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钢铁行业废水零排放技术探索

北极星环保网来源:环境工程 铁 赵春丽等2019/8/7 9:17:56我要投稿

2钢铁企业综合污水处理厂

我国多数钢铁联合企业大都设有综合污水处理厂,但多数只是对全厂各工序汇集的生产、生活废水进行常规的气浮、生化、混凝、沉淀、消毒等处理,无深度处理(除盐)流程,出水可部分回用于生产系统,但长期运行造成盐度积累,必须外排部分废水以保持全厂循环水系统水质稳定,所以必须考虑出水脱盐问题。

目前常用的脱盐技术主要有离子交换、电渗析、反渗透等。

离子交换是利用离子交换剂,使交换剂在水溶液中电离出交换离子和原水中可交换离子之间发生等质量规则的可逆性交换,导致水质改善而离子交换剂的结构不发生实质性变化的水处理方式。离子交换最主要的消耗来源于酸碱再生消耗的药剂费用,同时离子交换酸碱再生易造成酸碱废水污染。通常,离子交换脱盐适宜的范围为含盐量小于300mg/L,过高的含盐量将导致设备过大、再生频繁、劳动强度高、操作过于复杂、运行费用过高。

电渗析法是在外加直流电场作用下,利用离子交换膜的选择透过性,即阳离子交换膜只允许阳离子透过,阴离子交换膜只允许阴离子透过,使水中阴阳离子作定向移动,从而达到离子从水中分离的一种物理化学过程。电渗析较适用于含盐量在300~500mg/L的脱盐处理。

反渗透主要是将溶剂和溶剂中离子范围的溶质分开,只允许水、溶剂通过,可脱除水中绝大部分的盐分及大分子有机物。反渗透由于分离过程不需加热,没有相的变化,耗能较少,设备体积小,操作简单,适应性强,因此在水处理中应用范围日益扩大,已成为重要的水处理方法,是目前脱盐的最经济有效的手段之一。对含盐量超过500mg/L的水,最经济的脱盐手段是反渗透。钢铁企业综合污水处理厂初级处理出水中含盐量常高达3000mg/L以上,因此采用反渗透是最经济有效的手段。

钢铁行业废水深度处理工艺采用预处理+深度处理(二级反渗透)的主工艺,去除废水中主要污染物和盐类,保证最终出水的总含盐量(TDS)、硬度、悬浮物、Cl-等指标满足回用水要求,原水回收率为70%~75%。一级反渗透出水可直接作为净环补充新水,二级反渗透出水可作为锅炉用软水补充水,反渗透浓盐水(TDS≈10000mg/L)通过单独的管网部分回用于炼钢焖渣、炼铁冲渣等处。

此种废水深度处理工艺已在五矿营口中板有限责任公司3万m3/d综合污水处理厂和安阳钢铁股份有限公司10万m3/d综合污水处理厂等企业投入使用,反渗透出水水质可稳定满足企业净环水用水水质要求。此外,宝钢集团有限公司、太原钢铁集团有限公司、首钢迁安钢铁有限责任公司[7]、唐山钢铁集团有限责任公司等大型钢铁集团、酒泉钢铁集团[8]、天津钢铁集团有限公司[9]废水深度处理均采用了反渗透处理工艺。

3存在问题

1)该工艺存在的主要问题是浓盐水的去向。由于反渗透过程产生大量浓盐水,有15%~40%的浓盐水难以处理,含盐量高,用于喷洒地坪、高炉冲渣和转炉闷渣等的水量有限,剩余部分没有去处,只能排入外环境[10]。

2)浓盐水含盐量高、腐蚀性强、易结垢,对管道、喷头等腐蚀严重,容易造成堵塞。回用浓盐水于生产系统,对管道要求较高,需采用高强度、抗腐蚀的钛合金等,一次性投资较大。

钢铁联合企业将部分浓盐水排至外环境,导致海水、河水盐浓度越来越高,对水生生态环境造成严重影响,无法真正实现“零排放”。

4“零排放”解决方案

浓盐水处理的技术难点在于其有机污染物的降解、高含盐水减量处理技术以及经济、适用的蒸发结晶技术的开发上。该领域技术的研发重点:一是开发高含盐水浓缩减量处理装置的预处理技术和新型耐高盐膜材料处理高含盐废水工艺装置。二是开发浓含盐干燥结晶处理工艺技术。如焙烧技术:开发适合高含盐无机物焙烧干燥结晶炉型,开发专用焙烧炉,选择适合钢厂工况下较为经济的燃烧介质。再如,余热回收利用技术:开发出多级多效蒸发器,并通过生产性试验,研究各级余热回收配比、完善设备结构,实现余热回收最大化。三是进行浓含盐废水回用及最终消纳目标的选择研究。

太钢废水零排放处理方案采用预处理单元+膜处理单元+浓缩结晶单元工艺(见图2)。太钢浓盐水水质具有含盐量较高、硬度较高、水质成分复杂等特点,用TMF膜组件和传统石灰软化相结合的水处理技术去除水中硬度和金属物质,经过石灰纯碱软化和机械搅拌澄清池浓缩分离,去除80%~85%的钙镁硬度和95%金属物质及对浓水反渗透有威胁的有机化合物。经过投加石灰纯碱TMF单元和钠床软化单元处理过的浓盐水再进入浓盐水反渗透单元。最剩余浓盐水进行蒸发结晶处理(见图3),产生凝结水和杂盐,凝结水回收利用,结晶杂盐袋装后作为融雪剂或作他用,最终真正实现废水“零排放”。

5总结

本文介绍了钢铁行业废水深度处理工艺及存在的问题,综合污水处理厂采取二级反渗透可使出水满足回用水要求,达到提高水循环利用率,节约水资源的目的。但该技术存在一个严重问题,即浓盐水的后续处理问题,若未经处理排至外环境,就会造成严重的水环境影响,无法真正做到废水零排放。

太钢采用预处理单元+膜处理单元+浓缩结晶单元工艺对浓盐水进行减量化处理,最后剩余浓盐水进行蒸发结晶处理,产生凝结水和杂盐,凝结水回收利用,结晶杂盐袋装后做为融雪剂或做它用,最终真正实现废水“零排放”。

钢铁行业浓盐水处理项目投资大,运行成本高。因此,在保证经济可行的前提下,建议国内大型钢铁联合企业逐步采用浓盐水蒸发结晶技术或开发更加经济可行的新技术,真正实现生产废水零排放,为践行“生态文明”,实现“美丽中国”做出中国钢铁行业应有的贡献。

延伸阅读:

钢铁工业废水零排放中的浓盐水处理技术

钢铁企业生产废水零排放技术浅析

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