摘要：以湖北某鋼鐵廠綜合廢水處理提標改造項目為例，分析了廢水處理不達標及超標排放的原因，并根據水質特點選擇了格柵+隔油沉砂池+平流沉淀池+接觸氧化池+高效沉淀池+V型濾池+超濾+兩級反滲透的提標改造處理工藝。廢水經過深度處理后，新水耗量明顯減少，出水水質達到《工業循環冷卻水處理設計規范》(GB50050—2017)的再生水水質要求，并可提供脫鹽水。實踐表明，該工藝路線選擇合理，運行穩定可靠，可為同類鋼廠綜合廢水提質改造提供參考。

　　關鍵詞：鋼鐵工業廢水;接觸氧化;深度處理;濕地公園

　　鋼鐵企業是用水大戶，需要消耗大量新水[1]。目前國內噸鋼新水耗量一般為2.3~5m3，國際先進水平在2.5m3以內。湖北某鋼鐵廠年產鋼鐵約520×104t，新水耗量約4.5m3/t，全廠實際水回用率僅為90%左右，均有較大提升空間。該廠各車間排放的廢水最終匯至綜合廢水站統一處理后回用。由于廢水站設備老化、V型濾池無法正常運行，導致處理效果不好，回用受到限制。

　　為控制全廠水系統中污染物及鹽含量，需要外排廢水1.5×104m3/d，且外排水經常有超標現象，不滿足環保與企業發展要求。為解決以上問題，該廠對綜合廢水站進行提質改造，分析存在的問題，挖掘現有設施處理潛力、增加脫鹽設施等處理功能;提高廢水站出水水質，替代新水;控制水中鹽分富集，最終成功實現減少新水耗量、提高回用率、防止廢水超標排放等目標。經過提標改造后，噸鋼新水耗量由4.5m3/t降到3m3/t以內，新水耗量由原來2670m³/h降至約1800m³/h，噸鋼新水耗量水平降低約32.58%。

　　1項目概況

　　該廠綜合廢水處理站二期工程建于2008年，設計規模為6000m3/h。綜合廢水處理站來水包括各主要生產車間生產廢水及生活污水、部分雨水等，懸浮物、硬度及鹽類含量較高[2]，水質及水量變化較大。原采用混凝、沉淀、過濾的傳統處理工藝，由于建成年限較長，部分處理設施老化失修，特別是V型濾池配水配氣不均勻，跑砂嚴重，無法正常投入使用，導致處理效果較差，回用受到限制;外排水量較大，取新水量較大。

　　現有廢水站出水SS超過10mg/L，沒有達到《城鎮污水處理廠污染物排放標準》(GB18918-2002)的一級A標準。另外，出水COD及氨氮接近排放標準限值，在提高回用率和減少外排后有超標風險，需要強化對COD及氨氮的去除;出水硬度及含鹽量偏高，限制再生回用，需要將部分廢水進行脫鹽和除硬處理。

　　針對廢水處理站的現狀和存在的問題，主要采取如下改造措施：增加接觸氧化池等處理單元[3]，確保出水COD、氨氮達標;改造恢復V型濾池功能[4-5]，保證出水SS達標;增加除鹽系統，對部分出水進行除鹽處理，控制廢水中的鹽分及硬度;廢水經過除鹽后可提供給熱電廠、熱力廠等作為除鹽水補給水源，減少新水消耗及廢水外排，實現廢水的循環回用。

　　2提標改造工藝流程

　　根據廢水站實際情況和出水要求，生產廢水和生活污水通過粗格柵、細格柵攔截漂浮物后重力流入隔油沉砂池，在隔油沉砂池去除浮油、大顆粒砂粒后進入初沉池。綜合廢水進入初沉池進一步去除懸浮物，然后進入接觸氧化池，通過生化作用去除有機污染物、氨氮等[6]，接觸氧化池由原有的一組初沉池改造而來。接觸氧化池出水經軸流泵提升后進入高效沉淀池，通過投加絮凝劑和石灰去除懸浮物、降低暫時硬度。高效沉淀池出水進入V型濾池，進一步去除懸浮物，濾池出水進入紫外消毒渠，經消毒后進入循環水池，成為凈化水。循環水池凈化水有各車間凈化水回用、濕地公園補水、超濾反滲透系統回用三個用途。

　　其中，各車間凈化水回用主要作為軋鋼、煉鋼等車間循環冷卻及沖洗水;公園的循環補充水依次進入氧化塘、水平潛流濕地、垂直潛流濕地、景觀水池等完成凈化;凈化水進入超濾原水池，再經過自清洗過濾器處理后進入超濾裝置，超濾裝置產水進入超濾產水池，作為一級反滲透裝置的進水;一級反滲透裝置產水進入除鹽水用戶供水池，除鹽水送至廠區除鹽水用水點回用[7-8]，一級反滲透濃水進入濃水反滲透進行再次脫鹽處理，濃水反滲透除鹽水送入循環水池同凈化水勾兌后，供給凈化水回用戶。

　　濃水反滲透所產生的濃鹽水外送至焦化深度處理系統進一步處置。工藝流程中僅有沉砂池、接觸氧化池、超濾及反滲透裝置、濕地公園為新建處理單元，其余均為利舊改造。反滲透膜的選擇透過性，使得某些溶質在膜面附近發生積聚，從而發生膜污堵現象。常見的污堵有生物污堵、膠體污堵、金屬氫氧化物、化學結垢等，表現為脫鹽率下降，以及產水量下降，需要根據污堵情況定期進行化學清洗。

　　在鋼鐵廢水中，常容易造成反滲透膜堵塞的主要原因包括：硬度、COD及硅、鐵含量等[9-10]。根據類似鋼鐵廢水處理中反滲透的運行情況，進水總硬度(CaCO3)在200mg/L以內時，反滲透膜正常化學清洗頻率為1~2次/a，當硬度在1000mg/L以內時，清洗頻率為3~4次/a;硬度在1000mg/L以上時，清洗頻率明顯提高，阻垢劑使用量明顯加大。該工程采用一級反滲透濃水進濃水反滲透處理，一級反滲透出水濃縮約4倍，需將一級反滲透進水硬度控制在250mg/L以內，以保證濃水反滲透不至于過于頻繁化學清洗。

　　該項目采用的抗污染膜反滲透一般要求進水COD不高于50mg/L，膜清洗頻率和COD存在一定正相關性，但不是絕對的正相關[11]，超濾等預處理考慮COD去除率為50%，則為保證濃水反滲透進水COD<50mg/L，按一級反滲透濃縮4倍考慮，宜保證一級反滲透進水COD<12.5mg/L，超濾進水COD<25mg/L。

　　根據該項目反滲透系統近8個月的運行情況，一級反滲透化學清洗可控制在2次/a以內，濃水反滲透則可控制在4次/a以內。經過此次改造后，新水耗量減至1800m³/h，新水取自長江水，該段平均進水溶解固體(TDS)為130~280mg/L，廢水循環TDS為700mg/L，廢水中鹽含量增加主要是新水蒸發所致，廢水濃縮約3倍，因此廢水除鹽水量達到600m³/h可滿足鹽平衡�？紤]該廠除鹽系統檢修、其余分廠對除鹽水耗量預期增加以及預留一定安全余量等因素，按780m³/h規模進行廢水脫鹽系統設計。

　　3主要建(構)筑物及設備改造

　�、俪醭脸卦�初沉池共4座，每座分2格;原設計處理規模為6000m³/h，單池尺寸32m×47m，深4.0m，有效水深3.5m，設吸泥機8臺，設備轉矩16.35m，輪距3m，排泥泵Q=20m3/h，N=7.5kW。改造后設計規模為4200m³/h，由于原設計參數較保守，通過計算，現有2座即可滿足初沉池設計停留時間及表面負荷要求，通過對現狀2#、3#初沉池設備進行更換，對原初沉池出水堰進行改造，改善水力條件，可提高初沉池的沉淀效率。將現狀1#初沉池改為接觸氧化池，4#初沉池設備拆除后進行回填，作為綜合廢水處理站的景觀綠化用地。

　　②接觸氧化池接觸氧化池主要去除COD、BOD5、氨氮等污染物。接觸氧化池由現狀1#初沉池改造而成，設計處理規模為4200m3/h，水力停留時間為1h。原初沉池尺寸47m×32m×4m，改造內容主要是在水池內安裝填料，進行生物掛膜;安裝曝氣裝置，提供溶解氧和防止污泥沉積;進水側底部增加布水花墻，出水側增加集水區，保證填料均勻布水。

　　實際安裝組合填料約1800m3，填料填充比42.86%，填料直徑150mm，比表面積1236m2/m³，填料通過不銹鋼絲進行懸掛，不銹鋼絲通過化學螺栓等固定于池壁，填料底部安裝微孔曝氣管，微孔曝氣管長1m，管徑65mm，總計1500根，安裝空氣懸浮曝氣風機5臺，4用1備，單臺Q=80m3/min，△P=50kPa，N=83kW，變頻控制，最大曝氣比為4.6:1。接觸氧化池改造完成后，經過連續20d自然掛膜成功，通過進水花墻配水，保證均勻布水，出水采用集水渠，恒水位運行，由于停留時間較短、水池面積較小，設計單位面積曝氣強度可達到12.76m³/m2。

　　另外由于進水溶解氧為0.5~2mg/L，近期進水情況下，曝氣風機運行2臺即可滿足供氧和攪拌需要。經預處理超濾一級反滲透濃水反滲透全廠廢水濃鹽水水鹽濃除鹽水濕地公園4000t/h循環水池4200t/h140t/h780t/h焦化深度處理60t/h高爐沖渣36t/h焦化自用24t/h凈化水供各車間回用3360t/h除鹽水至鍋爐、高爐等780t/h580t/h凈化水200t/h4340t/h遠期分鹽(未建)過約1個月的連續進水后，氨氮去除率可穩定達到80%左右，COD去除率可達到30%~40%，滿足設計要求。主要缺點是水深偏淺，停留時間偏短。③高效沉淀池高效沉淀池6組，原單組處理規模為1000m³/h，改造后單組處理規模為734.5m³/h，本次改造后設計處理規模為4200m3/h，表面負荷為6.28m³/(m2ˑh)，滿足要求。

　　前混凝攪拌機2套，推流式，D=950mm，n=65r/min，N=15kW;絮凝攪拌器及導流桶，6臺，變頻，推流式，D=2500mm，n=21r/min，N=15kW;后絮凝攪拌器2臺，推流式，D=950mm，n=65r/min，N=15kW;濃縮攪拌機6臺，D=13.6m，H=70kPa，n=0.1r/min，N=2.2kW;污泥回流及排泥泵12臺，Q=100m3/h，H=250kPa，N=11kW。

　�、躒型濾池V型濾池6格，單格面積135m2，總面積810m2，原單格處理能力為1000m³/h，改造后單格能力為717m³/h;本次改造后設計處理規模為4200m3/h，濾速5.2m/h，氣沖強度14.5L/(sˑm2)，氣水同時沖洗時水沖強度2.0L/(sˑm2)，單獨水沖洗強度4.9L/(sˑm2)。濾池反洗泵3臺，Q=1200m3/h，H=150kPa，N=75kW。

　　主要改造內容和措施如下：a.將濾板改造為整體現澆濾板。濾板采用整體澆制，預埋ABS工程塑料預埋座，上層配雙向、下層配單向優質螺紋鋼筋，鋼筋與現有水池結合處進行植筋，確保澆筑后的濾板和現有池體完整結合，采用C30商品混凝土水泥澆筑搗實澆制。濾板水平誤差在±5mm以內。濾板表面確保無氣泡，沒有蜂窩麻面。

　　濾頭預埋件需預埋準確，無倒錯、歪斜和遺漏現象。預埋件內無堵塞，保證濾頭扭緊。濾板與濾頭的接縫的密封措施必須嚴密、可靠，不得漏氣漏水。每格濾板應在模板中一次澆筑成形。所選用的振搗設備和振搗時間應確保振搗工作正常進行，不損壞模具內的預埋件和鋼筋或造成混凝土結構的開裂，倒入混凝土后，濾板應保持平整。b.改造配水配氣系統，使得濾池配水配氣均勻。

　　包括封堵原有配水配氣口、重新開配水配氣口、濾梁重新找平及恢復平衡孔、對所有V型槽調平，并在槽內安裝不銹鋼V型槽，保證反洗時均勻掃水、集水渠新增不銹鋼擋砂板，減少反洗時濾料流失。c.更換濾池板結的濾料。采用石英砂均質濾料，承托層石英砂粒徑2~4mm，厚100mm;過濾層石英砂粒徑0.95~1.35mm，厚1.2m。改造完成后反洗效果良好，運行穩定，出水SS大幅降至5mg/L左右，出水濁度降至2NTU以內，達到設計要求。

　　⑤超濾超濾裝置能夠去除水中的懸浮物、膠體、微生物以及大分子有機物，出水濁度≤0.2NTU、SDI15≤3，滿足反滲透的進水要求。超濾共4套，單套產水能力198m3/h，膜通量60L/(m2ˑh)，回收率≥90%。超濾前面設置自清洗過濾器[12]濾除大顆粒污染物，對超濾膜起保護作用，過濾精度200μm，全自動運行，利用定時或壓差控制自行進行反洗。超濾給水泵4臺，變頻，Q=225m3/h，H=320kPa，N=30kW，超濾反洗泵4臺，變頻，Q=300m3/h，H=200kPa，N=22kW。

　　⑥一級反滲透一級反滲透裝置主要通過膜對水中的鹽類與水進行分離。一級反滲透裝置共4套，單套產水能力145m3/h，膜通量21L/(m2ˑh)，回收率75%，脫鹽率≥98%。一級反滲透給水泵4臺，Q=220m3/h，H=300kPa，N=30kW;反滲透高壓泵4臺，變頻，Q=195m3/h，H=1.2MPa，N=110kW。 ⑦濃水反滲透濃水反滲透裝置是一級反滲透濃水的脫鹽裝置，對一級反滲透濃水進一步濃縮，減少濃水量，提高系統回收率。濃水反滲透裝置共2套，單套產水能力68m3/h，膜通量18L/(m2ˑh)，回收率70%，脫鹽率≥98%。

　　濃水反滲透給水泵4臺，Q=100m3/h，H=300kPa，N=15kW，反滲透高壓泵2臺，變頻，Q=97m3/h，H=1.6MPa，N=75kW。⑧濕地公園濕地公園設計處理能力200m³/h，處理水依次進入氧化塘、水平潛流人工濕地、垂直潛流人工濕地和景觀水池[13]，濕地公園出水COD、BOD5、氨氮等主要指標可達到地表水Ⅲ類水標準(總氮除外)。濕地公園人工濕地總面積12000m2，氧化塘停留時間24h，濕地公園總停留容積可達40000m³，可作為事故應急水池使用。濕地公園是該廠環境改善和水質提標的亮點。

　　4處理效果及運行成本

　　4.1處理效果

　　該廢水處理站自2019年底改造完成投運以來運行穩定，對進水SS、TDS、COD、氨氮及硬度等均具有較好的去除效果。

　　4.2運行成本

　　廢水回用設計流量按4000m³/h考慮，實際運行時，噸水電耗0.47kWˑh/m³，電價0.62元/(kWˑh);投加PAM2mg/L，PAM單價24000元/t;投加PAC30mg/L，PAC單價2000元/t;投加石灰150mg/L，石灰單價1200元/t;投加鹽酸25mg/L，鹽酸單價1000元/t。該廢水站定員9人，人工費6萬元/(人ˑa)，凈化水部分電費0.29元/m3、藥劑費0.28元/m3、人工費0.37元/m3，合計0.94元/m3。按照同種方式計算除鹽水系統運行成本，經過運行統計數據，電費0.62元/m3，藥劑費0.35元/m3，人工費0.30元/m3，合計直接運行成本1.27元/m3。

　　鋼鐵化工論文： 選礦廢水處理技術的研究進展

　　5結語

　�、僭摴こ谈脑煸O計在分析原系統實際處理效果基礎上，挖掘改造潛力，充分利用原處理設施，增加深度除鹽和濕地凈化系統，提高凈化水水質，控制凈化水中鹽含量，提供深度凈化的除鹽水。②將V型濾池原傳統濾板更換為整體現澆濾板，具有施工快、整體性好、接口牢固、氣密性好等優點，濾池經過改造后運行效果良好。③接觸氧化法可用于處理鋼鐵行業COD濃度較低的綜合廢水，在停留時間較短的情況下，處理效果明顯，調試及運行管理簡單，可有效保證后續反滲透工藝正常運行，降低反滲透濃鹽水處理難度。

　�、軐嶋H運行表明，鋼鐵綜合廢水中膠體物質及溶解鹽等雜質含量較高，容易堵塞轉刷式自清洗過濾器濾網，造成清洗頻繁，在滿足超濾膜進水要求前提下，盡量選擇較大濾網孔徑，孔徑不宜小于200μm。⑤采用格柵+隔油沉砂池+平流沉淀池+接觸氧化池+高效沉淀池+V型濾池+超濾+兩級反滲透處理工藝處理鋼鐵綜合廢水，處理效果好，運行成本低，明顯減少了廠區新水耗量，有效控制超標外排，是目前鋼鐵廢水提標改造較經濟合理的工藝。廢水進入人工濕地凈化，對COD、氨氮及總氮等均有一定的去除效果，可起到凈化水質和美化環境的雙重作用，對于污染較重的鋼鐵行業的環保治理具有較大借鑒意義。

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　　作者：郭榮華，吳寅，尹玲煥，楊珊珊，韓海霞