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陶瓷膜过滤器在连铸废水处理中的应用

                                   陶瓷膜过滤器在连铸废水处理中的应用
                                                      刘晓红1,宁辉栋2
    ( 1. 中冶东方工程技术有限公司水务部,内蒙古包头014010;2. 内蒙古包钢钢联股份有限公司给水厂,内蒙古包头014010)
    摘要: 根据钢铁企业炼钢连铸机二冷水对水质的要求,在某工程的净化浊环水处理系统的过滤设施改造和设计中经过方案比选采用陶瓷膜过滤器代替传统砂滤器。工程实践证明: 采用陶瓷膜过滤器处理后的出水水质较好,运行成本低、操作维修方便,减少连铸机二冷喷嘴的堵塞机率,提高喷嘴使用寿命,该设备可以广泛应用于连铸机净化浊环水处理系统中。
    关键词: 连铸机二冷喷嘴; 净环浊环水系统; 陶瓷膜过滤器
    中图分类号: TQ051. 8 + 93 文献标识码: B 文章编号: 1009 - 5438( 2015) 01 - 0007 - 03
    连铸机铸坯质量与二次喷淋水质、水量有直接关系。为保证最佳冷却效果,必须对二次喷淋冷却区的冷却水量进行控制,同时对供水水质有较严格限制。循环水处理中选择先进合理的水处理流程及设备非常重要,水处理过滤技术的关键在于过滤介质,是过滤设备能否正常运行的关键。在常规的连铸机二次喷淋冷却浊环水处理中,通常采用传统的石英砂、无烟煤等高速过滤器。选用陶瓷膜过滤器来替代传统的过滤器,不但满足水处理系统安全运行,同时为保证铸坯质量起到很好的促进作用。
    1· 连铸机二次喷淋冷却浊环水特点
    连铸机二次喷淋冷却浊环水由于冷却水与设备直接接触,设备表面的氧化铁皮颗粒、金属粉尘和润滑油脂等杂质带入水中,这些杂质极易粘合形成有较大粘性的油泥。油泥很容易粘附在管道、用水设备及水处理设备上,给连铸生产带来很大危害。如粘附在管道上,将会缩小管道直径,降低供水流量或增大管道阻力,引起管道腐蚀; 粘附在设备喷嘴上,容易堵塞孔径为1 ~ 3 mm 的喷嘴,喷水不均,造成钢坯冷却不均,降低冷却效率; 粘附在过滤器上,容易堵塞滤料,造成滤料板结、过滤短流,使过滤器无法正常运行,严重造成连铸停产。
    2 ·陶瓷膜过滤器的特点
    2. 1 结构
    陶瓷膜过滤器主要由罐体、上下花板、陶瓷膜过滤( 介质) 管、清污盘管、人孔、进出水管、排污管及排油管等组成。
    2. 2 过滤介质
    陶瓷过滤介质由许多大小分布均匀,相互连通的桥拱状开口气孔组成。当废水从这些微小孔洞通过时,悬浮物质、胶体颗粒、大分子有机物被截留在过滤介质表面,流体经过微孔通道产生各种物理效应,达到机械筛滤净化或扩散、流态化等功效[1]。陶瓷膜具有耐腐蚀性、耐高温、机械强度高和抗化学侵蚀性强,空隙率大、截污能力强,反洗效果好[2]。在流体压力的作用下,微孔不变形,易清洗再生,不存在砂滤器的乱层和板结问题。
    2.3 工作原理
    浊环水从进液口进入集油室,因集油室容积大,溶液流速度小,浊环水在集油室内停留时间长,浊环水所携带的油全部聚集在集油室顶层,积聚了一定量时,由排油口定期排出; 悬浮物在自身重力和外压的作用下,经陶瓷膜过滤管壁上的微孔到达过滤室,经出液管排出,与此同时,将过滤后的杂质截留下来,并沉积在沉渣室,积集了一定量时,经排污口排出送入到下一步工序中。设备运行一段时间后,在水流的作用下,部分杂质会附着在陶瓷膜过滤管表面上降低了流量,在工艺上采用并联运行的过滤水进行反冲洗,以利提高陶瓷膜过滤管的再生效果[3]。
    3· 效果比较
    传统石英砂、无烟煤高速过滤器过滤器与陶瓷膜过滤器处理设备的比较见表1。
 
    4· 应用实例
    4. 1 原有设施情况
    4. 1. 1 原有设施现状
    某钢铁公司的炼钢、连铸工程中原有连铸机二次喷淋冷却和设备直接冷却浊环水处理工艺采用旋流沉淀、平流沉淀、石英砂、无烟煤高速过滤器过滤、冷却塔降温后回到吸水井经水泵加压后循环使用。
    石英砂、无烟煤高速过滤器反洗水排入沉淀池,沉淀池产生污泥经渣浆泵加压至污泥脱水间,通过板框压滤机进行脱水处理。过滤器是在整个水处理工艺的核心设备,过滤器的应用效果是影响整个系统水质的关键点。
    设计要求处理水量为900 m3 /h,过滤器进水SS一般在80 mg /L,油在15 ~ 30 mg /L 左右,过滤器出水SS 一般不超过15 mg /L,油≤5 mg /L。
    4. 1. 2 运行中存在问题
    ( 1) 过滤效果差,滤料板结。过滤器出水悬浮物含量高,一般平均悬浮物在30 ~ 50 mg /L 左右,达不到设计要求。尤其当来水水质波动较大时: 进水悬浮物高; 含油量大; 污水温度较高,一般在50 ℃左右; 硬度较大,一般在200 ~ 500 mg /L; pH 在12. 5左右,时间一长滤料被油污粘泥粘接聚合在一起,出现结垢及粘泥堵塞等不良现象。造成滤料板结严重,反洗供水泵无法正常工作,循环水水质稳定困难,必须加大投药量才能维持生产,1年左右就得更换滤料,影响正常生产。
    ( 2) 滤料损失严重。首先,在反冲洗滤料时,由于滤网的孔径、滤头较大,会将细小的颗粒冲洗到过滤范围外,甚至冲洗到罐体外,造成滤料乱层,不但滤料受到损失,对环境也造成一定的污染; 其次,随着污堵的严重,过滤通量、过滤周期、清洗强度与设计值差距较大,滤料的恢复率较慢。造成生产成本的浪费。
    ( 3) 反洗周期时间短,反洗水量大。由于该冷却浊环水处理工艺进入石英砂、无烟煤高速过滤器前的二段处理设施没有起到很好的除油功效,进入过滤器油的含量有时高达20 ~ 50 mg /L 左右,且处理水量长期处于满负荷运行,出现反洗水压差过高,经常大于0. 1 MPa,滤料污染周期缩短,过滤器出口水质指标下降。为了保证过滤器出口水质指标,就必须加大反洗力度,反洗周期时间短,造成水资源的浪费。
    4. 2 工程技术改造
    4. 2. 1 技术改造方案
    根据连铸机二次喷淋冷却工艺对水质等参数的要求,针对原有过滤器应用中存在的问题,结合现场实际情况,经过反复调查研究以及通过多方案论证比选,提出了优化措施: 选用陶瓷膜过滤器来替代传统的石英砂、无烟煤高速过滤器,同时反洗效果及自动控制方面也得到了极大地改善。
    4. 2. 2 运行效果
    改造后,经实际运行,过滤效果和使用周期均有大幅提升。采用陶瓷膜作为过滤器设备运行稳定,整个水处理系统运行平稳,没有出现过任何问题。并且在短期内创造出较高的效益,投资得到回收。
    ( 1) 过滤效果和使用周期。过滤器出水悬浮物由过去平均悬浮物在30 ~ 50 mg /L 左右降为8 mg /L以下,油由过去8 ~ 10 mg /L 左右降为2 mg /L以下; 工作寿命由过去的1. 0 ~ 1. 5 年增加到2. 0 年以上。
    ( 2) 运行成本比较。石英砂、无烟煤高速过滤器反洗时间16 min,反洗一次耗电30 kW·h,反洗周期6 h,一天反洗4 次,每天耗电120 kW·h,每天需汽洗5 min; 陶瓷膜过滤器反洗时间5 ~ 8 min,反洗一次耗电12 kW·h,反洗周期12 h,一天反洗2 次,每天耗电24 kW·h,不需汽洗。经计算: 陶瓷膜过滤器可以节约反洗水30% ~ 50%,按30% 计,每天可节约反洗水200 t,节电96 kW·h,运行成本效果明显。
    5· 结论
    ( 1) 采用陶瓷膜过滤器改善了净化浊环水系统的平衡,减少了水质稳定药剂的用量。
    ( 2) 采用陶瓷膜过滤器节约了冲洗水量,延长过滤周期,延长设施使用寿命。能够最大限度地节约能源,减少新水补充量,减少外排水量,提高循环水利用率。
    ( 3) 采用陶瓷膜过滤器不仅可以有效地防止滤料板结,同时也可防止跑料,防止对水体的污染,还可以提高过滤的出水水质,降低运行成本。
参考文献
[1]伍协. 有序多孔陶瓷的功能化组装[J]. 佛山陶瓷,2011,( 2) : 15.
[2]王卫忠. 焦炉煤气净化洗涤陶瓷过滤器的改造[J]. 河北化工,2012,( 11) : 20.
[3]王笏曹. 钢铁企业给水排水设计手册[M]. 北京: 冶金工业出版社,2002.


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