申请日2017.01.22
公开(公告)日2017.09.08
IPC分类号C02F9/04
摘要
本实用新型提供一种钢铁企业废水处理和再利用的装置，包括格栅、调节池、絮凝及配水构筑物、高密度沉淀池、储泥池、V型滤池、芬顿氧化反应罐、反应沉淀罐、多介质过滤装置、CMF装置、活性炭过滤装置、反渗透装置和反渗透产品水水池。努力克服传统处理工艺有机物难降解、治理成本高、难度大、效率低等缺点，实现了钢铁工业废水的回收再利用，废水处理率达到100%，处理后废水的循环利用率达到100%，生产水复用率为98.1%，实现了以城市中水作为生产补水的唯一水源，不再与市民争夺地下水资源，具有独特的循环经济优势。从长远的角度分析，采用此工艺，不仅可以减少废水的处理费用，而且实现了废水处理的高效性和经济性。
摘要附图
权利要求书
1.一种钢铁企业废水处理和再利用的装置，包括格栅、调节池、絮凝及配水构筑物、高密度沉淀池、储泥池、V型滤池、芬顿氧化反应罐、反应沉淀罐、多介质过滤装置、CMF装置、活性炭过滤装置、反渗透装置和反渗透产品水水池;其特征在于：所述格栅的进水端通过进水泵与废水出口相连，所述格栅的排水端通过第一加压泵与所述调节池的进水口相连，在所述调节池内设置有潜水搅拌器，所述调节池的排水口通过潜水提升泵与所述絮凝及配水构筑物的进水口相连，在所述絮凝及配水构筑物的顶端分别设置有投药口和石灰投料口，药剂罐通过管路与所述投药口相连通，第一石灰罐通过管路与所述石灰投料口相连通;
所述高密度沉淀池包括混凝池、絮凝池和斜板沉淀池，所述絮凝及配水构筑物的排水口与所述混凝池的进水口相连，在所述混凝池的顶端通过管路与第一混凝剂罐相连，所述混凝池的排水口与所述絮凝池的进水口通过絮凝管路相连，在所述絮凝管路上设置有投加池，在所述絮凝池内设置有导流筒和搅拌机，所述絮凝池的排水口通过循环泵与所述斜板沉淀池相连，所述斜板沉淀池的淤泥排出口和所述储泥池相连，所述斜板沉淀池的排水口和所述V型滤池的进水口相连;
所述V型滤池通过管路分别与第二混凝剂、第二石灰罐、絮凝剂罐、碳酸钠罐相连，所述V型滤池的排水口和所述芬顿氧化罐的进水口相连，所述芬顿氧化罐通过管路分别与硫酸亚铁加药罐和双氧水加药罐相连，所述芬顿氧化罐的排水口和所述反应沉淀罐的进水口相连，所述反应沉淀罐通过管路分别与氯化钙加药罐、PAC加药罐和PAM加药罐相连，所述反应沉淀罐的淤泥排出口与所述储泥池相连，所述反应沉淀罐的排水口与所述多介质过滤设备的进水口相连;
所述多介质过滤设备的排水口通过第二加压泵与所述CMF装置的进水口相连，所述CMF装置的排水口与所述活性炭过滤装置的进水口相连，所述活性炭过滤装置的排水口通过通过给水泵与保安过滤器的进水口相连，所述保安过滤器的排水口通过给水高压泵与所述反渗透装置的进水口相连，所述反渗透装置的排水口与所述反渗透产品水水池的进水口相连。
2.根据权利要求1所述的一种钢铁企业废水处理和再利用的装置，其特征在于：所述反渗透产品水水池的第一排水口与软化水池的进水口相连。
3.根据权利要求1所述的一种钢铁企业废水处理和再利用的装置，其特征在于：所述反渗透产品水水池的第二排水口通过混床给水泵与混床的进水口相连，所述混床的出水口与除盐水池的进水口相连。
4.根据权利要求1所述的一种钢铁企业废水处理和再利用的装置，其特征在于：所述V型滤池的调节出水口通过管路与所述调节池的调节入水口相连。
说明书
一种钢铁企业废水处理和再利用的装置
技术领域
本实用新型属于工业处理废水的环保技术领域，更加具体的说，对于钢铁工业伴生铁离子、油脂类物质、固体杂质等废弃物及污泥等而言，一种工业废水回收再利用的处理装置。
背景技术
目前可用于钢铁工业废水处理主要方法分类如下：
钢铁工业废水处理工艺主要有絮凝沉淀法、生物降解法、活性沉淀法、电解处理和离子交换法。近年来，废水“零排放”在工业领域日渐频繁地被提及,也成为各行业在规划审查中的重要指标。随着研究的进展，国内开始广泛实施使用膜分离法，通过双模法处理污水运行成本低，效益高，容易管理，不给环境造成二次污染，处理废水可以回收利用，实现零排放。
主要工艺介绍
(一)高密度沉淀池：高密度沉淀池由混凝池、投加池、絮凝池和斜板沉淀池组成。如图1所示，各反应器单元功能介绍：
1、混凝池：混凝剂投加在原水中，在快速搅拌器的作用下同污水中悬浮物快速混合，通过中和颗粒表面的负电荷使颗粒“脱稳”，形成小的絮体然后进入絮凝池。同时原水中的磷和混凝剂反应形成磷酸盐达到化学除磷的目的。
2、投加池：微砂和混凝形成的小絮体在快速搅拌器的作用快速混合，并以微砂为核心形成密度更大、更重的絮体，以利于在沉淀池中的快速沉淀。
3、絮凝池：絮凝剂促使进入的小絮体通过吸附、电性中和和相互间的架桥作用形成更大的絮体，慢速搅拌器的作用既使药剂和絮体能够充分混合又不会破坏已形成的大絮体。
4、斜板沉淀池:絮凝后出水进入沉淀池的斜板底部，然后向上流至上部集水区，颗粒和絮体沉淀在斜板的表面上并在重力作用下下滑。较高的上升流速和斜板60°的倾斜可以形成一个连续自刮的过程，使絮体不会积累在斜板上。微砂随污泥沿斜板表面下滑 并沉淀在沉淀池底部，然后循环泵把微砂和污泥输送到水力分离器中，在离心力的作用下，微砂和污泥进行分离：微砂从下层流出直接回到投加池中，污泥从上层流溢出，然后通过重力流流向污泥处理系统。沉淀后的水由分布在斜板沉淀池顶部的不锈钢集水槽收集、排放。
高密度沉淀池技术特点：
1、解决了配水不均、单池处理水量受限制，水流流向等问题。
2、低速配水不会破坏已经形成的矾花颗粒，保持了完整性。
3、改善了流量分配，提高了沉淀速度，降低了水量损失，消除了传统的“配水槽”常出现的矾花衰变问题。
(二)V型滤池：V型滤池是快滤池的一种形式，因为其进水槽形状呈V字形而得名。主要由过滤过程和反冲洗过程组成。各反应器单元功能介绍：
1、过滤过程：待滤水由进水总渠经进水阀和方孔后，溢过堰口再经侧孔进入被待滤水淹没的V型槽，分别经槽底均匀的配水孔和V型槽堰进入滤池，被均质滤料滤层过滤的滤后水经长柄滤头流入底部空间，由方孔汇入气水分配管渠，在经管廊中的水封井、出水堰、清水渠流入清水池。
2、反冲洗过程：关闭进水阀，但有一部分进水仍从两侧常开的方孔流入滤池，由V型槽一侧流向排水渠一侧，形成表面扫洗。而后开启排水阀将池面水从排水槽中排出直至滤池水面与V型槽顶相平，反冲洗过程常采用“气冲→气水同时反冲→水冲”三步。气冲打开进气阀，开启供气设备，空气经气水分配渠的上部小孔均匀进入滤池底部，由长柄滤头喷出，将滤料表面杂质擦洗下来并悬浮于水中，被表面扫洗水冲入排水槽。气水同时反冲洗在气冲的同时启动冲洗水泵，打开冲洗水阀，反冲洗水也进入气水分配渠，气、水分别经小孔和方孔流入滤池底部配水区，经长柄滤头均匀进入滤池，滤料得到进一步冲洗，表扫仍继续进行。停止气冲，单独水冲表扫仍继续，最后将水中杂质全部冲入排水槽。
V型滤池技术特点：
1、可采用较粗滤料较厚滤层以增加过滤周期。
2、气、水反冲再加始终存在的横向表面扫洗，冲洗水量大大减少。
(三)芬顿氧化工艺：芬顿反应是以亚铁离子(Fe2+)为催化剂用过氧化氢(H2O2)进行化学氧化的废水处理方法。由亚铁离子与过氧化氢组成的体系，也称芬顿试剂，它能 生成强氧化性的羟基自由基，在水溶液中与难降解有机物生成有机自由基使之结构破坏，最终氧化分解。
芬顿反应是以亚铁离子为催化剂的一系列自由基反应。主要反应大致如下：
Fe2++H2O2==Fe3++OH-+HO·
Fe3++H2O2+OH-==Fe2++H2O+HO·
Fe3++H2O2==Fe2++H++HO2
HO2+H2O2==H2O+O2↑+HO·
芬顿试剂通过以上反应，不断产生HO·(羟基自由基，电极电势2.80EV，仅次于F2)，使得整个体系具有强氧化性，可以氧化氯苯、氯化苄、油脂等等难以被一般氧化剂(氯气，次氯酸钠，二氧化氯，臭氧，臭氧的电极电势只有2.23EV)氧化的物质。在羟基自由基的作用下，污水中部分难降解的有机物降解为可降解的有机物，提高了污水的可生化性。
(四)CMF工艺：连续膜过滤(Continuous Membrane Filtration，简称CMF)技术是一种新型的膜分离工艺过程，通过模块化的结构设计，采用错流过滤方式和间歇式自动清洗(气、水洗工艺)的系统，组合成的一整套封闭连续的膜过滤系统。
CMF系统技术特点：
1.采用高强度的聚丙烯中空纤维微滤膜或者超滤膜，耐氧化，易清洗，使用寿命长;
2.由于PP中空纤维膜独有的弹性，微孔可以扩张，采用压缩空气反洗技术，使得这种膜具有良好的膜通量回复率;
3.对原水水质要求低，产水清澈透明，SDI稳定≤3，优于RO系统的进水要求;
4.系统控制自动化程度高，操作简单，有效减轻劳动强度;
5.设备结构紧凑、占地小，模块化组合设计适用于各种规模的水处理;
6.设备投资和运行费用低廉，在国内外同类型设备中性价比最高。
实用新型内容
本实用新型克服了现有钢铁工业废水回收利用的缺点，提供了一种新型的钢铁企业废水处理和再利用的装置和工艺。努力克服传统处理工艺有机物难降解、治理成本高、难度大、效率低等缺点，实现了钢铁工业废水的回收再利用，废水处理率达到100%，处理后废水的循环利用率达到100%，生产水复用率为98.1%，实现了以城市中水作为生产 补水的唯一水源，不再与市民争夺地下水资源，具有独特的循环经济优势。从长远的角度分析，采用此工艺，不仅可以减少废水的处理费用，而且实现了废水处理的高效性和经济性。
本实用新型的目的通过下述技术方案予以实现。
一种钢铁企业废水处理和再利用的装置，包括格栅、调节池、絮凝及配水构筑物、高密度沉淀池、储泥池、V型滤池、芬顿氧化反应罐、反应沉淀罐、多介质过滤装置、CMF装置、活性炭过滤装置、反渗透装置和反渗透产品水水池;其中：
所述格栅的进水端通过进水泵与废水出口相连，所述格栅的排水端通过第一加压泵与所述调节池的进水口相连，在所述调节池内设置有潜水搅拌器，所述调节池的排水口通过潜水提升泵与所述絮凝及配水构筑物的进水口相连，在所述絮凝及配水构筑物的顶端分别设置有投药口和石灰投料口，药剂罐通过管路与所述投药口相连通，第一石灰罐通过管路与所述石灰投料口相连通;
所述高密度沉淀池包括混凝池、絮凝池和斜板沉淀池，所述絮凝及配水构筑物的排水口与所述混凝池的进水口相连，在所述混凝池的顶端通过管路与第一混凝剂罐相连，所述混凝池的排水口与所述絮凝池的进水口通过絮凝管路相连，在所述絮凝管路上设置有投加池，在所述絮凝池内设置有导流筒和搅拌机，所述絮凝池的排水口通过循环泵与所述斜板沉淀池相连，所述斜板沉淀池的淤泥排出口和所述储泥池相连，所述斜板沉淀池的排水口和所述V型滤池的进水口相连;
所述V型滤池通过管路分别与第二混凝剂、第二石灰罐、絮凝剂罐、碳酸钠罐相连，所述V型滤池的排水口和所述芬顿氧化罐的进水口相连，所述芬顿氧化罐通过管路分别与硫酸亚铁加药罐和双氧水加药罐相连，所述芬顿氧化罐的排水口和所述反应沉淀罐的进水口相连，所述反应沉淀罐通过管路分别与氯化钙加药罐、PAC加药罐和PAM加药罐相连，所述反应沉淀罐的淤泥排出口与所述储泥池相连，所述反应沉淀罐的排水口与所述多介质过滤设备的进水口相连;
所述多介质过滤设备的排水口通过第二加压泵与所述CMF装置的进水口相连，所述CMF装置的排水口与所述活性炭过滤装置的进水口相连，所述活性炭过滤装置的排水口通过通过给水泵与保安过滤器的进水口相连，所述保安过滤器的排水口通过给水高压泵与所述反渗透装置的进水口相连，所述反渗透装置的排水口与所述反渗透产品水水池的进水口相连。
所述反渗透产品水水池的第一排水口与软化水池的进水口相连。
所述反渗透产品水水池的第二排水口通过混床给水泵与混床的进水口相连，所述混床的出水口与除盐水池的进水口相连。
所述V型滤池的调节出水口通过管路与所述调节池的调节入水口相连。
一种钢铁企业废水处理和再利用的工艺方法，按照下述步骤进行：
步骤1，废水通过格栅进入调节池内，通过调节池内的潜水搅拌器的作用避免污泥沉淀，通过潜水提升泵的作用将废水输送至絮凝及配水构筑物内，通过投药罐和第一石灰罐向其中投放药剂与石灰从而调节废水的酸碱度;
步骤2，调节酸碱度后的废水被输送至高密度沉淀池中，通过高密度沉淀池的作用将絮凝物以及污泥去除;
步骤3，去除絮凝物以及污泥后的废水被输送至V型滤池中，通过向V型滤池中投加混凝剂、石灰、絮凝剂和碳酸钠，从而调节废水水质并对其进行过滤;
步骤4，过滤后的废水进入芬顿氧化罐中，并在芬顿氧化罐停留4-10h，向芬顿氧化罐中投加的Fe2+和双氧水比例为(1-4):1，其中，FeSO4·7H2O的质量百分比为2wt%-20wt%，过氧化氢的质量百分比为20-40wt%;
步骤5，经过芬顿氧化后的废水进入反应沉淀罐内，在反应沉淀罐内的停留时间为1-9h，然后废水被输送至多介质过滤装置内进行过滤操作;
步骤6，从多介质过滤装置排出的废水被输送至CMF装置中，CMF装置包括自清洗过滤器和超滤膜组件，自清洗过滤器的过滤精度为100-300μm，超滤膜组件的产水量为1600-1800m3/h;
步骤7，CMF装置与保安过滤器相连，保安过滤器的过滤精度为3-8μm，保安过滤器包括增压泵和高压泵，增压泵的数量为2-5台，高压泵的数量为5-8台;
步骤8，保安过滤器与反渗透装置相连，反渗透装置的通量为≤15-20L/(m2*h)，最终得到经过处理后的废水。
在步骤4中，在芬顿氧化罐中的停留时间为6-8h，向芬顿氧化罐中投加的Fe2+和双氧水比例为3:1，其中，FeSO4·7H2O的质量百分比为5wt%-15wt%，过氧化氢的质量百分比为30-35wt%。
在步骤5中，在反应沉淀罐内的停留时间为3-7h。
在步骤6中，自清洗过滤器的过滤精度为200μm，超滤膜组件的产水量为1760m3/h。
在步骤7中，保安过滤器的过滤精度为4-6μm，增压泵的数量为4台，高压泵的数量为7台。
在步骤8中，反渗透装置的通量为≤17-19L/(m2*h)。
本实用新型的有益效果为：钢铁工业废水中主要含铁、含铬、含酸、含碱、含油及污泥等。这些废水如果直接排放，不仅污染环境，而且造成水资源严重浪费，因此，有必要采取一定措施进行废水的循环利用。通过对上述废水进行格栅调节、高密度沉淀、V型滤、芬顿氧化反应、多介质过滤、CMF反应、反渗等处理，将废水中的有害物质去除。经过处理后的净化水作为炼铁、炼钢轧钢浊净环系统补水;软化水作为高炉、连铸机及加热炉等系统补水;除盐水供冷轧、锅炉系统用水。废水复用率为98.1%，实现了以城市中水作为生产补水的唯一水源，不再与市民争夺地下水资源，实现废水处理的高效性和经济性。在本实用新型的技术方案中，采用多种废水处理有效结合的方法，净化废水悬浮物能力可以由20mg/L提高到10mg/L，有效缓解钢铁工业废水中含有的铁、铬、酸、碱、油污及污泥等污染问题。经过处理后的净化水作为炼铁、炼钢轧钢浊净环系统补水;软化水作为高炉、连铸机及加热炉等系统补水;除盐水供冷轧、锅炉系统用水。废水复用率为98.1%，实现了以城市中水作为生产补水的唯一水源，不再与市民争夺地下水资源，实现废水处理的高效性和经济性。该设备工艺对于水质的保证和药剂的节约效果显著，为企业创造了可观的经济效益。