冶金行业水处理工艺设计及应用事项

  我国是个缺水的国家，随着社会经济的发展，城市规模和数量迅速扩大，水资源短缺的局面也日趋严峻。国家提出发展低碳循环经济的目标，冶金行业作为用水大户，应该在生产过程中建立中水回用系统，使中水成为城市绿化、道路浇水、生活杂用、锅炉补给和工业冷却等主要水源。某公司是以钽铌为主，集采、选、冶、深加工一体综合发展的冶金企业。公司拟建一套中水回用设施，主要用于锅炉用水和冷却用水。设计产水量为25m3/h，进水为污水处理站达标排放的废水，水质要求见表1。

1.工艺流程及设备选型

  根据冶金废水特点以及处理后达到锅炉用水和冷却用水对水质、水量的要求，采用“预处理系统+反渗透系统+EDI系统”组合的工艺处理该种废水。

  工艺流程示意如下：原水池+原水泵+多介质过滤器+活性炭过滤器+软化过滤器+保安过滤器+高压泵+1级反渗透装置+中间水箱+2级高压泵+2级反渗透装置+纯水箱+供水泵+EDI装置+超纯水箱

  该处理工艺与传统工艺相比独特之处在于精处理系统采用了EDI装置。EDI（电去离子）是一种将离子交换技术、离子交换膜技术和离子电迁移技术相结合的纯水制造技术。EDI系统主要是在直流电场的作用下,通过隔板的水中电介质离子发生定向移动，利用交换膜对离子的选择透过作用来对水质进行提纯的一种科学的水处理技术。它具有无需酸碱再生，操作连续、简单等优点。已在制备中水的系统中逐步代替混床作为精处理设备使用。

  EDI装置与传统混床技术相比，具有以下先进性：

  （1）出水水质具有最佳的稳定度；

  （2）模块化生产，并可实现全自动控制；

  （3）不需酸碱再生，无污水排放；

  （4）不会因再生而停机；

  （5）无需再生设备和化学药品储运；

  （6）设备结构紧凑，占地面积小；

  （7）运行成本和维修成本低；

  （8）适应恶劣环境的工业化设计。

1.1预处理系统

  预处理系统包括原水池、原水泵、多介质过滤器、活性炭过滤器、软化过滤器等。原水泵用于对原水箱内的水进行提升，以满足后级过滤器及反渗透高压泵的进水压力，采用立式多级离心泵，多介质过滤器在工艺中主要用于去除水中的悬浮物和胶体。过滤器设计流速为12-15m/h，过滤器内装砾石承托层、石英砂及无烟煤多种介质及粒径的滤料，上层无烟煤，下层石英砂，垫层为砾石层，该过滤器上层为无烟煤滤料，粒径较大，下层为石英砂滤料，粒径较小，因此该过滤器较其它过滤器具有更大的载污空间，且具有多个过滤介面，接近理想过滤器，具有截污能力强，产水量大等特点。

  活性炭过滤器在工艺中主要吸附水中的有机物、余氯及部分铁、锰。活性炭过滤器设计流速为12～15m/h，过滤器内设多种粒径的石英砂垫层及具有很强吸附能力的101渗银灭菌型活性炭，由于该活性炭渗银，可抑制水中微生物的生升及繁殖，以免反渗透膜元件受有机物的污染。软化过滤器是采用离子交换法，把硬水变为软水。当硬水经过软化器内特选纳型树脂时，水中钙镁会被纳型树脂吸收而稀放出纳离子，再用饱和盐水再生可反复使用。

  保安过滤器选用滤芯精度为5um，在工艺中主要用于截留前置管道，设备中可能泄漏的机械杂质或破裂的活性炭颗粒，以防前级过滤器泄漏的机械杂质损坏及阻塞RO膜元件。

1.2反渗透系统

  反渗透系统包括二级反渗透装置、高压泵、清洗系统和阻垢剂加药装置。反渗透是一种以高于渗透压的压力作为推动力，利用选择性膜只能透过水而不能透过溶质的选择透过性，从水体中提取淡水的膜分离过程。膜元件由反渗透膜导流布和中心管等制作而成，将多根RO膜元件装入玻璃钢耐压容器内，组成RO组件。经反渗透处理后的出水，去除了绝大部分无机盐、几乎所有的有机物和微生物，从而确保了本系统产品水的高质量、高品质。

  反渗透清洗系统由清洗水箱、清洗水泵和清洗过滤器组成，在系统中主要用于反渗装置膜元件的清洗，当反渗透装置运行流量或压力下降10%时应配套相应的药剂进行清洗，反渗透装置的清洗为分段清洗。阻垢剂加药装置包括机械隔膜计量泵和溶药箱，用于确保反渗透浓水侧不发生结垢现象。

1.3EDI系统

  EDI系统包括供水泵和EDI装置。供水泵为EDI装置提供动力，采用立式多级离心泵2台，一备一用，EDI装置的核心部件为EDI模块，其设计参数是保证EDI装置整体运行性能的关键。板框式EDI模块简称板式模块，它的内部部件为板结框工结构，主要由阳、阴电极板板、极框、离子交换膜、淡水隔板、浓水隔板及端板等部件按一定的顺序组装而成。

2.工艺设计及注意事项

  （1）系统主体件均选用进口材料，性能安全、可靠。

  （2）通过调节中水的物理化学状况，采用多介质过滤器、活性炭过滤器、软化过滤器组合工艺，有效地对废水进行初步的处理。

  （3）阻垢剂加药装置使进水郎格里尔指数在＜2.8以下，确保反渗透浓水侧不发生结垢现象。

  （4）反渗透主体设备选用美国公司生产的高脱盐率、低压BW30-400-8040芳香族聚酰胺膜元件，该膜元件属节能型低压膜，是世界上最先进的卷式RO膜元件，具有结构紧凑，产水量大，脱盐率高，操作压力低，耐细菌侵蚀性好，适用PH范围广的优点。

  （5）EDI模块采用进口模块，具有稳定度强、精度高，体积小、重量轻、功耗低等特点。

  （6）系统采用集中控制方式，PLC微机控制，液晶显示屏显示，设备运行、监视等常数设置等具有清晰的工艺流程画面，动态显示运行常数及水质变化情况。

3.结论

  （1）采用预处理+二级反渗透+EDI装置组合工艺在冶金行业中水回用技术上完全可靠。

  （2）对冶金工业废水的回收利用，可减少废水的排放量，并可使废水资源化，是实现水资源可持续利用的有效途径之一，可以促进低碳循环型产业发展。

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