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冷轧废水零排放技术

发布时间:2022-1-13 10:36:22  中国污水处理工程网

  随着我国环境管理政策和污水排放标准的日益严格,废水零排放工艺已成为废水深度处理与回用的主要发展方向。钢铁行业是我国水资源利用的耗水大户,吨钢新水消耗、工业水的重复利用率等耗水指标将成为钢铁企业可持续发展的重要环境影响评价指标。近年来,环保部门对钢铁企业排水指标提出了更严格的标准,并且对废水排放总量进行严格控制。冷轧废水污染物种类繁多,处理难度大且处理后出水水质要求非常高,国内一线钢铁企业已开始摸索冷轧废水零排放技术方案,实现真正意义上的冷轧废水零排放。

  1、废水零排放技术

  目前,国内零排放的主流工艺为膜法和热法。热法的主要包括多级闪蒸、多效蒸发和压气蒸馏。膜法包括:高压反渗透、碟管反渗透、电渗析(离子交换膜)、正渗透等。单独采用热法,虽然能达到“零排放”的目的,但设备投资巨大且运行费用较高。采用“膜法+热法”的组合工艺,可将废水浓缩至30-40倍,成为超高盐废水再经过热法处理,达到废水的零排放。不仅最大程度的降低了投资成本,减少了能源消耗,又合理利用了一部分水资源。而膜法对进水水质要求较高,因此,零排放技术可分为三个阶段:预处理阶段、膜处理阶段、蒸发结晶阶段。

  零排放新技术如下:

  1.1 碟管式反渗透(DTRO)

  碟管式反渗透属于特种反渗透膜元件,专门用来处理污染物浓度较高的废水,最早使用于垃圾渗滤液。核心是碟片式膜片、导流盘、O型橡胶垫圈、中心拉杆和耐压套管所组成的膜柱。进水通过导流通道进入底部导流盘中,并快速流经膜片,并转到另一膜片,在膜表面形成切向流过滤,浓缩液最后从进料端法兰处流出,透过液通过中心收集管排出,浓缩液与透过液被导流盘上的O型密封圈隔离。碟管式反渗透具有通道宽、流程短、高速湍流过滤的特点,因此,膜元件不易结垢污染、清洗周期长、使用寿命。

  1.2 电渗析(ED)

  电渗析技术是在外加直流电场的驱动下,利用离子交换膜的选择透过性,阴、阳离子分别向阳极和阴极移动,从而实现溶液淡化、浓缩、精制或纯化等目的。电渗析反应器是由多层浓缩隔室和淡化隔室交替组成的,通过隔板边缘特设的孔道,分别将各浓淡隔室的水流汇集成浓水和淡水系统,从而达到脱盐的目的。电渗析对悬浮物、油及硬度等较敏感,对COD、SiO2耐受性较高,但是电渗析脱盐率较低,淡水需回到前端单元进行除盐,且电渗析对有机物没有截留效果,淡水需进行高级氧化降解有机物。浓水结晶盐纯度高,适用于有分盐场所。

  1.3 机械式蒸汽再压缩技术(MVR)

  机械式蒸汽再压缩的原理是低温位的蒸汽经压缩机压缩,温度和压力提高,热焓增加,然后进入换热器与物料进行换热,充分利用了蒸汽的潜热,达到节能效果,蒸发过程不需补充蒸汽。蒸发过程中,废水中污染物容易附着在管束内表面,影响换热效率,需要定期维护清洗。

  2、冷轧废水零排放技术方案

  2.1 预处理阶段

  由于冷轧最终排放废水主要污染物为CODcr、石油类、总铁及硬度。最终排放废水经沉淀过滤工艺后,增加高级氧化处理工艺,如臭氧氧化、电氧化等,尽可能的降低废水中的有机物,保证后续膜处理系统运行。

  根据废水中硬度的种类及浓度的不同,选择不同的软化工艺,冷轧废水硬度较高,一般需要采用二级软化,药剂软化和离子交换树脂软化。药剂软化方法较为简单,即为简单的混凝沉淀工艺,根据废水碱度不同,采用氢氧化钠-纯碱软化法或石灰-纯碱方法。软化出水总硬度一般为50-80mg/L。离子交换树脂软化工艺用于去除水中钙离子、镁离子,使水中不易形成碳酸盐垢及硫酸盐垢,从而获得软化水。一般能将废水中的总硬度降至1mg/L之下。为满足离子交换树脂的进水要求,软化沉淀出水需增加过滤器及超滤装置,去除废水中悬浮物、胶体及大颗粒污染物。

  2.2 膜处理阶段

  为保证反渗透系统的正常运行及区分硫酸盐及氯化盐,一般在反渗透前段增加一级纳滤。纳滤操作区间介于超滤与反渗透之间,能截留纳米级的物质,能有效截留废水中的有机物及高价离子(如硫酸根离子)。一方面可降低废水中的有机污染物,将硫酸钠与氯化钠分离,便于后续分盐结晶工艺。根据水质情况不同,纳滤回收率一般达到85%-95%。纳滤膜耐受COD的污染,COD去除率一般60~80%,保证了反渗透系统的正常运行。

  反渗透是一种以压力差为推动力,从溶液中分离出溶剂的膜分离操作。反渗透元件分别低压抗污染膜元件及高压抗污染膜元件。若冷轧废水进水硬度不高,100-500mg/L,冷轧最终排放废水经高级氧化处理后,可先采用二段低压反渗透,对冷轧废水进行一步浓缩,回收率达为70%-75%。可降低软化系统处理规模,降低投资费用。

  浓水高压反渗透一般进水可溶性总固体(TDS)为5-8g/L,高压反渗透运行较低较高,一般为抗污染型海水淡化反渗透膜元件。根据进水水质条件,回收率可做到75%-90%,浓水TDS达到30-50g/L。

  碟管式反渗透(DTRO)与电渗析(ED)在业内均有较多的应用实例。一般而言,经120bar以上的碟管式反渗透(DTRO)与电渗析(ED),浓水TDS可浓缩至100g/L-16g/L,可取代蒸发器直接进入结晶器。ED淡水一般COD浓度较高,不满足回用要求,需要增加高级氧化装置,但ED浓水结晶盐纯度高,适用于有分盐场所。DTRO定期需进行清洗,且在高压系统中运行,对现场安装维护要求较高。

  2.3 蒸发结晶阶段

  由于蒸汽费用较高,在蒸汽富裕条件采用蒸汽换热,一般采用机械式蒸汽再压缩技术,蒸汽压缩机用电能转为热能供蒸发器使用。蒸发器运行过程中,蒸汽在管外部,高盐水在内壁。运行过程中发现产水量减少,表明设备污堵需要清洗。一般结垢发生器在管内壁,清洗较为困难,需要专业的清洗队伍进行清洗作业。

  结晶器给水罐温度约为100℃,通过蒸汽换热或蒸汽压缩机,满足循环液温度在110℃左右。在循环过程中,部分母液送入离心脱水机脱水,产生结晶盐,滤液回流至结晶器内。运行过程中需排出母液,母液可设母液干化系统,采用蒸汽蒸干处理。

  2.4 冷轧废水零排放工艺路线

  零排放工艺路线的选择分为混盐还是分盐工艺。其主要决定因素包括原水水质情况及工业盐的销路。若进水硫酸盐含量较高,可考虑采用分盐工艺,但分盐工艺投资及运行成本均较高,若暂时无法解决工业盐的销路,建议采用混盐处理,预留分盐处理占地空间及工艺备用出路,待后续具备条件时再进行分盐处理。图1为冷轧废水分盐零排放的工艺流程图。若采用混盐工艺,纳滤的浓水可直接与高压反渗透浓水一并进入DTRO/ED处理。

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  3、运行成本及投资估算

  3.1 药剂成本估算

  根据进水水质情况不同,药剂成本也不相同,针对冷轧废水常规进水水质情况,主要工艺段药剂成本如下表所示:

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  3.2 能源介质费用估算

  能源介质成本主要包括电耗、一次启动蒸汽、工业水、压缩空气等,由于各区域能源介质费用不同,系统配置不同,吨水能源介质费用相差较大,混盐工艺为3-4元/吨水,分盐工艺5-7元。

  3.3 固废处理成本

  废水零排放工艺主要将废水变为固体废弃物,若不能合理利用,固废处理成本很高。

  4、结语

  冷轧废水种类多,前端工艺的处理效果,直接影响到后续废水回用及零排放的技术方案及投资运行成本。废水零排放技术是未来废水处理行业的发展趋势,但固体废弃物处置问题是制约着零排放技术发展的关键问题。希望随着将来废水技术的发展,能提高工业盐纯度,达到资源循环利用,促进经济与自然、社会的持续、健康、协调发展。(来源:宝钢工程技术集团有限公司)

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