施及设备
厂区内可使用的空间有限，因此本设计充分利用原有的设施及设备，以节省占地面积，减少投资。
2.1 调节池
调节池利用原有构筑物，为混凝土结构。调节池具有均衡水质、调节水量的作用。待处理废水自流进入调节池，调节池有效容积约为12.2 m3，工艺尺寸为3.3 m×1.0 m×4.0 m，停留时间为2.5 h。
2.2 高温冷却塔
高温冷却塔为玻璃钢结构，工艺尺寸为D 1.1 m× 3.0 m。废水经调节池由提升泵(Q=6.3 m3/h，H=20 m)提升至高温冷却塔，废水温度可由70 °C 降至30~ 35 °C，保证后续处理的正常进行〔2, 3〕。
2.3 中间水池
中间水池为碳钢结构，有效水深为1.8 m，工艺尺寸为1.0 m×1.0 m×2.0 m。废水由高温冷却塔降至 35 °C 以下后，进入中间水池。
2.4 两级核桃壳过滤器
核桃壳过滤器为碳钢结构，工艺尺寸为D 0.6 m× 2.6 m。提升泵将中间水池废水提升至核桃壳过滤器。该过滤器可去除废水中大部分的油类物质，使油质量浓度降至5 mg/L 以下。采用2 个核桃壳过滤器串联运行，附属设备为1 台反冲洗泵(Q=8 m3/h，H= 15 m)，2 台提升泵(Q=6.3 m3/h，H=32 m)〔4〕。
2.5 微滤系统
经预处理除油后的废水进入微滤系统的循环槽中，循环进入中空纤维膜微滤系统。中空纤维膜膜孔径为0.2 μm。该系统可将废水中的1 μm 铁粉截留下来，使废水SS 大大降低。
2.5.1 微滤设备
单根中空纤维膜膜通量为2 m3/h，采用3 根膜，处理能力为6 m3/h。
2.5.2 附属设备
加药系统：包括2 台计量泵，2 个加药箱。循环罐和药洗罐： 有效容积均为1.0 m3，PE 结构。反洗罐：有效容积为0.5 m3，PE 结构。其他附属设备：包括1 台反冲洗泵(Q=8 m3/h，H=15 m)，1 台空压机(Q=15 L/h，P=0.6 MPa)，1 个空气储罐(V=500 L)， 1 台循环泵(Q=15 m3/h，H=15 m)。
2.6 清水池
废水经中空纤维膜微滤系统处理后，达到回用标准，进入清水池。清水池利用原有构筑物，有效容积为2.2 m3。具体参见http://www.dowater.com更多相关技术文档。
3 运行效果
根据厂区用水特点，系统处理水量夏季为4.5~ 5.0 m3/h，冬季为4.0~4.5 m3/h。本系统运行效果如表 2 所示。
4 经济分析
根据厂区内可利用的有限空间，工程占地面积仅为15 m2，总投资约为60 万元。电费为0.77 元/m3，废水处理药剂费主要是中空纤维膜反冲洗用药等，为0.10 元/m3，人工费为0.83 元/m3，维修折旧费为 0.76 元/m3，总运行费用为2.46 元/m3。目前，天津市工业用水水费为7.50 元/m3，运行时间按300 d/a 计，则投资回收期为3.31 a。
5 结论
针对该厂废水排放情况及水质特点，对部分废水采用了高温冷却塔+两级核桃壳过滤器预处理+ 中空纤维膜微滤系统的处理工艺。运行结果表明，该工艺技术可靠，运行稳定，既可以节约水资源，实现企业的清洁生产，又能减轻原废水处理站的运行负荷，实现处理出水的稳定达标。
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