冶金工業(yè)廢水回用的膜處理工藝的特點(diǎn)

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本文作者：崔春衛(wèi)、林會(huì)杰、侯書芳 單位：青島海諾水務(wù)科技股份有限公司

我國(guó)是個(gè)嚴(yán)重缺水的國(guó)家，而且隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，城市規(guī)模的迅速擴(kuò)大，水資源短缺的局面將日趨嚴(yán)峻。節(jié)水降耗，提高水的綜合利用率，，己成為國(guó)家發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)的主脈搏。相應(yīng)的，國(guó)家已經(jīng)制定了相關(guān)的法規(guī)和計(jì)劃來鼓勵(lì)或約束水資源的使用。2008年8月全國(guó)人民代表大會(huì)常務(wù)委員會(huì)通過《中華人民共和國(guó)循環(huán)經(jīng)濟(jì)促進(jìn)法》，2010年8月，發(fā)改委確定在5省8市開展低碳產(chǎn)業(yè)建設(shè)試點(diǎn)工作。

冶金工業(yè)耗水量巨大，據(jù)統(tǒng)計(jì)僅鋼鐵工業(yè)廢水量就約占工業(yè)廢水量的10%，而且水質(zhì)復(fù)雜多變，污染物種類多，懸浮物、油、重金屬、酚、氰、COD等污染因子超標(biāo)，是污染環(huán)境的主要廢水之一。按廢水來源和特點(diǎn)分類，冶金工業(yè)廢水主要有:循環(huán)冷卻水排污水、酸洗廢水、除塵和煤氣、煙氣洗滌廢水、沖渣廢水以及由生產(chǎn)工藝中凝結(jié)、分離或溢出的廢水等。應(yīng)用膜技術(shù)綜合回用冶金工業(yè)廢水，既可解決水體污染，又能實(shí)現(xiàn)水資源的循環(huán)利用，是冶金工業(yè)廢水綜合利用的重點(diǎn)發(fā)展方向之一。

冶金工業(yè)廢水回用首先利用常規(guī)處理工藝，在達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步深度處理并制成工業(yè)新水、軟化水及脫鹽水等用于生產(chǎn)。膜技術(shù)作為一種新型流體分離技術(shù)，具有高效率、無相變、低能耗、使用化學(xué)藥劑少、設(shè)備緊湊、操作運(yùn)行簡(jiǎn)單方便等優(yōu)點(diǎn)，近幾十年來取得了令人矚目的發(fā)展。

以超濾和反滲透為主的膜分離技術(shù)在廢水回用方面得到日益廣泛的應(yīng)用，冶金工業(yè)領(lǐng)域相繼實(shí)施了一大批具有示范效應(yīng)的膜技術(shù)廢水回用工程案例。如國(guó)內(nèi)知名的邯鋼、太鋼、承鋼、寶鋼和祥光銅業(yè)等冶金工業(yè)廢水回用系統(tǒng)，均以膜法水處理工藝為主體，根據(jù)廢水水質(zhì)特點(diǎn)，選擇合適的預(yù)處理工藝，配合加藥系統(tǒng)，確保系統(tǒng)總體運(yùn)轉(zhuǎn)良好。

1廢水回用深度

根據(jù)廢水回用的不同用途，對(duì)回用的水質(zhì)要求存在巨大差異，而且一般情況下，從處理工藝的角度來講，回用水質(zhì)要求越高，系統(tǒng)設(shè)計(jì)中存在的風(fēng)險(xiǎn)越大，運(yùn)行維護(hù)越復(fù)雜。目前，冶金工業(yè)廢水回用主要有以下技術(shù)特點(diǎn)。

1.1預(yù)處理工藝一滿足簡(jiǎn)單的回用需求

簡(jiǎn)單的回用工藝一般采用混凝、沉淀、過濾處理。在硬度較高的情況下，需配合石灰軟化工藝，達(dá)到初步回用的用途。邯鄲鋼鐵冶金工業(yè)廢水預(yù)處理工藝，將粉末活性炭和石灰乳聯(lián)合投加在預(yù)處理澄清池中，去除了冶金工業(yè)廢水中90%的懸浮物質(zhì)和膠體物質(zhì)、40%”50%有機(jī)物和油類、50%以上的堿度，去除部分暫時(shí)硬度及其他易形成難溶沉淀的離子，有效防止反滲透設(shè)備產(chǎn)生各種無機(jī)鹽垢，降低了阻垢劑的加藥量，同時(shí)保護(hù)了反滲透膜。承鋼綜合廢水處理廠一期工程為去除永久硬度，在投加石灰進(jìn)行軟化的基礎(chǔ)上增設(shè)碳酸鈉投加系統(tǒng)，預(yù)處理產(chǎn)水可用于鋼鐵系統(tǒng)的循環(huán)水補(bǔ)充、深度脫鹽、城市綠化，道路澆水等。同時(shí)受后續(xù)用水條件的限制，預(yù)處理系統(tǒng)出水投加一定濃度的酸，調(diào)低PH值，。寶鋼僅在澄清池中投加了熟石灰，基本達(dá)到同樣的效果。同時(shí)，在中間水池中投加一定濃度的酸液，降低pH值川。

1.2軟化水

(l)承鋼一期工程核心工藝采用高密度沉淀池和V型濾池;二期采用二代高密度沉淀池、姍BR、TGV型濾池。設(shè)計(jì)原水主要為廠區(qū)各循環(huán)系統(tǒng)的工業(yè)廢水、少量生活污水及雨水，廢水主要污染物為懸浮物、堿度、暫時(shí)硬度、COD、少量浮油及金屬離子等，處理后的出水作為生產(chǎn)用水補(bǔ)水和膜法脫鹽處理用水。經(jīng)雙膜法(UF+二級(jí)RO)處理后的產(chǎn)水，系統(tǒng)脫鹽率)95%，回收率)80%，產(chǎn)水電導(dǎo)毛10林S/cm，完全能夠滿足軟化用水水質(zhì)需求。其中超濾膜采用東麗HFS一2020和旭化成的UNA一620A，材質(zhì):PVDF;回收率)90%;產(chǎn)水水質(zhì)前三年SDI續(xù)3;濁度蕊0.ZNTU;過濾周期)30min(運(yùn)行三年);化學(xué)增強(qiáng)反洗(CEB)周期)24h;化學(xué)清洗周期)30天。反滲透采用陶氏BW30一40OFR，脫鹽率99.5%，設(shè)計(jì)通量17.47L/了•h，電導(dǎo)<10ps/em，硬度蕊0.03mmol/L，C02<sppm。承鋼一期污水處理廠35000噸/天，二期工作能力將達(dá)到60000噸/天，達(dá)到所有工業(yè)廢水零排放，并有效處理生活污水，滿足國(guó)家和省政府節(jié)能減排的要求，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。

(2)寶鋼在回收率為75%、進(jìn)水電導(dǎo)率為900一1800ps/cIn條件下，反滲透系統(tǒng)脫鹽率在98%以上，產(chǎn)水電導(dǎo)率在30ps/cm以下，達(dá)到寶鋼軟化用水水質(zhì)要求，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，產(chǎn)水率高，化學(xué)清洗周期較長(zhǎng)。通過對(duì)受污染膜的切片電鏡掃描、原子顯微鏡、X射線熒光光譜與紅外光譜4種方法的分析，結(jié)果表明反滲透膜表面主要存在以Ca2+、M廣為主的無機(jī)鹽垢，沒有明顯的微生物污染與有機(jī)物。人工濕地、紫外線、微濾、反滲透組合工藝回用技術(shù)方案為是寶鋼圍廠河水資源化利用的較優(yōu)化方案[2〕。

(3)陽谷祥光銅業(yè)40萬噸陰極銅項(xiàng)目純水站以生化處理后的工業(yè)廢水和深井水的勾兌水為水源，混摻比例為1:1。經(jīng)雙膜法處理后的產(chǎn)水，作為全廠工業(yè)循環(huán)冷卻水系統(tǒng)補(bǔ)充水水源之一。其中超濾膜采用海諾自制X一GREEN系列PVDF中空纖維超濾膜，投入運(yùn)行一年以來，跨膜壓差始終低于0.07MPa，產(chǎn)水濁度完全保證在0.INTU以下，水回收率在90%“95%之間，SDI小于2，清洗周期大于3個(gè)月。反滲透膜采用海德能PRoc10，設(shè)計(jì)通量21.07L/m2•h，PH值8~8.5(加堿調(diào)節(jié)后，用于循環(huán)冷卻水系統(tǒng))，氨氮蕊lmg/L，回收率)85%，脫鹽率)98%。

1.3鍋爐補(bǔ)給水

(1)承鋼三期采用將軟化水經(jīng)過EDI電除鹽裝置進(jìn)行深度脫鹽，深度除鹽水用于干息焦發(fā)電及熱力發(fā)電補(bǔ)給水。EDI裝置選用美國(guó)Electr叩ure產(chǎn)品，單套產(chǎn)水量55m3/h，計(jì)劃系統(tǒng)水回收率)95%，出水硬度七opmol/L，二氧化硅毛2叩g/1，電導(dǎo)率簇0.Zps/cm，pH:6.8一7.2。目前該系統(tǒng)正處于調(diào)試階段。

(2)陽谷祥光銅業(yè)廢水回用系統(tǒng)中反滲透處理后的軟化水選擇經(jīng)過二級(jí)混床進(jìn)行深度脫鹽，利用陰、陽離子交換樹脂的交換作用，進(jìn)一步去除反滲透產(chǎn)水中的陰、陽離子，經(jīng)過混床的精處理，其產(chǎn)水水質(zhì)可達(dá)到硬度勺0mg/L，5102簇20目g/L，電導(dǎo)率蕊lps/cIn，以達(dá)到鍋爐給水水質(zhì)要求?；齑惨黄谠卸_(tái)，二期增加一臺(tái)。正常運(yùn)行時(shí)二臺(tái)混床并聯(lián)使用，一臺(tái)串聯(lián)使用。

2廢水回用的過程問題

(1)反滲透污堵問題

反滲透由于有機(jī)物造成的故障占全部系統(tǒng)故障的60、80%，主要是由于進(jìn)入脫鹽系統(tǒng)的原水含有油及一定的COD。因此在采用膜法水處理工藝時(shí)，應(yīng)對(duì)原水加以選擇和分離，在反滲透允許的濃度范圍內(nèi)，根據(jù)整體水量來調(diào)控含油廢水是否納入整個(gè)工業(yè)廢水深度處理回用系統(tǒng)?；蛘咴陬A(yù)處理過程中設(shè)置降低油和COD含量的措施，如在氣浮法或生化法除油后增加活性炭過濾器設(shè)備，但是活性炭再生困難，運(yùn)行成本高，且若其運(yùn)行不當(dāng)會(huì)成為細(xì)菌滋生的溫床。

(2)污泥脫水問題

目前市面上主要有四種脫水機(jī):疊螺脫水機(jī)、帶式脫水機(jī)、板框式脫水機(jī)和離心式脫水機(jī)。脫水機(jī)的選型應(yīng)綜合考慮投資成本、運(yùn)行成本、對(duì)污水性質(zhì)的適應(yīng)能力、處理效果及安裝、操作、工作環(huán)境、維修及占地面積等因素。如選擇不當(dāng)，可能會(huì)造成工程造價(jià)高、達(dá)不到預(yù)期效果、自動(dòng)化程度低等一系列問題。

(3)濃鹽水的處置和利用

二級(jí)反滲透濃水，水質(zhì)一般優(yōu)于原水水質(zhì)，可直接回流至超濾產(chǎn)水箱，以提高反滲透系統(tǒng)的回收率。一級(jí)反滲透濃水量較大，溶解氧含量低，且偏酸性，直接排放會(huì)對(duì)環(huán)境產(chǎn)生不利影響。目前對(duì)于一級(jí)反滲透濃水常用的處置方法有:①用于燒結(jié)、煉鐵、煉鋼、軋鋼等工藝單元的直流噴渣或是澆灑地坪等;②將濃水與其它水或廢水進(jìn)行混合后排放;③將反滲透濃水回用沖洗多介質(zhì)過濾器后排放;④增設(shè)專門的廢水處理裝置。在進(jìn)行水系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)在廠區(qū)范圍進(jìn)行統(tǒng)籌考慮如何使用在反滲透脫鹽系統(tǒng)中所產(chǎn)生的濃鹽水。在企業(yè)內(nèi)部建立獨(dú)立的濃鹽水串級(jí)管網(wǎng)，將濃鹽水用于全廠。

3結(jié)論

1)根據(jù)不同回用水水質(zhì)選擇合適的工藝，采用膜法處理冶金工業(yè)廢水回用在技術(shù)上己經(jīng)成熟，國(guó)內(nèi)外己有不少成功的案例。2)冶金工業(yè)廢水進(jìn)行回收再利用，既減少?gòu)U水排放量，又使廢水資源化，是我國(guó)實(shí)現(xiàn)水資源可持續(xù)利用的有效途徑之一。膜技術(shù)的持續(xù)發(fā)展為冶金工業(yè)廢水回用提供了巨大的技術(shù)支撐，膜產(chǎn)品的逐步國(guó)產(chǎn)化進(jìn)一步擴(kuò)展了膜技術(shù)的應(yīng)用空間。3)冶金企業(yè)、膜制造商、工程公司的積極參與及國(guó)家政策的積極扶持，使膜技術(shù)成功應(yīng)用于冶金工業(yè)廢水回用，必將成為冶金工業(yè)廢水深度回用的主要技術(shù)之一。