膜法水处理技术在钢铁企业废水回用中面临的挑战及对策的研究 4页

'膜法水处理技术在钢铁企业废水回用中面临的挑战及对策的研究张智瑞（中冶京诚工程技术有限公司北京100176）【摘要】膜法水处理技术已经越来越多的应用于钢铁企业废水回用中，但这种技术也面临着许多的问题和挑战。分析了存在的问题和面临的挑战，提处理一些应对的措施。【关键词】废水回用膜技术预处理对策1膜法水处理技术目前，常用膜分离技术主要指微滤（MF）、超池（UF）、纳滤（NF）、反渗透（RO）、和电渗析（EDI）等。膜分离的基本原理比较简单：原水经压力驱动通过亲水多微孔的膜表面，只有水可以透过膜，其余具有较大分子杂质将被截留⑴。膜法水处理技术是以膜分离技术为核心的水处理技术，膜法水处理技术相对于传统混凝、沉淀及过滤等技术而言，不仅具有传统技术去除悬浮物、浊度等污染物的效果，还可进一步去除水中部分或大部分溶解态盐。2膜法技术已在钢铁行业广泛应用膜法水处理技术已经在钢铁行业进行了广泛的应用。膜法水处理技术在钢铁企业的应用主要是以脱盐为目的的。原水屮的含盐量及企业对回用水含盐量的要求是选择除盐工艺的决定性因素。从钢铁企业排放废水的水质指标可以看出，钢铁企业废水的电导率一般在2000Ms/cm左右，甚至更高。传统的离子交换工艺是一种绝对交换工艺，高含盐量的原水会导致交换树脂频繁的再生，耗酸碱量和耗水量较高，而且除盐率相对不高。因此，离子交换工艺不适用于钢铁企业废水回用工程。相比之下，膜法脱盐具有运行周期长、运行费用低、自动化程度高、脱盐率高的优点。膜法脱盐已经成为钢铁企业废水回用的主流技术。膜法脱盐工艺根据回用水质的不同，工艺也不同。3面临的挑战膜法水处理技术虽然已经广泛应用于钢铁企业的废水回用工程中，但仍然面临着许多问题和挑战。3」水质复杂的挑战钢铁企业的排水废水具有一定的相似性。钢铁企业所排废水中主要污染物为悬浮物、油等，表观体现为色度高、浊度较大；硬度、含盐量较高，与苦咸水水质类似；一般BOD/COD值较低，可生化性较差。同时，钢铁企业排水又具有不确定性和不均衡性。北方地区企业多采用地下水作为生产新水，经过数倍浓缩后进行排放，造成了废水中的高硬度，加之水中含有硫酸根进而形成硫酸钙。这対膜法除盐系统是一个巨大的挑战,很多时候在膜法之前都要进行除硬的工艺设计,这势必大大增加了工程总体造价。此外，氟化钙对采用膜法进行深度处理也是一个很头痛的问题。水中高含氟的地区，如天津和沧州就遇到了此类问题。还有些企业排放的废水中含油量很高，这都对膜法水处理技术形成了较大的威胁。3.2纳滤工艺仍无应用实例NF膜介于RO与UF膜之间，主要去除直径为lnm左右的溶质粒子,截留分子量为100〜1000cNF膜几乎对所有的溶质都有很高的脱除率，X"jNaCI的脱除率在90%以下。NF膜的一个很大特征是 膜本体带有电荷性，它对二价离子特别是阴离子去除率达到了99%。废水处理经过除盐后仅回用做循环水系统补充水时，可采用纳滤工艺进行脱盐。循环水由于在系统运行过程中的蒸发，其含盐量会增高，为了保证水质稳定平衡，需要对系统进行补水。目前，我国循环水系统(净环)设计补充水一般采用软化水，而软化水的主要出水控制性指标为钙离子含量小于等于0」德国度(~1.79mg/L)。纳滤膜対钙离子的去除率可达到99%o按进水钙离子含量200mg/L作为设计进水，采用纳滤工艺出水钙离子含量仅为2mg/L左右；这样的水质对于系统补充水已经足够了。此外，也可采用一级反渗透工艺，反渗透运行的压力一般在1.5Mpa,甚至更高，而纳滤工艺的运行压力一般为0.5〜l.OMpa之间。因此，在相同的产水量条件下，纳滤工艺较反渗透工艺更节能。但目前实际运用屮多采用的是一级反渗透工艺，而纳滤工艺则鲜为报道。这可能是以下两方面原因造成的：一是反渗透工艺较纳滤产水水质好。钢铁企业为了减少排污，不断的提高循环水系统浓缩倍率。这就需要更高品质的补充水来实现。二是反渗透除盐工艺成熟、应用广泛，而纳滤工艺软化除盐在我国钢铁行业还没有应用的业绩。因此，企业在选择工艺时会持慎重态度往往选择反渗透工艺。3.3设计工艺不恰当除盐水项目实施过程屮经常出现设计工艺不恰当的现象。这种现象分为两种情况，一是项目实施前期废水水质的检测情况不足，工艺设计时采用的水质分析资料不全。项目实施后,废水水质变差导致除盐水系统运行周期变短，膜的寿命缩短。二是钢铁金业对生产屮所需水质不清楚，提出用水水质要求远高于正常用水水质指标，而工程公司刈•钢铁企业生产工艺不了解,只能满足业主要求。这就造成了“高指标低使用"的情况，浪费能源、增加了企业支出。三是预处理系统设置欠缺，许多的公司在废水深度冋用屮多采用了传统的混凝、沉淀、过滤方式作为了反渗透装置的预处理，特别是得利满公司的高密度沉淀池+V型滤池的工艺几乎成为了钢铁企业废水处理的标准模式。而钢铁企业排放废水的复杂性往往导致反渗透在实际运行中经常发生污堵，运行周期短的现象。因此，单纯的以传统的方法做深度处理的预处理是欠缺的。3.4浓盐水利用存在的问题采用膜法进行废水深度处理不可避免的会产生浓盐水。采用一•级除盐工艺的，系统会产生25〜30%的浓盐水；采用二级除盐水工艺的也会产生20〜25%的浓盐水。目前，浓盐水一般送至炯渣、浇洒道路、原料厂喷洒进行再利用。但对于大水量的废水冋用项目，产生的浓盐水量比较大，仅靠上述这些利用环节还不能消耗掉多余的浓盐水。这些多余的浓盐水如何再次利用，真正实现废水的零排放还值得进行深入的研究。4对策的探讨4」重视对排放废水的水质监测钢铁企业往往对炼铁、炼钢及轧钢等生产工艺所需水的水质进行长期的日常监测，而対于排放的废水往往缺乏监测资料。在设计废水处理工艺时，提供位设计方的资料一般是单日的某个取样的结果，不具备代表性，而作为设计的依据更不具备条件。在日后的运行过程中,对膜系统运行缺乏预警性作用。通常是膜污堵后才进行原因分析，此时刈•于膜系统已经造成了不可逆的污染。因此，重视和加强对排放废水的监测是非常有必要的。4.2膜法做预处理膜法预处理主要是以微滤及超滤为过滤主体去除悬浮物及部分高分子有机物，保护后续深度处理的核心部分一反渗透。当然，膜法预处理并不是用微滤或超滤代替全部的传统预处理。膜法预处理可在传统预处理之后使用，这样可以大幅度提高系统的稳定性，可提高超滤或微滤的过滤 周期，并使反渗透系统运行周期变长。应该可以说，传统预处理+膜法预处理+反渗透的工艺一种安全系数比较高的处理流程。目前，采用该工艺处理废水的钢铁企业有太钢、邯钢、首钢和鞍钢。但是其造价比较高，占地比较大。膜法预处理还可使用超滤或微滤与其它过滤装置或澄清装置组成短流程工艺。例如，在线混凝+多介质过滤器+超滤的工艺。多介质过滤器设置超滤之前主要去除悬浮物，保护超滤。多介质过滤器的滤速设计一-般不超过IOm/h,滤速过快会导致过滤效果降低。同时在多介质进水端进行在线投加混凝剂，混凝剂经过管路短时间内与水屮胶体及有机物反应形成微絮凝体。多介质过滤器截流混凝所形成的微絮凝体，去除水中大部分的悬浮固体和大分子有机物，提高超滤膜通量。超滤膜截流水屮微小絮凝体，去除水屮残留的悬浮固体和部分有机物，进一步提高水质。采用短流程工艺处理废水的钢铁企业有唐钢、新疆八一钢厂、济钢、五矿营口等。上述工艺屮，可采用连续微滤代替超滤；还可根据原水水质情况，采用更高滤速的叠片式过滤器、纤维朿过滤器等代替多介质过滤器。此外，根据水源水质的特殊情况，可对膜法预处理工艺进行适当的调整。如：当含油量高时，可在过滤器及超滤前设置化学除油器，或采用陶瓷膜过滤器+活性炭过滤器的预处理方式。膜法预处理相対于传统预处理而言，具有占地小、施工难度系数小、投资省、自动化程度高等优势。因此，可以说膜法预处理是今后钢铁企业废水深度处理技术不可或缺的。4.3合理的选择处理工艺根据用水水质的要求，合理的选择膜法水处理工艺。4.3.1冋用作循环水系统补充水回用作循环水系统补充水时，可根据原水的硬度来选择钠离子交换或纳滤。一般来讲,废水回用中，原水的硬度比较大，采用钠离子交换的方法存在运行周期短、耗盐量大的缺点。虽然纳滤目前应用较少，但纳滤将是未来软化的一种趋势。对于要求较高的软化水，可采用纳滤+钠离子交换的工艺。4.3.2冋用作冷却用水随着炼铁、炼钢、轧钢工艺水平的提高，工艺生产对冷却用水的水质指标也越來越高。过去冷却用水要求采用软化水的，现在越来越多的提高到--级除盐水，特別是废水回用的一级除盐水。废水回用的一级除盐水制水工艺一般采用一级反渗透。从系统配置上多采用一级两段式，段间膜数量比采用2：1。由于废水水质较差，系统的回收率建议控制在75%以下。膜的选择上，一般釆用抗污染性好的膜元件，如美国TOW的FR系列和海德能的了LFC系列等。4.3.3冋用作产蒸汽用水钢铁企业生产过程屮需要用蒸汽的设施很多，如汽动鼓风机、厂区采暖、煤气发电等。对于厂区采暖一般采用低压蒸汽锅炉，锅炉用水采用软化水或一级除盐水即可。钢铁企业汽动鼓风机和煤气发电用锅炉通常采用汽包炉，所需除盐水水质指标根据锅炉过热蒸汽压力不同要求也不同，见表1：锅炉给水指标表1锅炉过热蒸汽压力MPa电导率硕度二氣化硅ys/cm25Tpmol/cmLig/cm3.8〜5.8<5<2.0<1005.9-12.6<5<2.0<2012.7-15.6<0.30<1.0<2015.7-18.3<0.30-0<20一般而言，对于蒸汽压力小于12.6MPa的锅炉，废水经过二级反渗透工艺即可达到用水要 求。对于大于12.6MPa的锅炉，采用二级反渗透+混床可满足用水要求，目前也有采用二级反渗透+EDI的工艺，但其一次投资和后期运行费用较高（包括折旧）。在系统配置上,第一级系统与回用作冷却用水工艺配置相同；第二级系统膜选择上往往采用更节能的低压反渗透膜元件，如美国TOW的LE系列膜元件、海德能公司的ESPA系列等。4.3.4回用作为冷轧用水由于国民经济的发展、人民生活水平的提高，市场上对冷轧板材的碍求量愈来愈大。对于碳钢冷轧采用一级除盐工艺就能满足用水水质要求。対于不锈钢冷轧対除盐水要求电导率小于10ps/cm（也有要求小于5ps/cm）,采用二级反渗透工艺是比较合适的。4.4积极探寻浓盐水的去处膜法除盐不可避免的会产生浓盐水。废水回用工程中浓盐水的含盐量大致在8000~lOOOOmg/LZl"n],相对于原水而言，浓盐水中还含有阻垢剂、还原剂等物质。其再处理的难度较大，目前还没有再处理利用的实例。因此，在厂区内进行内耗仍然是目前主流趋势。积极的寻找利用方法，多渠道的利用浓盐水是当前主要的出路。[参考文献I[1]王湛.膜分离技术基础[M].北京:化学上业出版社,2000:36-42作者简介：张智瑞（1980-）,男，2006年毕业于重庆大学，硕士，工程师，现从爭水处理设计及研究工作。联系方式：地址：北京市亦庄经济技术开发区建安街7号动力与水资源所100176电话:010-6783584113811670238Emaikzhangzhiruil@ceri.com.cn'