钢铁企业是工业用水大户，属于高耗水行业，约为全国工业总用水量的 20%[1]。水资源利用水平已成为制约钢铁企业生存和发展的重要因素[2-3]。因此，通过开发城市中水和废水资源综合利用技术，提高钢铁企业水资源利用效率，从而解决企业与城市争夺地下水及地表水新水资源、废水利用率低和用水工艺落后的问题，**终优化水资源配置，降低企业水资源成本，实现钢铁企业循环经济与可持续性发展。唐山某钢铁公司位于北方缺水地区范围内，根据生产发展用水需求，将全厂达标外排放的综合废水进行深度处理，以将产水全部回用于厂区内不同需水用户，包括循环冷却水系统补水及锅炉给水。以实现全厂综合废水的零排放。

 

1 工程概况

综合废水来源于炼铁、炼钢和轧钢等工艺循环冷却水系统的排废水及少量生活污水，主要含油类、悬浮物、硬度及无机盐类等污染物，具有总硬度、电导率及含盐量高的特点。综合废水处理站设计处理水量 40×103 m3/d，废水经预处理工艺后部分出水（水量约 20×103 m3/d）直接用于生产浊循环水系统的补水，另一部分出水进入后续深度处理装置（**大产水量为 14.4×103 m3/d）；深度处理后的除盐水，其中一部分供给转炉氧枪、连铸结晶器等循环水系统，一部分与新水混合作为全厂补充水，另外一部分经混床制成纯水（**大纯水量约 4.8×103 m3/d），作为补给水供给热电工程中的锅炉。

 

2 设计进出水质

厂区综合废水全部排入厂区河，考虑河道的调节作用，综合废水处理站设计进水和预处理、反渗透及混床处理工艺的出水水质见表 1。

3 工艺流程

根据综合废水水质特点及厂区不同用户对回用水水质的要求，综合废水处理站采用高密度澄清池、V 型滤池预处理工艺，主要去除悬浮物、油类、暂时硬度和碱度[4-5]；采用国内技术先进、运行稳定可靠的超滤、反渗透、混床深度处理工艺，进一步去除悬浮物、胶体物质及可溶性盐分[4-7]。具体处理工艺流程如图 1 所示。

3.1 预处理

厂区综合废水排至厂区河，shou先进入格栅间，格栅间设有机械自动格栅除污机以去除水中大颗粒杂物。格栅间出水由提升泵经配水井均匀分配后送至高密度澄清池进行混合、絮凝、沉淀、澄清处理。高密度澄清池由 5 部分组成，按工艺流程顺序分别为前混凝反应池、絮凝反应池、沉淀 - 浓缩池和后混凝反应池。

 

前混凝反应池投加石灰乳、混凝剂以去除水中的悬浮固体及油，并使水中悬浮物、胶体物质形成细小矾花便于后续絮凝反应。石灰乳的投加不仅能够去除部分暂时硬度，还可以防止后续沉淀池与滤池中藻类的繁殖生长。前混凝反应池出水经手动调节溢流堰进行分配，以重力流方式进入絮凝反应池。絮凝反应池由 1 个混合池和 1 个非混合池构成，混合池通过变速泵控制回流污泥强化絮凝反应；非混合池能够快速形成较大的、均匀的矾花，同时投加碳酸钠用于去除水中的永久硬度。

 

絮凝反应池出水进入沉淀 - 浓缩池，实现泥水分离，并对沉淀污泥进行浓缩，一部分污泥回流至絮凝反应池，剩余污泥排至污泥处理段。沉淀 - 浓缩池出水进入后混凝反应池，池内投加混凝剂以提高后续滤池过滤效果，同时投加硫酸以调节 pH。后混凝反应池出水经配水堰板均匀进入V 型滤池，通过石英砂滤料进一步去除水中残留悬浮物、胶体物质。V 型滤池出水进入清水池，部分出水作为生产浊循环水系统补水回用，另一部分出水进入深度处理装置。为防止夏季藻类繁殖，向清水池投加次氯酸钠溶液消毒。

 

3.2 深度处理

清水池部分出水经过滤器增压泵提升至多介质过滤器中，进一步去除水中细小悬浮颗粒物和胶体物质，以减轻后续处理设备负荷，延长超滤膜使用寿命，增加系统产水能力。多介质过滤器出水经自清洗过滤器后进入超滤系统进一步过滤，自清洗过滤器去除水中大分子物质和颗粒，以避免大颗粒物堵塞超滤膜，为后续反渗透提供更安全可靠的进水。

 

超滤产水进入保安过滤器去除水中的微小悬浮物、胶体物质及微生物，防止反渗透膜被污染。保安过滤器出水进入一级反渗透系统，脱除水中的可溶性盐分及大分子有机物。反渗透产水进入反渗透产水池，一部分由外送泵送至各生产车间作为循环水或补充水使用，另一部分经混床的混合离子交换器进一步降低水中含盐量，形成纯水供锅炉补水系统使用。反渗透浓缩水进入冲渣池用于高炉冲渣补充水。

 

4 主要构筑物及设计参数

4.1 格栅间及提升泵站

格栅间设置格栅渠道 2 条，单渠道过水能力 875m3/h。每条渠道安装粗、细两道机械自动格栅除污机，粗格栅栅条间隙 25 mm，细格栅栅条间隙 10 mm。为格栅检修方便，每条渠道进出口各设置手动闸板阀 1 台。

 

提升泵站设 4 台潜水提升泵（3 用 1 备），体积流量 qV=583 m3/h，扬程 H=16 m。水泵出口干管设 1台电磁流量计和 1 台压力传感器分别对流量、压力进行监测。

 

4.2 高密度澄清池

前混凝反应池 2 座，钢筋混凝土结构，设快速搅拌机各 1 台，单台功率 4 kW。快速搅拌机用于进水与石灰乳、混凝剂的快速混合反应，提高混凝效果。絮凝反应池 2 座，钢筋混凝土结构，设絮凝搅拌机 2 台，单台功率 11 kW。沉淀 - 浓缩池 2 座，钢筋混凝土结构，单池斜管面积 72 m2，斜管上升流速 12 m/h；设刮泥机 2 台，单台功率 1.5 kW；污泥外排泵与污泥回流泵各设螺杆泵 3 台（2 用 1 备），qV=40 m3/h，H=20 m。后混凝反应池 1 座，钢筋混凝土结构，配套快速搅拌机 1 台，单台功率 1.1 kW。

 

4.3 V 型滤池

V 型滤池 3 座，钢筋混凝土结构，每座滤池分 2格，单格尺寸 12 m×4 m，石英砂滤层厚度 1.5 m，正常滤速 7.8 m/h。反冲洗水泵设 3 台离心泵（2 用 1备），qV=580 m3/h，H=8 m；罗茨风机 3 台（2 用 1 备），qV=2 120 m3/h，功率 55 kW。

 

4.4 多介质过滤器

D3.2 m 立式多介质过滤器 10 台，碳钢衬胶材质，内部滤料为粒径 0.4～0.6 mm 的精制石英砂及粒径 0.8～1.2 mm 的无烟煤，滤料层高度 1 000～1 200mm。单台处理能力 80 m3/h，过滤速度 7～10 m/h，水、气反洗强度分别为 13～16、18～25 L/(m·2 s)。

 

4.5 超滤系统

自清洗过滤器 2 套，qV =450 m3/h，过滤精度 500μm。组合体超滤装置 4 套，单套处理能力 220 m3/h，每套 52 支超滤膜。超滤膜采用坎普尔的外压式中空纤维式膜元件，材质为聚偏氟乙烯（PVDF）。单支膜表面积 70 m2，悬浮物、胶体物质及微生物的去除率达 98%。主要配套设备有反洗水泵、压缩空气用储气罐、清洗装置及加药装置。

 

4.6 反渗透系统

一级反渗透装置 4 套，每套反渗透设计产水量150 m3/h。主要配套设备包括反渗透增压泵、保安过滤器、高压泵、还原剂加药装置、冲洗水泵、阻垢剂加药装置、清洗装置和杀菌剂加药装置。反渗透增压泵采用卧式离心泵 4 台，qV =200m3/h，H=20 m；保安过滤器 8 台，qV =100 m3/h，精度 5μm，小流量滤芯，每台 50 支滤芯；高压泵采用卧式离心泵 4 台，qV =200 m3/h，H=150 m；反渗透冲洗水泵采用卧式离心泵 1 台，qV=160 m3/h，H=30 m。

 

4.7 混床系统

混床系统设备包括混床增压泵、混床和混床再生装置。混床增压泵采用卧式离心泵 3 台 （2 用 1备），qV =120 m3/h，H=30 m；混床采用 D1 250 mm 的逆流再生混合离子交换器 4 台（3 用 1 备），单台产水量 60 m3/h；混床再生装置主要有酸碱贮罐、再生水泵、酸碱喷射器、酸碱计量箱、卸酸碱泵等。

 

4.8 污泥脱水间

污泥脱水间设过滤面积 300 m2 的自动板框压滤机 2 台，安装功率 11 kW，泥饼固体的质量浓度35%；污泥储池设置 2 座，单池有效容积 120 m3，为防止污泥沉淀，每池设置 1 台立式搅拌机，单台功率11 kW。

 

5 运行效果

综合废水处理及回用工程投产后，运行稳定，产水连续外供，水质可靠。某 1 个月的运行效果如图2～图 4 所示。

由图 2 可知，该废水处理站进水总硬度较高，在580～750 mg/L 波动。经混凝、过滤的预处理工艺去除了部分硬度，其出水硬度在 285～350 mg/L，硬度降低 50%左右。预处理出水经超滤和反渗透系统进一步降低硬度，反渗透出水总硬度平均为 7.44 mg/L，低于 HG/T 3923－2007 的要求的 10 mg/L[8]。该处理系统总硬度降低 98%以上。

 

由图 3 可知，该废水处理站进水浊度平均为 30.3NTU。经高效澄清池的机械混合、机械絮凝、斜管沉淀工艺和 V 型滤池、多介质过滤器预处理，废水中大部分悬浮物、胶体物质被去除，使超滤系统进水浊度平均为 3.1 NTU。经超滤膜的进一步过滤，超滤出

水浊度低于 0.5 NTU，远低于 HG/T 3923－2007 中规定的浊度≤10 的要求。这样为后续反渗透装置的安全稳定运行提供了保证。

 

由图 4 可知，反渗透系统进水电导率波动在 2.7～3.4 mS/cm，反渗透膜在外力作用下去除水中绝大部分的可溶性盐分，出水电导率为 0.06～0.105 mS/cm，脱盐率高于 97%。

 

6 经济效益分析

工程总投资 9 005 万元，其中土建费用 3 767万元，设备购置及安装费用 4 978 万元，其他费用 260万元。

 

综合废水处理系统运行成本主要包含电费、药剂费和人工费。年耗电量 12.52 GW·h，按电价 0.51 元 /(kW·h)计，电费 17 496 元 /d；化学药剂费用 44 474元 /d；压缩空气、氮气等介质费用 1 095 元 / d；操作人员、维护人员合计费用 3 083 元 / d。废水处理运行成本合计为 66 148 元 /d，按综合废水处理量 40×103m3/d 计，废水处理系统的运行成本为 1.65 元 /m3。

 

综合废水处理站投产后，按中水取水费 1.5元 /m3、除盐水取水费 5 元 /m3 和纯水取水费 7.5 元 /m3 计算，年生产中水收益 1 095 万元，除盐水收益 2 628万元，纯水收益 1 314 万元，年总收益 5 037 万元。每年直接运行费用 2 409 万元、设备维护费用 127 万元、设备折旧及其他费用 396 万元，年总支出费用 2 932万元，则每年可节约费用 2 105 万元。

 

7 结 论

钢铁公司综合废水处理站采用高密度澄清池 +V 型滤池与双膜法 + 混床的组合处理工艺对综合废水进行深度处理和回用，处理效果良好，预处理出水水质达到中水水质要求，其用于浊循环水系统的补水；反渗透产生的除盐水水质达到 HG/T 3923－2007的要求，其用于转炉氧枪、连铸结晶器等循环水系统及与新水混合作为全厂补充水；混床产生的纯水水质达到 GB 1576－2008 的要求，其用于锅炉补给水。该废水处理站的运行降低了厂区生产新水、除盐水及纯水取水量，运行成本为 1.65 元 /m3，年节约费用 2 105 万元。工程的实施实现了工业废水零排放，消除了工业废水对社会环境的影响，提升了企业厂区环境质量，可为其他钢铁企业厂区综合废水的处理回用提供借鉴。