双膜法在钢铁行业污水处理中的应用.pdf

JL川eZ川2 21ZQ ,, lgda o l,lte 一,1 l, o n al C o n f e rene e onDe sa一 in atio n a lld w a terReuse 753 双膜法在钢铁行业污水处理中的应用 黄永强 首钢长治钢铁有限公司动力厂 摘要 近年来 , 随着钢铁污水处理技术的成熟和超滤UF 反渗透 R O双膜法工 艺的不断发展 , 尤其是进入二十一世纪后 , 膜分离技术已经成为研究开发和大规模应用的热 点话题 。 国内钢铁行业 越来越多的采用双膜法脱盐工艺将钢铁污水进行深度处理后回用 于 生产系统 , 经过处理后的废水可 以用于循环水系统 、 锅炉用水以及一些 工艺用水 。 减少了钢铁行业 污水的排放量 , 为发展循环经济 和提高水资源的利用率带来技术支持 , 响应了国家节能减排发展循环经济的政策 . 我国钢铁企业是耗水大户 , 虽然排放的废水量不多 , 但耗水量很大 , 特别是在吨钢耗用新水量上与 国外差距很大 。 钢铁行业要发展和增产仅靠节水是不行的 , 要寻求新的水源 , 而最有效的方法就是 将综合排放污水进行处理回用 。 有数据显示 , 2 00 5 一2 007年我国重 点钢铁企业吨钢耗用新水量分别 为 8 . 6 时 、 6 . 4 3耐 、 5 . 31时 , 而国外先进钢铁企业耗水量仅为我国的一半 , 甚至更少 。 随着国家循环经 济理念的提出和深化 , 将钢铁行业产生的废水经过处理回用 , 减少废水的排放量就成了钢铁行业循 环 经济发展的重要因素 。 尤其是在缺水少水地区 , 倡导节能减排 , 提高水资源的综合利用率 、 降低 生产成本 、 节约 大量珍贵的地表水和地下水资源已成为企业在发展过程中保护环境和防治污染义不 容辞的责任 。 建设和谐社会的目标 、 可持续发展大的要求 、 水资源的匾乏和膜技术的高效能已经有 机的结合在一起了 。 本文详细介绍了钢铁行业 污水脱盐处理的工艺流程以及运行 中普遍存在的问题和工 艺优化采取的措 施 , 针对钢铁行业 污水水质变化复杂 , 双膜运行 中存在的污堵现象采取合理的 处理方案 , 保证系统 安全有效的运行 。 为钢铁行业 污水处理回收利用提供查考 , 为钢铁行业节能减排提供用 力措施 。 1 钢铁行业工业污水主要来源及特点分析 1 . 1对于钢铁行业来说 , 循环用水量 占总用水量的比例在9 5以上 , 其全场工业污水也主要来源 于循环水系统的排污 , 另外工业污水中也含有少量的生活污水 。 1 . 2 钢铁行业工业污水一般主要有一 下污染污浊度 、 C OD 、 碱度和硬度 、 油类 、 盐类等 。 浊度主要是用于水中悬浮物和胶体物质 引起的 , 工业循环水 中存在泥土 、 尘埃 、 沙粒 、 腐蚀产 物 、 水垢和微生物等不溶性组成 的悬浮物和铁 、 铝 、 硅的无机胶体物质和一些有机胶体物质 。 另外 工业污水中还存在氧化铁皮的物质 。 C OD 是表示水中还原性物质的一个重要指标 , 水中还原性物质有各种有机 、 亚硝酸盐 、 硫化物 、 亚铁盐等 。 C O D 主要由补充水进入循环水系统 , 在运行中不断被浓缩 。 另外工业循环水要投机阻垢 缓蚀剂 , 水质稳定剂 , 杀菌剂 、 絮凝剂 , 该部分药剂有好多是高分子物质 , 也有部分是还原性较强 的物质 , 投加到水中也会增加水的C OD 。 在循环水不断被浓缩 的情况下 , 碱度和硬度会不断升高 。 循环水系统污水排入水 中会使污水的 碱度和硬度比原水要高很多 。 工业污水中的油类主要是有热轧 、 连铸的工 艺设备的液压油泄露在浊循环水系统 , 而进入到污 75 4 ‘ ,‘丁‘白{{ 、{ J 二, J{{{亡六 ￡j 、 二寸 水中 。 盐类主要是随补水进入循环水 , 经过不多浓缩通过排污进入工业污水中 。 2 工业污水处理流程 钢铁行业污水处理流程大致可以分为两大部分 , 一部分是工业污水预处理 ; 另一部分是污水深 度脱盐处理 。 经过深度处理的污水水质 良好 , 含盐量低 , 可以用作生产过程中 , 达到节能减排的效 果 。 厂内废水格栅调节池 混凝/絮凝池配配水井井井一级提升泵房房 核桃过壳滤器 沉砂池二沉池接触池 池浮油 加次氯酸钠 污泥回流 污泥浓缩池 盘式过滤器 碱酸氯次酸钠 超滤系统 清洗系统 一级反渗透系统 去用水点 Ju n e20 12 20 一 2Qi n gdaInte rnat, o n a一 〔 ’o n允re nee o n o e sa 一 i n ation and w a te rReu se 755 2 . 1 钢铁工业污水预处理流程介绍 格栅 废水经过格栅可以截留大量的漂浮物 , 氧化铁皮和悬浮物 , 它可以实现连续清除各种形 状细小的杂物的目的 。 可根据需要选择不同格栅距的格栅 。 运行控制 格栅渠内设置液位计 , 实现格栅自动清渣 。 一级提升泵房 , 调节池 废水经过格栅进入调节池 , 在调节水量及水温和水质的同时 也可以对 与油渍通过集油管去除 。 潜水搅拌机 每座调节池底部设置潜水搅拌机 1 台 , 避免废水中比较大的固体颗粒沉积 、 板结 , 同时加强来水水质的均匀搅拌混合 。 集油管 每座调节池末端设有 1 根集油管 , 可收集调节池液面的浮油 、 浮渣 、 泡沫等漂浮物 。 集油管通径为20 0 , 浮油通过集油管排至浮油池 。 配水井 为了使进入混凝絮凝沉淀池的流量分配均匀 , 保证处理效果 , 在混凝絮凝沉淀池前端 设置配水井 1座 。 运行控制 废水通过潜水水泵提升至配水井 , 并在配水井进水母管设置电磁流量计 、 浊度仪 、 p H 仪表 , 在线显示水质及水量情况 。 混凝/絮凝沉淀池 对于来 自一级提升泵房的污水 , 通过化学加药口投加化学混凝/絮凝剂达到混 凝也絮凝的目的 , 池底设置排泥系统装置 。 沉砂池 对于混凝/絮凝沉淀池上层的清水进行沉砂 , 投加药剂进行沉砂 。 石灰 采用投加生石灰去除废水中的暂时硬度 , 使其满足回用水水质的要求 。 硫酸 投加硫酸降低污水的碱度 , 为后期的活性污泥处理保证了水的p H 。 二沉池 二沉池中有大量的活性污泥 , 活性污泥对水中的 COD 与 BOD 的降解 , 池底设置许 多的曝气口 , 对污水进行曝气 , 为生物降解提供大量的氧 。 池内设有污泥回流设备 , 提高活性污泥 的使用效率 , 减少经济成本 。 还设有排去剩余污泥设备 , 去除老死的污泥 。 接触池 活性污泥处理过的污水进入接触池 , 消毒采用次氯酸钠 , 次氯酸钠的投加点在接触池 进水总管上 。 次氯酸钠的优点 具有氧化作用 , 余氯保持时间长 , 投加量少 , 接触时间短 , 消毒效果 非常的显著 , 使用安全可靠 。 浮油池 由调节池及混凝絮凝池撤出的浮油被收集浮油池 , 池内设搅拌机以防杂物沉积 , 池 内 浮油通过排油泵排至污泥浓缩池 , 浮油池 内设有液位控制装置以保护搅拌机和排油泵 。 污泥脱水系统 污泥处理的目的在于降低污泥含水率 , 减少污泥体积 , 以便最终处置 , 污泥处 理包括污泥浓缩和污泥脱水两个阶段 。 核桃壳过滤器 工作原理主要是吸附作用 , 利用吸 附过滤分离作用来去除废水中的部分悬浮物 , 而且由于滤料具有亲水疏油性能 , 能同时去除水中的油类 , 滤料处理含油废水后容易再生 , 可 以针 对钢铁废水含有一定油类达到处理效果 , 这种过滤器反洗再生能力强 , 过滤性能稳定 。 2 .2 钢铁行业污水深度处理工艺流程介绍 预处理后 的中水含盐量浓度高 , 电导率一般200 0 林s / cm , 增加了水的导 电性 , 使腐蚀过程加快 、 结垢倾向显著 。 深度处理工艺为了脱 除水中大量的盐分和危害离子的浓度 , 选用先进的超滤UF 反渗透R O双膜法水处理工艺 , 不仅能够降低水中含盐量还能脱除水中的全部各种胶体 、 细菌 和微生物 。 2 . 2 . 1 盘式过滤器 盘式过滤器过滤机理在于通过压紧的塑料盘片实现表面过滤预审层过滤的结合 , 其核心技术就 是盘片 , 它由一组双面戴不通沟槽的聚丙烯盘片构成 , 相邻两盘片迭加其相邻的沟槽棱边便形成许 多的交叉点 , 这些交叉点构成 了大量的空腔和不规则的通路 , 这些通路有外向内是不断缩小的 , 过 756 了 ,卫2 {’ 了 ‘,‘ 今{‘J际JJ兑吉 1 1之‘会 2 0 二2年红月 滤时这些通路导致水的紊乱 , 最终促使水中的杂质被拦截在各个交叉点上 。 盘式过滤器可以通过时 间 、 压差 、 手动三种控制方式进行反洗 。 2 . 2 . 2 超滤保安过滤器 在超滤系统前设置保安过滤其作用在于截留来自预处理水中大于5 0 呷 的颗粒 。 从而保护超滤 膜正常工作 。 2 .2 . 3 超滤系统 超滤利用膜表面孔径的机械筛分作用 、 膜孔阻塞 、 阻滞作用和膜表面及膜孔对杂质的吸附作用 , 除去水 中的大分子物质和颗粒 。 一般认为是筛分作用 。 在外力作用下被分离的溶液以一定 的流速沿 超滤膜表面流动 , 溶液中的溶剂和低分子物质 、 无机离子从高压侧透过超滤膜进入低压侧 , 并作为 滤液而排出 , 溶液中的高分子物质 、 胶体微粒及微生物等被超滤膜截留 , 溶液被浓缩以浓缩液排出 超滤装置作为反渗透系统的预处理工艺设备 , 超滤装置的出水水质满足反渗透装置进水水质的要求 。 膜元件采用内压式中空纤维膜 。 超滤系统还要设置三套加药系统 , 进行投加次氯酸钠 、 酸性和碱性 超滤膜清洗剂 , 配合清洗超滤膜 , 有效恢复超滤系统的正常工作能力 , 防止膜污堵 。 中水经过超滤 过滤后 SDI可 以降至4 以下 。 2 .2 .4 5林保安过滤器 5林保安过滤器是反渗透的最后一道屏障 , 作用是截留水体中大于 5林的颗粒 , 以防止其经高压泵 加速后击穿反渗透膜组件 。 使得反渗透系统脱盐率下降 。 滤膜要采用抗污染 、 寿命长 、 易更换的 。 2 . 2 . 5 反渗透系统 反渗透装置是本系统中最主要的脱盐装置 , 反渗透系统利用反渗透膜的特性来除去水中绝大部 分可溶性盐分 、 胶体 、 有机物及微生物 。 本系统采用一级反渗透系统 , 对于用水水质要求高的处理 系统可 以采用二极反渗透系统 。 反渗透膜组件均采用耐污染能力较强的复合膜 , 脱盐率在 9 8以上 , 回收率一般控制在7 5 , 一般钢铁废水脱盐处理采用一级反渗透系统 , 如果对处理水质要求高 , 可 以采用两级反渗透系统处理 , 或针对不同要求使用电渗析法在进行深度处理 , 此过程在综合经济效 益与工艺要求 , 使其最大合理化 。 3 工艺特点与处理效果 由于来源污水水质波动变化较大 、 预处理水质无法达到进水超滤运行要求 、 超滤污堵等严重问 题 。 所 以通过两个阶段试验对工 艺进行分析优化 , 第一阶段为预处理优化 , 主要是根据污水水源水 质波动规律 , 通过混凝试验和现场工艺测试相结合 , 确定药剂类型和最佳投量 , 确保预处理水质达 到膜处理系统进水水质要求 ; 第二阶段完成双膜处理系统优化 , 确定各设备的最佳运行参数 , 系统 基本能够达到稳定处理的要求 。 3 . 1 预处理 问题及工艺优化 预处理一般选用混凝剂为聚合硫酸铁 , 投加量 40 一6 即pm ; 絮凝剂为分子量大于 100 0 万的阳离 子聚丙烯酞胺 , 投加量 1 一Zpp m , 所以混凝效果不好 , 高密反应池矾花细碎 , 出水浊度 SNTU , 色 度高 , 运行一段时间后续超滤设备SDI很快上升到7 一8, 膜片呈均匀的黄褐色 。 经过分析认为是超滤 进水中含有大量的混凝剂残余 , 以及 以离子或小分子形式存在的钙 、 铁盐絮凝剂残留物 , 穿过管道过 滤器进入到了超滤组件 。 同时过量 的阳离子型聚丙烯酞胺絮凝剂也同阴离子型超滤膜紧密吸附 , 化 学清洗 困难 。 在对超滤组件进行化学清洗并观察产水恢复效果的同时 , 更换混凝剂为聚合氯化铝 、 絮凝剂选用非离子型聚丙烯酞胺 , 降低药剂的投量 , 适 当增加石灰投加量 , 经过调整 , 预处理出水水 质提高 , 浊度蕊Z NTU , 超滤膜经酸洗后产水效果明显改善 , 其产水S D I降至4 以下 , 且运行稳定 。 Ju ne 2012 20一 2Qi n gda oInter nation a一eo n化renee o n oe sarinatio n and w a teR eu se 7 57 3. 2 超滤装置问题及工艺优化 超滤用于污水处理 , 膜的武堵是不可避免的 , 在超滤运行中一般都设计具有正冲和反冲及常规 的在线浸泡清洗 , 一般2 0 分钟到一小时进行一次反冲洗 , 8小时以上进行一次低pH 或高 pH 清洗 , 当进行高pH清洗时一般会加入一定量的N a C l o 以增强清洗效果 , 建议采用反渗透浓水进行反冲洗 , 这样有利于节约水资源 。 当超滤运行 了一段时间后 , 产水量会逐渐下降 , 并且通过在线的水洗和加 药反洗无法恢复水通量 , 严重时产水量可 以降低 50 , 此时就必须对超滤进行离线化学清洗 。 UF 污染主要表现为 产水量降低 、 产水水质变差 , 同时伴有进水压力增大 , 并有一定的断丝现象 , 跨 膜压差增大 。 当UF污染严重时 , 会使 UF 内产生一层海绵体 , 当化学清洗时 , 在冲洗时残留的氢氧 化钠或次氯酸钠不能及时冲洗干净 , 会缓慢释放 , 这给 RO 系统带来严重 的危害 , 有些系统发生重 大事故 , 大多是这种原因 。 通过及时对污堵物的取样分析 , 有机物含量高 , 证明胶体 、 细菌 、 微生 物污堵严重 ; 钙含量为 30 , 证明为无机盐类结垢 ; 红色铁类物质较多 , 证明超滤膜对高价态 、 活 J胜强的金 属具有较高吸附能力 。 针对污堵物 , 采取了酸洗 、 碱洗 、 氧化剂清洗的方案 , 酸洗去除无 机物污堵尤其是铁胶体的污堵效果比较 明显 , 碱洗和氧化剂清洗去除截留在超滤膜膜孔 内的有机物 和并且杀死细菌 。 通过调整预处理工艺 , 以及加强超滤系统监测 , 及时发现污染并进行清洗 , 超滤 系统运行稳定 , 清洗周期也逐步延长 。 3 .3 反渗透装置问题及工艺优化 由于来水中主要水源为循环排污水 , 在循环水系统中己经过换热浓缩的水中个离子含量都较高 , 而且pH 也很高 , 极易产生结垢尤其是进入反渗透系统后还有浓缩过程 , 就给膜元件的运行造成了 极大压力 , 因此在进入R o系统之前要对pH进行调控 , 一般进行加酸处理 , 以减少反渗透膜元件的 污染 。 一般只要超滤出水水质控制较好SD I值簇4 , 浊度毛0 . 2 NT U , 反渗透装置运行就会比较正常 , 进水压力一般为 1 . 0 一 1 . 2MPa , 一段压差为 0 .5 一0 . 6MPa , 二段压差为 1 . 0 一 1 . 2MPa , 产水 电导率 蕊5 0 峪/ c m , 脱盐率可达到9 7以上 , 产水量正常 。 因钢铁废水中氟离子含量较高 , 为避免氟化物结 垢而使反渗透膜产生不可逆的破坏 , 我们要将产水率控制在60 一6 5 。 以保证系统运行稳定 , 保证反 渗透清洗周期更长一些 。 反渗透系统在正常运行条件下出现下列现象之一就应该及时分析污染原因 , 进行清洗并调整系 统工艺措施 。 l 正常压力下 , 产水流量降低了额定流量的1 0 一 1 5 ; 2 为保证温度不变时产水流量恒定 , 给水压力增加 10 一巧 ; 3产水水质质量降低了10 一巧 , 盐透过率增加了 10 一巧 ; 4某段的压降明显增加 。 14 运行状况 系统投运以后 , 系统能够正常运行 , 系统采用一级反渗透深度处理出水能够达到了工业循环 冷却水处理设计规范G B SOo 50一2007要求 , 回用于生产 中各循环系统 , 再经过其他简单处理就能 够达到其他工艺用水和锅炉用水水质 , 大大提高了废水的循环利用率 。 预处理效果是系统稳定运行 的关键 , 在预处理阶段去除大部分污染物能减轻后续处理设备的负担 , 延长超滤和反渗透系统运行 时间 , 提高超滤和反渗透系统产水量 , 从而从根本上保证 出水水质 。 4 结论 膜分离技术被认为是二十一世纪最有发展的前途的高新技术之一 , 目前己广泛应用到生活应用 水 、 生活污水和工业污水等的各个领域 , 随着社会经济的进一步发展 , 人们对环境问题日益重视 , 758 20 12青岛国际脱盐大会 20 1 2年6 月 环境保护和可持续发展观念深入人心 , 双膜法在污水深度处理中使用将会越来越广泛 。 我国是世界 上水资源缺乏国家之一 , 随着工业的飞速发展 , 用水量越来越大 , 水资源不足己构成对工业发展的 一个重要制约因素 。 所以通过新的水处理工业将污水回用将是我国工业发展的一个趋势所在 。 使工 业发展污水达到真真的零排放 , 废水经处理后安全高效回用于生产 , 取得良好的经济效益 、 社会效益 和节能减排效益 。 5 参考文献 〔 l ]污水处理厂技术与工艺管理伊学农主编北京 化学工业出版社 , 2 0n . 1 1 [ 2 ] 污水处理技术柏景方主编哈尔滨 哈尔滨工业出版社 , 200 6. 6 [ 3 ] 反渗透水处理应用技术及膜水处理剂周正立编著北京 化学工业出版社 , 200 5. 4 [ 4 ] 双膜法水处理运行故障及诊断郑书忠等编著北京 化学工业 出版社 , 20 11 . 8 [ 5 ] 膜分离技术基础王 ,一二版, 北京 化学工业出版社 , 200 6. 6