钢铁企业综合废水深度处理工艺

摘要

本发明公开一种钢铁企业综合废水深度处理工艺，解决了现有“超滤+反渗透”双膜联用工艺中普遍存在的反渗透膜容易出现有机物污染、易堵塞及清洗困难等问题，将回用废水先进行预处理，然后再进行后续的超滤及反渗透处理后出水，所述预处理工艺为将废水经管道送入多介质过滤器进行过滤以降低水中浊度和油含量。本发明工艺简单、操作简便、系统稳定、膜清洗周期长、投资和运行成本低。

权利要求

1.一种钢铁企业综合废水深度处理工艺，其特征在于，将回用废水先进行预处理，然后再进行后续的超滤及反渗透处理后出水，所述预处理工艺为将废水经管道送入多介质过滤器进行过滤以降低水中油含量和浊度，其中，所述回用废水在多介质过滤器中的滤速为

8- 10m/h，所述多介质过滤器包括底部的配水区、中部承托区和上部的滤料区，所述承托区填料为Ф3-5mm砾石，填充厚度为200－300mm；所述滤料区由上层的粗滤层和下层的细滤层构成，所述粗滤层填料为无烟煤、陶滤及活性碳中的至少一种，粒径范围为1.6-3.0mm，填充厚度400-600mm，所述细滤层填料为石英砂，其粒径范围为0.5-1.2m，填充厚度为

600-800mm，当所述回用废水中油含量小于1.0mg/L时不加絮凝剂；当所述回用废水油含量达到或超过1.0mg/L时，向进入多介质过滤器前的回用废水中投加4-5mg/L絮凝剂。

2.如权利要求1所述的钢铁企业综合废水深度处理工艺，其特征在于，所述细滤层由两层不同粒径的石英砂层构成，每层300－400mm厚，上层粒径为 0.5-0.8mm，下层粒径为

0.8-1.2mm。

3.如权利要求1所述的钢铁企业综合废水深度处理工艺，其特征在于，对所述多介质过滤器进行定期反洗，所述反洗过程依次为气洗、水气混合洗、水洗，其中，水洗强度为

3 2

8-10m/m.h,气洗压力0.07MPa。

4.如权利要求3所述的钢铁企业综合废水深度处理工艺，其特征在于，所述反洗过程中气洗时间为3－5min，水气混合洗时间为8－10min，水洗时间为8－10min。

5.如权利要求1所述的钢铁企业综合废水深度处理工艺，其特征在于，所述超滤步骤2

中膜设计通量为40-43L/m.h，反渗透步骤包括一级渗透及二级渗透，所述一级渗透膜设计

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通量为 17-20L/m.h ，二级渗透膜设计通量为 30-35L/m.h 。

说明书

钢铁企业综合废水深度处理工艺

技术领域

[0001] 本发明涉及一种废水处理工艺，具体的说是一种钢铁企业综合废水深度处理工艺。

背景技术

[0002] 由于钢铁企业有连铸、热轧、冷轧等程序单元，经由上述单元排出混合的废水具有水质波动大，含微量油且溶解固体含量高等特点，钢铁企业综合废水经排放处理(经物化法处理)回用废水油含量仍在0.8-4mg/L，COD在15-40mg/L。对于这类废水的脱盐处理，国内钢铁企业有采用“超滤+反渗透”双膜联用的工程实例，但从实际工程案例的运行效果看，由于企业对含油废水处理经验不足，对废水无预处理过程，因此普遍存在反渗透膜容易出现有机物污染、易堵塞及清洗困难等问题，主要原因是废水含有微量油和COD。超滤虽有较好的降浊效果，但因膜孔径较大，对微量油和COD截留效果差，不能满足RO膜对进水含油量、COD等指标的要求。另外，企业通常为降低工程投资，所选RO膜通量较高，从而进一步加重了膜污染的严重程度，加速膜通量衰减，使膜清洗周期逐渐变短，清洗频繁(15-30天左右)，进而造成反渗透脱盐率下降，膜组件使用寿命缩短，生产和运行成本大幅增加，影响下工序正常运行。因此必须在“超滤+反渗透”之前进行预处理以降低其油含量，同时合理选取膜工艺控制参数。目前流行的反渗透预处理工艺，主要以降浊为主，未考虑油含量和COD指标对反渗透膜的不利影响，存在问题很多。

发明内容

[0003] 本发明目的是为了解决上述技术问题，提供一种工艺简单、操作简便、系统稳定、膜清洗周期长、投资和运行成本低的钢铁企业综合废水深度处理工艺。

[0004] 本发明钢铁企业综合废水深度处理工艺为：将回用废水先进行预处理，然后再进行后续的超滤及反渗透处理后出水，所述预处理工艺为将废水经管道送入多介质过滤器进行过滤以降低水中油含量和浊度，其中，所述回用废水在多介质过滤器中的滤速为8-10m/h，所述多介质过滤器包括底部的配水区、中部承托区和上部的滤料区，所述承托区填料为Φ3-5mm砾石，填充厚度为200-300mm；所述滤料区由上层的粗滤层和下层的细滤层构成，所述粗滤层填料为无烟煤、陶滤及活性碳中的至少一种，粒径范围为1.6-3.0mm，填充厚度400-600mm，所述细滤层填料为石英砂，其粒径范围为0.5-1.2m，填充厚度为600-800mm。

[0005] 向进入多介质过滤器前的回用废水中投加4-5mg/L絮凝剂进行微絮凝。

[0006] 当所述回用废水中油含量小于1.0mg/L时不加絮凝剂；当所述回用废水油含量达到或超过1.0mg/L时，向进入多介质过滤器前的回用废水中投加4-5mg/L絮凝剂。

[0007] 所述细滤层由两层不同粒径的石英砂层构成，每层300-400mm厚，上层粒径为0.5-0.8mm，下层粒径为0.8-1.2mm。

[0008] 对所述多介质过滤器进行定期反洗，所述反洗过程依次为气洗、水气混合洗、水3 2
洗，其中，水洗强度为8-10m/m.h，气洗压力0.07MPa。

[0009] 所述反洗过程中气洗时间为3-5min，水气混合洗时间为8-10min，水洗时间为8-10min。

[0010] 所述超滤步骤中膜设计通量为40-43L/m2.h，反渗透步骤包括一级渗透及二级渗2 2
透，所述一级渗透膜设计通量为17-20L/m.h，二级渗透膜设计通量为30-35L/m.h。

[0011] 本发明所述回用废水(即钢铁企业综合废水经排放处理后的废水)水质与通常的生活污水完全不同(含油且COD高)，且由于设计的预处理工艺步骤又比较简单，因此申请人对多介质过滤器中的滤料区进行深入研究，在石英砂层的上方增设粗滤层，所述粗滤层填料可以使用无烟煤、陶滤及活性碳中的一种，且粒径应大于石英砂的细滤层，这些粗滤层的填料为多孔介质，比表面积大，吸附能高，对油和COD吸附效果好，过滤阻力小。进一步的，发明人将石英砂的粒度范围控制在0.5-1.2mm，小粒径的石英砂吸附能低，但沙粒之间孔隙小，筛滤作用好，有利于降低浊度和乳化状油，能与粗滤层很好的进行配合。进一步研究实验证明，细滤层由两层不同粒径的石英砂层构成为好，上层粒径为0.5-0.8mm，下层粒径为0.8-1.2mm，通过不同级配的石英砂层，可以很好的截留废水中的油及其它物质，除油降浊效果最为满意，同时控制各层的厚度在保证过滤效果的同时还降低了罐体的高度，减少了设备的投资。另外，由于油在水中为悬浊状态，回用废水通过多介质过滤器的滤速会对其除油效果带来很大影响，滤速过快，则石英砂除油效果急剧下降；滤速过慢，则粗滤料除油效果差，且石英砂滤料板结快，反洗效果差；因此须控制滤速在8-10m/h，特别优选为10m/h，在该滤速下工作，配合添加的粗滤层可有效提高过滤其除油、COD和浊度效果，缓解过滤器板结问题。

[0012] 所述絮凝剂可以使用例如PAC(聚合氯化铝)和/或PFS(聚合硫酸铁)等，当废水中微量油低于1.0mg/L时可以不加絮凝剂，少量的油分子可吸附在多孔滤料上，胶体物质和悬浮杂质被石英砂阻截，砂滤出水的油含量、COD和浊度即可控制在要求范围内；当废水中油含量在达到或超过1.0mg/L时，可投加少量絮凝剂，经在进入多介质过滤器前的管道内混合即能达到较好的胶体脱稳效果，再经过多介质过滤器过滤时，可有效稳定过滤器除油的效果，防止滤料板结。同时，申请人还对过滤器定期反洗过程进行了改进，过去反洗均为单一形式，如仅为水洗，或仅为气洗，或仅为水气混合洗，现改为：先进行气洗，再进行水气混合洗，最后进行水洗，并根据填粒层数和粒度设计了相应的水洗强度和气洗压力，并进一步对水洗时间进行了控制，大大改善了反洗效果，避免跑料。经预处理后，废水中浊度和油含量均可下降50％以上，过滤器反洗效果好，长期运行无滤料板结和反洗跑料现象。

[0013] 配合预处理工艺降低废水中油含量外，发明人对后续超滤及反渗透工艺的膜通量参数也进行了调整，大幅降低超滤膜和一级反应透渗透膜通量，适当提高二级反渗透的膜通量。有机物和油类物质对有机膜性能有严重影响，轻者造成膜污堵，重则使其失效；废水经过预处理后，可使油含量下降，但仍不能彻底去除，依然会对超滤膜和一级反渗透膜造成污堵，使其通量受到一定限制。但二级反渗透膜进水经一级反渗透膜处理后，含油量和含盐量均大幅度下降，因而膜通量可充分得到发挥。上述控制措施能够保证系统长期稳定运行，在处理水量和投资、运行成本之间找到一个最佳平衡点，避免过份追求膜通量而造成系统稳定性差、频繁化学清洗或膜管寿命缩短等问题，防止频繁花费巨资更换组件等问题的发生。

[0014] 有益效果：

[0015] 本发明工艺极为简单、操作简便，运行成本低，二级除盐水综合成本为2.09元/吨，通过预处理工艺能够有效降低水中各项指标，油含量小于0.8mg/l，COD含量小于20mg/l完全满足超滤工艺步骤的进水要求，可以有效改善超滤膜的产水通量，避免油污染造成的超滤膜通量快速衰减；同时超滤出水后，油含量进一步降低，油含量小于0.5mg/l，可显著延长反渗透膜的化学清洗周期(一年以上)，提高膜组件的使用寿命，可直接降低废水深度处理的回用成本，出水各项指标合格，满足回用水标准。

[0016] 说明书附图

[0017] 图1为本发明多介质过滤器结构示意图；

[0018] 图2滤速对单滤料过滤器除油效果影响(投加PAC)；

[0019] 图3滤速对单滤料过滤器除油效果影响(投加PFS)；

[0020] 图4滤速对多介质过滤器除油效果影响(投加PAC)；

[0021] 图5微絮凝对超滤膜跨膜压差的影响。

[0022] 其中，1-罐体1、2-配水区、3-承托区、4-细滤层、4.1-上层细滤层、4.2-下层细滤层、5-粗滤层、6-过滤进水口、7-过滤出水口、8-反洗进水口、9-反洗出水口、10-反洗进气口、11-排空口、12-人口、13-排气口。

具体实施方式

[0023] 以武汉钢铁(集团)公司的钢铁企业综合废水为例对本发明工艺进行进一步说明。

[0024] 多介质过滤器的结构参照图1，多介质过滤器主要包括位于罐体1内下部的配水区2、中部的承托区3和上部的滤料区，承托区3采用砾石填充，滤料区由粗滤层5和细滤层4构成，粗滤层为无烟煤、陶粒或活性碳中的任一种，细滤层4为石英砂(本实施例采用天然海砂，较人工破碎的石英砂更适于作为滤层使用)，粒径采用分层级配布置(图中示出为二层，由上自下依次为4.1、4.2，具体粒径见表1)。所述罐体1上的过滤进水口6及反洗出水口9经管道与罐体1顶部的滤粒区4上方连通，所述罐体1上的过滤出水口7、反洗进水口8、以及反洗进气口10与罐体1底部的配水区2下方连通。罐体1顶部还设有排气口13、底部设有排空口11，罐体1上还根据需要设有人口12。

[0025] 工艺方法的实施例1-3：

[0026] 将回用废水通过压力管道(根据管道中回用废水的油含量指标判断不投加或投加絮凝剂进行微絮凝)由过滤进水口6经管道送入罐体1的滤料区上方，再经由粗滤层5、上层细滤层4.1、下层细滤层4.2、承托区3层层过滤除油去浊后经由配水区2的下方的过滤出水口7流出；回用废水经多介质过滤器过滤预处理后，再进行超滤和反渗透处理。另外，常规情况下多介质过滤器需要每运行24h进行一次气、水反冲洗，反冲洗过程为：先进3 2
行气洗3-5min，然后进行水气混合洗8-10min，最后水洗8-10min，水洗强度为8-10m/m.h，气洗压力0.07MPa，反冲洗水量与过滤水量相等。本领域技术人员可根据出水要求和水质检验结果合理调整具体反冲洗周期，(各参数详见表1及表2)。

[0027] 采用实施例1-3的方法，系统稳定运行一年以上，过滤器无板结和跑料现象，RO膜组件没有进行化学清洗，水量、水质均达设计目标，也未进行更换。

[0028] 比较例：

[0029] 比较例不向回用废水中投絮凝剂，且采用单层石英砂滤料过滤器对回用废水进行预处理后，再进超滤和反渗透处理，且参照地表水确定超滤和反渗透膜通量。具体参数详见表1及表2。采用比较例的方法，过滤器板结问题突出，产水量不足，反渗透膜污染程度严重，膜通量迅速衰减，跨膜压差快速升高，最终因反渗透膜频繁化学清洗(15天一次)导致无法正常运行。

[0030] 表1：实施例1-3工艺参数列表

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[0033] 表2：各案例实际运行参数比较(运行一年时)

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[0036] 除油效果比较实验：

[0037] 在不同过滤滤速下采用微絮凝预处理工艺，比较石英砂、陶粒单介质过滤器和“陶粒、无烟煤、活性碳+石英砂”多介质过滤器对油的去除效果，采用滤柱试验装置进行试验，其结果见图2-4所示。

[0038] 从图2-4可以看出，滤速对单介质和多介质过滤器的除油效果均有明显影响，但滤速在8-10m/h范围内，多介质过滤器除油效果比较稳定。

[0039] 为了比较多介质过滤器直接过滤和微絮凝过滤的除油效果和超滤膜的跨膜压差变化情况，采用模拟中试装置进行试验，试验结果见表3和图5。

[0040] 表3微絮凝对多介质过滤器除油效果的影响(投加PAC)

[0041]

[0042] 从表3和图5可以看出，微絮凝过滤相对直接过滤而言，出水油含量要低，可明显降低超滤膜的跨膜压差。因中试时间较短，只能发现趋势，在实际运行中，两者的效果差异比中试更加明显。