1 中鋼公司廢水 回收系統實績說明 報告人 : 趙幼梅處長 時間 :103.06.05
2 報告目錄 壹 建場緣由貳 建場歷程參 系統流程簡介肆 再生水水質 / 用途伍 運轉狀況說明陸 效益分析柒 結論
壹 建場緣由 ( 一 ) 缺水風險 1. 枯水期因乾旱而限工業用水 2. 颱風期間原水濁度高造成停水或降低供水量 3. 提升生產高品級鋼種比例, 增加多層次加工, 耗水量需求大增
( 二 ) 執行節水策略 1. 多層次再利用將水質較佳系統之排放水回收至次級水系統 2. 放流水再利用 3. 提升冷卻水系統循環比降低補水量 廢水純化自來水或純水水質
( 三 ) 世界各大鋼廠用水量指標 項次 鋼廠 粗鋼耗用原水量 (m 3 / 每噸粗鋼 ) 備 註 1 CORUS( 荷蘭 ) 7~8 2 COSPIA( 巴西 ) 5 3 TATA( 印度 ) 6.65 4 Thyssen krupp( 德國 ) 3.2 含電弧爐 5 大陸寶鋼 5.2 (3.6) ( 不含河水冷卻及動力場用水 ) 6 韓鋼 3.6 含海水冷卻 7 日鋼 13.8 含海水冷卻循環率 89.4% 8 Blue Scope( 澳洲 ) 2.5 含海水冷卻 9 台鋼 5.75 環評提報值 10 中鋼 5.6~5.7 11 中龍 3.5 以中鋼為標竿 註 : 各鋼廠製程及水系統不同, 不易比較
貳 建場歷程 中鋼用水結構圖 純水系統 冷軋工場製程用水 冷軋廢水處理系統 次級用水回收系統 原水系統 RO 飲用水系統 原水處理系統 高 / 轉爐洗塵水系統 直接冷卻水系統 高 / 轉爐工場煙道洗塵 連鑄及軋鋼工場產品表面除銹冷卻 工業廢水收集與處理系統 鹽水溪放流 衛生設備, 盥洗用水, 廚房用水 間接冷卻水系統 連鑄及軋鋼工場設備冷卻 煉焦廢水 生化廢水處理系統
貳 建場歷程 ( 續 ) 7 2003.01 廢水水源的選用 煉焦廢水 衛生廢水 冷卻 / 洗塵廢水 冷軋廢水 2800CMD 4800CMD 生化廢水處理廠 工業廢水收集系統 第一冷軋廢水處理廠 第二冷軋廢水處理廠 COD 及 NH 3 -N 太高不選用 碼頭 60 米明溝 雨水 廢水放流場 34600CMD 鹽水溪排放 32000CMD 7000CMD Cond 約 3000~4000 µs/cm COD~50ppm 且 NH 3 -N 低 12000CMD 次級用水 廢水回收利用
及純水系統之補充水 供應動力二場冷卻水 冷卻及洗塵廢水 VC-620 (48000m 3 ) 工業廢水系統 工業廢水回收系統 冷軋廢水 COD 減量 生化廢水 COD 減量 VC-650 (38000m 3 ) 工業廢水系統 工業放流池 中鋼廢水系統 放流水 COD 75ppm
脫鹽技術成本比較 400 Ion exchange Desalination Cost (NT/M 3 ) 80 30 Electrodialysis Reverse osmosis Multi-effect evaporation 8 1 5 10 50 100 Salt concentration (g/liter) 10
11 膜技術種類及應用 依膜的過濾孔徑可分 : 微濾膜 微濾膜 : 去除一般懸浮物 超濾膜 : 去除所有懸浮物及微生物 納濾膜 : 去除二價離子 逆滲透膜 : 去除幾乎所有離子
導極式電透析 (EDR) /RO 薄膜脫鹽技術比較 Salt and water Salt and water 400 Ion exchange water P Salt water P Desalination Cost (NT/M 3 ) 80 30 Anions 8 E Electrodialysis Water Reverse osmosis Cations E Multi-effect evaporation 1 5 10 50 100 以壓力為驅動力操作壓力 ~20bar Salt concentration (g/liter) 以電力為驅動力操作壓力 ~2bar
貳 建場歷程 ( 續 ) 13 2003.02 小型實驗場測試,RO 產水 2CMD 壓力式 MF 材質 PVDF PORE SIZE 0.1μm MF + RO 浸入式 UF 材質 PVDF PORE SIZE 0.036μm UF + RO
模型實驗結果 14 ND ND ND 取水點水質變動大, 經過半年操作顯示,RO 處理水質均良好 兩者在初設及操作費用的評比上均相當 操作上以浸入式 UF 系統表現較佳 穩定, 故以 UF+RO 方式進行第三階段中型示範場的規劃
貳 建場歷程 ( 續 ) 15 2006.01 中型示範場運轉,UF:500CMD RO:300CMD
貳 建場緣由 ( 續 ) 16 2006.01 中型示範場運轉,UF:500CMD RO:300CMD 95 年 1 月起, 運轉半年內平均水質 UF : 進水濁度約 1.3~9.7 NTD 出水濁度度約 0.054NTD SDI 約 1.2~1.8 RO : UF RO 水質皆良好, 產量亦有達設計值
貳 建場緣由 ( 續 ) 17 2007.01 規劃興建並提升至超純水 最終目標 RO:4,500CMD DMW :9,000CMD 1) 滿足純水需求成長 : 因應公司擴充產能和提高外售蒸汽, 其中增加外售蒸汽 170 T/hr 2) 取代興建純水四場 : 原規劃興建第四超純水系統, 土地空間受限
實場施工中照片 (2007.06 開始興建 ) 18 原址開挖施工 基椿工程施工 大底灌漿施工 UF 薄膜槽安裝
實場施工中照片 19 設備基礎施工 鋼構廠房安裝 藥槽區設備 樹脂槽安裝
完工後照片 20 UF 系統 RO 系統 DMW 系統 展示室
21 排放 #620 區沉澱池出水 參 系統流程 總覽 工業廢水純化場場區 W53 轄區 UF 系統濃水排放 :2500CMD 製程逆洗 530CMD W53 UHR 砂濾系統 26530 CMD 26000 CMD UF 系統 90% 23500 CMD UF 產水 UF 儲槽 UF 反洗 藥洗用水 RO 系統 濃縮廢水排放 : 9400 CMD RO 儲槽 150 CMD RO CIP 60% 95% 4500 CMD RO 產水 動力二場 離子交換樹脂系統 9000 CMD 超純水 450 CMD 再生用水 DMW 儲槽
參 系統流程 UF( 超濾 ) 22 一 UF (ultra filteration) 超濾系統 單組 Cassette 本場 UF( 超濾 ) 系統, 共有 3 套 UF 薄膜槽, 每個薄膜槽有 5 個 Cassettes, 每個 Cassette 有 64 片膜組, 共有 960 片膜組 UF 系統主要是作為 RO 系統的前處理, 避免因雜質太多而短時間內造成 RO 設備的損壞
參 系統流程 UF( 超濾 ) 23 中空 Fiber: 外徑 1.9mm; 內徑 0.9mm pore-size of 0.04 μm surface area 440 ft2 (40.9 m 2 ) ( 每片 ). Net Average Design Flux 16.9 gfd
場用空氣 參 系統流程 UF( 超濾 ) 硫酸 次氯酸鈉加入點 UF : 15Cassettes 64Modules/Cassettes Total: 960 modules 廢水進水 UF 產水 / 反洗 / 藥洗泵 UF 產水 UF 產水儲槽 曝氣氣源 濃水排放 A/B/C 3 列 UF 產線總計 : 375 M 3 /hr *3 24
參 系統流程 逆滲透 (RO) 25 二 RO 系統 採用螺旋纏繞式 RO 膜 伸縮裝置 中心管 進水方向 流道 產品水 水 膜片 收集通道 流道 膜片 外殼材料
參 系統流程 逆滲透 (RO) 高壓泵One-Path two-stage C I P 藥洗系統 HCL NaOH A~H 共 8 列 RO 產線總計 : 75 M 3 /hr *8 RO 共 8 套, 每套內容如下 : 16:8 管殼排列 ( 第一段 : 第二段 ) 每個管殼 6 支膜裝 每套共 144 支膜 RO 濃縮排水 UF 產水儲槽 殺菌劑 RO 系統第二段 UF 產水 抑垢劑 前置過濾器 亞硫酸氫鈉 ORP 氧化 - 還原電位偵測器 RO 系統第一段 COND 導電度計 RO 產水 26
27 參 系統流程 離子交換樹脂 三 離子交換樹脂之定義 離子交換樹脂 (ion exchange resins) 是指一種不溶於溶劑的化學聚合物. 陽離子樹脂上官能基為帶負電荷, 可吸附水中陽離子 陰離子樹脂則相反. 藉由陽 / 陰離子樹脂吸附水中所以攜帶電荷之離子, 達水質純化之目的.
28 參 系統流程 離子交換樹脂 陽離子交換樹脂 陰離子交換樹脂 混床交換樹脂 陽塔 / 陰塔採浮動床式 無設置無煙煤 / 活性碳塔. 無設置脫氣塔. Strong acid resin Strong acid resin Strong base resin Weak base resin Anion resin + Cation resin M/N 共 2 列超純水產線總計 : 225 M 3 /hr *2 RO 產水 超純水送至動力二場
29 肆 再生水水質 / 用途 原水水質 RO 產水水質純水產水水質 ph - 6~9 - - 導電度 μs/cm 2000~4800 100~200 <0.3 氨氮 ppm 5~25 1~3 <50ppb COD ppm 20~40 - - SiO 2 ppm 12~25 0.5~1.5 <10ppb 總硬度 ppm 350~600 - - 溶錳 ppm 0.1~0.35 - - 總鐵 ppm 0.1~0.9 - - 溶鐵 ppm 0.05~0.35 - <10ppb Cl - ppm 400~650 10~20 <10ppb SO 4 2- ppm 600~1100 5~10 <10ppb M - 鹼度 ppm 100~300 10~30 - F - ppm 6~10 - - PO 3-4 ppm < 0.1 - - Cu 2+ ppb - - <10ppb Na + ppb - - <10ppb
動力工場30 肆 再生水水質 / 用途 工業廢水純化場 9000CMD 除礦水 4500CMD RO 水 冷卻水塔補充水或純水工場入水 13500~14500CMD 除礦水 工業用水 冷卻水塔純水工場除礦水儲槽 1. 輸送冷鼓風至高爐 2. 發電供各單位用 動力工場發電鍋爐 廢熱回收鍋爐 中壓蒸汽 輸送至公司內下游各製程用或外售給鄰近工業區其他公司 EX: 中石化 中油等
31 伍 運轉狀況說明 廢水連續監測項目 : (1) 導電度 (2)pH (3) 濁度 若明顯超出正常運轉狀況, 廢水可能夾帶不明污染物 超限應變措施 : 確認水質儀器無誤, 同時以手持儀器二次確認 調整 UF RO 製程產能或回收率 暫時停止進廢水, 保護機組不受不可逆之傷害 連繫上游單位協助
32 伍 運轉狀況說明 錳污染異常 發現數套 RO 機組一段產水導電度升高至 300~500us/cm 拆卸南側端蓋板, 發現佈滿黑色污染物
33 伍 運轉狀況說明 錳污染異常 處理歷程 : 委新材料研發處淨水技術小組進行研究, 確認形成原因及防範措施方可避免再發生 委外清洗 RO 膜, 確認受污染 RO 膜復原狀態 遭錳污染之 RO 膜無法藉由藥洗復原 解決方案 : 新材料研發處淨水技術小組確認形成機制, 制定相關廢水進水 ph 管制標準 清洗 RO 入口管, 去除殘留黑色錳氧化物 漂白水加藥點往上游遷移
伍 運轉狀況說明 異常錳污染 後續延伸異常狀況 : 2011.01.24 清洗前,RO 入口總管狀況圖 附著管壁黑色物體刮除以錳測定液測試, 測試判斷為錳物質沉積 34
伍 運轉狀況說明 異常錳污染 後續延伸異常狀況 : 當日以水刀清洗後,RO 入口總管狀況圖 35
36 伍 運轉狀況說明 鐵污染異常 RO 機組一 二段產水壓差升幅明顯加快 UF 機組透膜壓下降幅度加快 UF 膜絲明顯呈現紅褐色
37 伍 運轉狀況說明 鐵污染異常 處理歷程 : 委託新材料研發處淨水技術小組化驗分析, 確定污染物為鐵 比對運轉數據, 確認原因為 UF 機組酸洗廢液排放不妥 遭鐵污染之 UF RO 膜不會造成立即性不可逆傷害 解決方案 : 確認形成機制, 修改 UF 機組濃水排放管線 加強各機組酸洗, 透過後續幾次藥洗後逐漸恢復性能
38 伍 運轉狀況說明 有機物污染異常 UF 機組透膜壓下降幅度加快 RO 機組一 二段產水壓差升幅明顯加快 UF 連續曝氣出現明顯異常氣味 處理歷程 : 疑似異常時間點,UF 機組透膜壓下降極快, 進行 UF 機組高濃度酸洗效果極差 RO 機組運轉壓差升幅速度亦加快 解決方案 : UF 機組改以鹼洗後效果佳, 恢復性能 增加 RO 機組清洗頻率
伍 運轉狀況說明 有機物污染異常 39 UF 進行高濃度藥洗 0-5 -10-15 -20-25 -30-35 -40-45 -50 酸洗效果差 UF 透膜壓下降過快
伍 運轉狀況說明 微生物污堵 40 清洗後 洗出物
41 伍 運轉狀況說明 微生物污堵 場內廢水特性使微生物容易孳生, 影響 RO 機組性能 RO 一段壓差升幅快,CIP 週期較設計值短 陸續改善歷程 : 殺菌劑加藥點修改, 並改為連續添加 99.05 修改 曾經外送清洗恢復性能 99.06~99.12 陸續清洗 以液鹼沖洗 RO 進水管路 99.06 開始 以 SDI 化驗值做為判斷 RO 進水管路微生物孳生狀態 100.01 開始 全面更換新款 DOW RO 膜 -BW30 400XFR-34I 101.04~05 最終改善方案 - 優化亞硫酸氫鈉加藥模式 101.08~ 持續找尋更低成本加藥控制方案
伍 運轉狀況說明 微生物污堵 液鹼沖洗 RO 入口管路 UF 產水儲槽 此區段管線隔離 高壓泵RO 系統第二段 RO 濃縮排水 UF 產水 前置過濾器 RO 系統第一段 氣源 臨時配藥桶槽 RO 產水 50~75L 45%NaOH + 1 噸 RO 水 42
液鹼沖洗 RO 入口管路 + SDI 化驗管制 3.8 3.6 3.4 3.2 3 2.8 2.6 2.4 2.2 2 1.8 1.6 1.4 1.2 1 0.8 0.6 0.4 0.2 0 伍 運轉狀況說明 微生物污堵 4 RO 第一段壓差 RO 第二段壓差 RO-F 運轉狀況 異常有機物污染 RO 進口管路清洗 43
44 伍 運轉狀況說明 微生物污堵 最終改善方式 :1. 更換為新款 RO 膜 101.04~101.05 2. 優化亞硫酸氫鈉加藥模式 101.08~ RO-D 1st-stage delt-p 2ed-stage delt-p 4 3.8 3.6 3.4 3.2 3 2.8 2.6 2.4 2.2 2 1.8 1.6 1.4 1.2 1 0.8 0.6 0.4 0.2 0 1020331 1 1020319-2 1020307-3 1020224-1 1020212-2 1020131-3 1020120-1 1020108-2 1011227-3 1011216-1 1011204-2 1011122-3 1011111-1 1011030-2 1011018-3 1011007-1 1010925-2 1010913-3 1010902-1 1010821-2 1010809-3 1010729-1 1010717-2 1010705-3 1010624-1 1010612-2 1010531-3 1010520-1 1010508-2 1010426-3 1010415-1 1010403-2 1010322-3 1010311-1 1010228-2 1010216-3 1010205-1 1010124-2 1010112-3 1010101-1
陸 效益分析 45 ( 一 ) 生產除礦水價差 : 建廠時正逢除礦水需求量不足, 原先欲新建純水工場 ( 傳統離子交換樹脂系統, 並以工業用水為入水 ) 廢水純化場產水成本 ( 含 15 年設備壽命計算折舊費用 ) 99~101 年 - RO 水為 20.6 元 / 噸 ( 含 5.9 元 / 噸折舊 ) 除礦水為 32.2 元 / 噸 ( 含 9.8 元 / 噸折舊 ) 直接以工業用水經由離子交換樹脂產出除礦水為 40 元 / 噸 ( 二 ) 貢獻中壓蒸汽輸出校益 : 因區域能源整合, 本公司輸出中壓蒸汽至鄰近工廠
伍 效益分析 ( 三 ) 減少自來水用量及廢水排放量 : RO 回收量 DMW 回收量 減少自來水量 RO 濃水回用量 減少廢水排放量 年度 噸 / 年 噸 / 年 噸 / 年 噸 / 年 噸 / 年 99 158192 2375832 2534024 2534024 100 444100 2814919 3259019 估算 60 萬噸 3859019 101 392662 2515186 2907848 2268508 5176356 註 :RO 濃水回收系統 100.09 完工啟用, 初期為預估量
47 柒 結論 一. 氣候變遷導致南台灣區域缺水 / 枯水期情況日漸加重, 廢水回收等相關水資源再利用技術勢為趨勢 二. 廢水水質變異性決定廢水回收製程的穩定性, 若變異性大, 則需設置正確前處理設備, 加上掌握其變化來調整製程, 才能降減低對產能影響甚至損壞後端設備 三. 目前因 UF 製程不穩定, 導致產能偏低, 正在進行廢水水質變異追蹤及更換新 UF 膜作業, 以恢復正常產量 四. 台灣自來水價低, 廢水回收若僅取代工業用水則難有實質效益, 需搭配後端製程需求來興建 ( 例 : 除礦水 / 蒸汽製程 ) 才能發揮更大效益
48 Thank you! 報告完畢 敬請指教!