首钢京唐钢铁厂综合污水处理核心工艺设计简介 9页

首钢京唐钢铁厂综合污水处理核心工艺设计简介摘　要：进入二十一世纪，能源及环保已成为当今世界可持续发展的两大主题。鉴于我国水资源日趋紧张及水污染的严重形势，污水处理及回用迫在眉睫。钢铁工业作为国民经济各行业中的用水大户，其污水的处理及回用意义尤为重要。新建的首钢京唐钢铁联合有限责任公司采用国际先进工艺装备，建设规模为年产钢坯970万t。钢材品种全部为板材产品。生产流程为原料、焦化、烧结、球团、炼铁、炼钢、连铸、热轧、冷轧的长流程生产工艺。公辅生产工艺遵循循环经济的理念，延长生产过程中水的使用周期，实施生产污水资源化。结合首钢污水治理工程的实践经验以及对新建首钢京唐钢铁厂污水水质的设计，对京唐钢铁厂生产污水采用新型、改进的沉淀、过滤的物理一化学处理工艺，对水中的油、悬浮物、硬度、碱度等有害物质进行有效去除，节约全厂工业新水耗量，提高全厂经济和环境效益。污水处理站进水经处理后最终全部回用。1概述钢铁工业作为国家的重点行业，近年来得到了飞速发展，钢铁产量已占世界总产量的三分之一。日益增长的产量，一方面较高的用水量加剧了水资源的消耗，另一方面所排放的污水对环境又造成可严重污染。“节能、减排”是我国当前的工作重点，国家发改委会同有关部门制定的《节能减排综合性工作方案》中明确规定，“2010年，单位工业增加值用水量降低30%，……‘十一五’期间实现重点行业节水31亿m³”。为适应新时期对社会经济可持续发展的要求，新建的首钢京唐钢铁联合有限责任公司，事项清洁生产和末端处理技术措施。清洁生产是指通过调整产品结构、控制废物产生源和加强生产管理，减少污染物的排放量和降低能源消耗量；末端处理是指通过对污染物技术处理，实现污染物的达标并回用。为此，京唐钢铁厂新建2座综合污水处理站，每座站生产污水平均处理能力：24000m³；日最大处理能力：30000m³。处理后的生产污水全部回用各工序。2钢铁厂生产污水的分类及特点\n2.1钢铁厂生产污水的分类钢铁厂各工序外排水按污染物性质可分为：生产排水——指循环冷却水系统、除盐水制备系统产生的浓缩污水（排污）受盐类和缓蚀剂的污染严重，需进行处理。生产废水——指钢铁厂各工序在生产运行过程中产生的废水，受工艺产品和化工药剂的污染严重，必须进行处理。2.2钢铁厂生产污水的特点结合北京首钢公司对厂区外排水质多年的监测和统计工作以及首钢公司各污水处理厂的设计及运行的实践，钢铁企业外排污水有如下特点；2.2.1排放的水量、水质变化幅度大。因受工艺产品变更、生产设备检修、生产季节变化等多种因素影响，通常各工序外排水的水量、水质每日、每时都在变化。 2.2.2排放水的污染物浓度高。受工艺生产线影响，排放水的pH值变化大，水中的SS、硬度、含盐量高，COD浓度高，如不加以处理直接排放，对环境造成严重污染。 2.2.3排放水的成分复杂，难以用单一的处理技术净化，这也是钢铁厂外排水处理难度大，处理废用高的主要原因之一。 3钢铁厂生产污水处理工艺 3.1污水处理工艺的确定分析京唐钢铁厂生产工艺外排水的水质成分，污水水质的污染因子较多。其中冷轧、焦化工序的外排水，因水中含有酚、氧化物、氨氮、油、COD、C1▔等污染物及高含盐量对处理工艺、生产系统的影响不可忽视，故该部分废水不进入综合污水处理站，分别进行有针对性的处置，处理后的废水回用料场、烧结等用户。其他工序：烧结、炼铁、炼钢、热轧等外排水，其主要污染物为SS、油、COD（主要为非溶解性）。因BOD5/COD值比较低，不适于生物法处理流程，但可通过混凝、沉淀、澄清、过滤的物化法处理工艺对以上污染物进行有效的去除。 物化法处理工艺的核心单元式混凝沉淀、过滤系统。目前国内污水处理采用的混凝反应池、沉淀池、澄清池、滤池等工艺型式多\n种多样，各有其他点，而选择适合于钢铁行业污水特性的、合理的混凝沉淀方式尤为重要。故我们从工艺的处理效果、占地、投资等方面进行综合比较，选择集反应、澄清、浓缩于一体的高效沉淀池和便于操作管理的气水反冲洗高速滤池为主要处理工艺单元。 3.2污水处理工艺流程京唐钢铁厂污水处理站接受来自烧结、炼铁、炼钢、热轧等工序排放的生产污水，设置厂区综合污水处理站2座，每座站生产污水日平均处理能力：24000m³；日最大处理能力：30000m³。生产污水通过暗管自流至污水处理站，经进水总闸板，进入预处理构筑物。污水通过粗、细格栅处理后，经调节池进入吸水井，由潜污泵提升至沉淀池，池内投加混凝剂、絮凝剂、石灰药剂，并采用机械搅拌进行混凝絮凝反应后，进入澄清沉淀区域，经沉淀分离后进入pH调节池，pH调整后进入滤池进行过滤，再通过加氯消毒后进入回用水提升水池，经泵提升上塔进行冷却后，进入原水提升水池，经提升泵加压进超滤、反渗透装置除盐后，至成品水池再由供水泵送至厂区生产-消防给水管网。沉淀池的底流污泥通过泥浆泵送至压滤机进行脱水处理，脱水后的泥饼含水率小于50%，用汽车送至环保部门制定地点填埋。除盐系统的外排浓水经泵加压供高炉水冲渣及转炉焖渣等用户。4钢铁厂生产污水处理核心工艺 4.1污水处理核心工艺设计参数 4.1.1高效沉淀池设计进水水质由于京唐钢铁厂尚未建成，故污水处理依据水源水样的分析指标并结合钢铁厂各工序水系统的设计（循环水系统浓缩倍数N=4），同时考虑到格栅、除油装置等前部处理设施的预处理作用，确定沉淀池进水水质。处理单元设计进水水质详见表1. 4.1.2高速滤池设计出水水质考虑工业污水处理的能源与环保要求，首先要满足达到常规的生产回用水的水质要求，另外，从工业污水的来水特性、处理工艺原则和使用工艺条件、设施\n的常规去除能力及回用水的使用性质出发，同时兼顾到后续深度处理的需要，确定高速滤池出水水质。处理单元设计出水水质详见表2. 4.2污水处理核心工艺描述 4.2.1高效沉淀池工艺高效沉淀池有混凝池、絮凝反应池、沉淀浓缩池等部分组成，主要采用浓缩污泥回流和斜管沉淀技术。表1高效沉淀池设计进水水质指标表以CaCO3计以CaCO3计以CaCO3计以CaCO3计以CaCO3计6.0~9.080≤200≤150≤60≤10500200330170200≤2000≤0.4≤300≤300≤40Mg/LMg/LMg/LMg/LMg/LMg/LMg/LMg/LMg/LMg/LMg/LMg/LMg/L℃PH色度SSCODCBOD5石油类总硬度暂时硬度钙硬度镁硬度总碱度含盐量总铁C1▔SD42▔温度12345678910111213141516序号污水指标项目单位指标备注表2滤池设计出水水质指标表以CaCO3计以CaCO3计6.0~9.0≤2≤1≤350≤50≤20≤0.1≤20≤15Mg/LMg/LMg/LMg/LMg/LMg/LMg/LPHSS石油类总硬度暂时硬度CODC总铁BOD5色度123456789序号污水指标项目单位指标备注\n4.2.1.1混凝化学混凝反应是整个处理系统的关键步骤。污水与投加的混凝剂在前部的混凝池中进行反应，污水中的污染物反应后形成凝聚体。在这个过程中，悬浮物、BOD或COD被大部分去除。另外在混凝池中投入石灰进行软化，以去除暂时硬度。混凝反应实现动态混凝，进水和出水的水流都控制在反应池表层。最大限度的保证回流的污泥和进水充分混合。 4.2.1.2絮凝发生在絮凝池的絮凝是一种物理机械过程。在这一过程中，物理搅拌和分子间力使絮凝体增大以利于泥水分离。在絮凝池投加离子高分子聚合物作为助凝剂可起到吸附架桥作用以强化絮凝效果。絮凝反应区由快读搅拌区域和无搅拌区域组成，快速搅拌区域由变速叶轮控制加药后混合水的搅拌速度，无搅拌区域可以促进矾花增大和密实均匀。 4.2.1.3沉淀和污泥浓缩絮凝反应后的污水进入预沉—浓缩区，大部分固体悬浮物在该区域沉淀并浓缩。沉淀部分采用斜管沉淀池，其上升速度可达12m/h左右，在这个速度下沉淀池仍可以得到良好的沉淀效果。斜管的长度为1.15m，斜管内径为50mm，他的安装倾度和水平方向呈60度。这个倾度可以保证沉淀在斜管上的污泥可以顺\n利地滑向底部而不至于挂积在斜管上。斜管的剖面是六边型而不是通常的梯形。因为对于斜管沉淀来说投大的有效沉淀面积，提高沉淀效率。污泥浓缩区底部设有带有浓缩功能的刮泥机，把剩余污泥刮入泥斗，一部分活性泥渣连续回流至混凝池，另一部分污泥定期由泵抽出送至污泥脱水设施进行处理。 4.2.1.4pH调节池上清液由集水槽系统收集，进入pH调节池，沉淀出水偏碱性，在此投加硫酸调整pH值到6.5~9之间。 4.2.2高效沉淀池主要涉及参数见表3。表3高效沉淀池主要设计参数各反应池数量及处理水量混凝池：1组，单组处理水量：1000m³/h 絮凝池：2组，单组处理水量：500m³/h沉淀池：1组，单组处理水量：500m³/h反应及控制条件根据来水自动控制各反应池搅拌器参数快速搅拌器（混凝池）排液量：6459m³/h慢速搅拌器（絮凝池）排液量：10125m³/h各反应池停留时间混凝池：2.4min絮凝池：21.7min上升流速10.9m/h排泥量每座沉淀池瞬时排放流量15m³/h，每小时排放约14分钟。排放污泥量约为168m³/d。排泥浓度含水率约为89.5%污泥成分SS产生的污泥大约为28%，其他化学污泥约为72%4.2.3高速律诗工艺 沉淀池出水进入滤池以去除残留的SS和油，满足出水指标。滤池采用高速+深层过滤技术。 4.2.3.1传统砂滤池（1m砂子，滤速6-10m/h），实验观察截污深度只在滤料表面；若增加滤料厚度对较小的滤速是没有意义的，大部分SS只停留在滤料上部，只有在滤速超过13m/h时，增加滤料厚度的优越性才能体现出来。故本设计采用滤料厚度为2m，正常滤速13.2m/h，强制滤速17.6m/h，使矾花更深地深入到过滤介质中，从而增大滞留能力，并延长过滤周期。 \n4.2.3.2沉淀池的出水重力流入滤池。进水靠滤池前闸门控制由渠道进入每格滤池，以保证在滤层上的水均匀分配，滤池出水调节阀将根据滤池的水位进行调节以保持一个恒定的过滤水位，滤料为石英砂，由预制的混凝土滤板支撑。每个滤板上安装有许多PP（聚丙烯）滤头。滤头均匀地分布在滤板上，其目的是使过滤出水均匀流出，并在反冲洗周期中使气/水分布均匀，避免短流和盲区。滤后水流入反洗清水池。为保证高速启闭和阀位精确，滤池的自动阀门和闸门（进水、滤后水、翻冲洗水、反冲洗气等）都采用气动。滤后水通过水阀门，流入滤廊下部集水井。过滤过程中，滤层的水头损失将随着截污程度不断上升，滤前水位的恒定要依靠出水阀门的实时调节来完成。 滤池设有独立功能的PLC控制室，按预设程序工作。 4.2.4高速滤池主要设计参数见表4。表4高速滤池主要设计参数滤池数量4滤池运行控制条件自动控制滤料及厚度砂滤料，厚度2m正常滤速13.2m/h强制滤速17.6m/h反洗水强度30m³/㎡，h混合冲（气/水）60m³/㎡，h水冲反洗空气强度50Nm³/㎡，h反洗时间气冲：1min混合冲（气/水）：4min水冲：6min反洗设备配备冲洗水泵710m³/h，二用一备冲洗风机：1040Nm³/h，一用一备5钢铁厂生产污水处理工艺改进 5.1污水处理站进水条件由于新建的京唐钢铁厂区采用生产污水、工业废水、生活污水、厂区雨排水\n分流制作，各种排水分质处理，这样即可为污水处理站各工艺处理单元运行专一稳定、降低维修费用，又可为保证出水水质达标提供了前期保障。 5.2改进污水处理工艺设施 5.2.1对沉淀池进行如下改进： 5.2.1.1增加油及浮渣撇除设施，提高出水水质； 5.2.1.2原污泥循环及排放泵采用公用设置，鉴于污泥循环泵及排放泵的性能工况不同，两种泵分别单独设置。 5.2.1.3增加一些有利于水力条件的配件。如进水处的导流板、搅拌器下方的十字版等，确保更好的水力条件。在此基础上取消了原来的后混凝及回流污泥投加的絮凝剂，这样不仅减少了药剂用量，并且更有利于后续膜法的深度处理。 5.2.2对滤池进行如下改进： 5.2.2.1最初设计的滤池、滤料厚度一般为1m。在实际运行中，我们发现其滤料厚度不能满足截污的要求，而且滤池运行周期较短，反洗比较频繁。因此，在京唐钢铁厂生产污水处理设计中，我们加大滤池的滤层厚度（2m），选择合适的滤料，使矾花更深地渗入过滤介质中，从而增大截污能力（截污深度可达滤料厚度的70%以上），并延长过滤周期。使滤池的长长滤速可达到15-20m/h。 5.2.2.2采用更好的反冲洗强度（混合冲强度30m/h；水冲强度60m/h；气冲强度50Nm/h），确保滤料的彻底清洗。在反洗时不需表面扫洗。 5.2.2.3滤池设于室内，减少了由于阳光照射滋生藻类的影响。 5.2.2.4较高的滤速使滤池的占地面积较小，节约了投资。5.2.2.5较高的滤速可达到深层过滤，增减了过滤周期。同时高速过滤不会产生短流和滤层负压，出水水质更加稳定。 6结语综上所述，钢铁厂的生产污水采用物化法处理工艺是可行的，经过改进后的处理工艺其出水水质可达到设计效果。随着社会的不断发展，在将来的设计中应充分理论联系实际，结合生产运行中存在的问题，对物化法处理工艺不断完善，使之达到更好地满足用户需求。大型钢铁厂综合污水处理系统是一项复杂的课题，必须采取综合性的处理方法和技术措施。新建的京唐钢铁厂为了摆脱受水资源短缺制约的困境，采取了如下节水，减排技术设计；\n（1）最大限度地实现工艺用水和冲洗用水的减量化，提高各工序循环冷却水浓缩倍数、减少补充新水量和排污水量；（2）最大限度地进行污水处理回用并提高水重复利用率；（3）提高污水的深度处理率，为实现废水“零”排放和：节能、减排：做出贡献。