钢铁行业废水处理中的膜用阻垢剂的研究.pdf

钢铁行业废水处理中的膜用阻垢剂的研究 赵士学 1， 2 李宏煦 2 刘彦华 2 刘雪东 1 1. 北京能泰环保产业集团， 北京 100022;2. 北京科技大学冶金与生态工程学院， 北京 100083 摘要 介绍钢铁行业用水及排水现状， 水质特点， 水处理技术的水平， 适用于钢铁行业水处理零排放工程的一般预处理 及深度反渗透处理工艺， 采用这种工艺存在的问题及国内外广泛采用的解决方法。针对中水水质特性、 水质结垢特 点、 阻垢剂机制， 研究出一种适用于钢铁行业中水回用的膜用阻垢剂， 通过实验室动态试验， 结果说明 该药剂具有良 好的阻垢分散效果， 达到国内外普遍采用的阻垢分散剂的阻垢效果， 在钢铁行业废水回用处理中有良好的适用性。 关键词 钢铁行业废水;回用;反渗透;阻垢剂;零排放 RESEARCH ON FILM SCALE INHIBITOR OF TREATING WASTEWATER FROM IRON AND STEEL INDUSTRY Zhao Shixue1， 2Li Hongxu2Liu Yanhua2Liu Xuedong1 1. Beijing Nengtai Environmental Industrial Group， Beijing 100022， China; 2. School of Metallurgical and Ecological Engineering， Beijing University of Science and Technology， Beijing 100083， China AbstractIn this paper，the present situation of the using and the draining water，the water quality characteristics，the water treatment technology＇s level in steel industry have been given. The general pretreatment and the depth reverse-osmotic treat- ment porcess suitable for the waste water treatment zero emission project in an iron and steel industry，the existing problem of the process，and the solutions widely used at home and abroad are also presented. On the basis of the water quality character- istics，water quality scaling characteristics and the mechanism of the scale inhibitor，a new kind of film scale inhibitor suitable for the water recycling in steel industry is developed. By the laboratory dynamic testing，finally this medicament has a good effect on scale inhibition and dispersion，and the scale inhibition effect is as those at home and abroad. This kind of film scale inhibitor has the good serviceability in steel industry for the waste water recycling and processing. Keywordswaste water in iron and steel industry;recycling;reverse-osmotic;scale inhibitor;zero emissions 1钢铁企业废水及特点 钢铁企业生产环节多， 各环节用水量大， 用水量 较大的工序有炼焦、 轧钢、 炼钢、 炼铁等。在钢铁生产 过程中排出的废水主要来源于生产工艺过程用水， 设 备与产品冷却水和场地清洗水、 生活用水等。70 的 废水来源于冷却用水， 冷却用水是间接用水， 使用后 温度升高， 含盐量升高， 碱性增强， 而废水则含有随水 流失的生产用原料、 中间产物和产品以及生产过程中 产生的污染物。 1 炼铁废水 污染特征为水的浊度升高、 温度升 高、 色度升高和无机离子含盐量增加， 主要污染物为 酚、 硫化物、 锌、 锰、 氰化物等。 2 焦化废水 污染特征为水的浊度升高、 温度升 高、 色度升高、 有臭味、 无机离子和有机物含量增加， 主要污染物为酚、 苯、 硫化物、 氰化物、 油、 酸碱等。 3 炼钢废水和轧钢废水 污染特征为水的浊度 升高、 温度升高和无机离子含盐量增加， 主要污染物 为油等。 2钢铁行业废水治理现状 我国钢铁企业由于所采用炼钢工艺和水处理技 术的先进程度不同， 因而其工业废水的治理现状也不 同， 我国钢铁行业废水治理现状为 1 掌握了按质用水、 循环用水、 串级用水、 一水 多用等废水重复利用技术。 2 掌握了料场废水、 烧结废水、 高炉煤气洗涤 水、 高炉冲渣水、 转炉烟气除尘废水等相关的废水处 理技术， 但在水质监测仪表等设备的制造方面、 焦化 废水处理方面还不够先进。 25 环境工程 2010 年 4 月第 28 卷第 2 期 3 钢铁企业各工序的工艺废水和冷却水循环利 用率都达到了较高程度， 水质稳定技术也达到国际先 进水平， 但水质稳定药剂的自动控制和监测设备还有 一定差距。 4 处理轧钢乳状油废水的破乳技术、 超滤技术 和废酸回收技术通过多年努力取得较好进展， 但含油 污泥脱水、 有机膜的实用性和国产化还待解决， 总体 水平与国外先进水平还有差距。 3钢铁行业零排放工程 钢铁行 业 零 排 放 工 程 中， 采 取 的 一 般 工 艺 见 图 1。 图 1钢铁行业污水处理工艺 3. 1预处理 在预处理单元中采用高密度沉淀池去除水中主 要污染物， V 型滤池进一步去除 SS 和有机物。根据 处理工艺， 预处理单元主要包括 厂外格栅间及提升 泵站、 调节池及提升泵站、 高密度沉淀池、 V 型滤池及 加氯间、 加药间、 污泥脱水间。 3. 2深度处理 深处理站采用双介质过滤器和反渗透相结合的 处理工艺， 污水经过双介质过滤器进一步降低水的浊 度和 SDI 值， 然后进入反渗透装置脱除大部分盐类和 大分子有机物。经过预处理和深处理后的可达到生 产新水水质的指标。深度处理主要装置有 双介质过 滤器、 反渗透装置、 中水泵、 回用水泵、 反洗水泵、 阻垢 剂、 还原剂、 杀菌剂、 助滤剂、 酸碱等加药装置。 4反渗透系统稳定运行存在问题及解决方法 钢铁行业零排放工程反渗透系统运行时都存在 污堵和结垢问题， 污堵主要由非溶性的天然有机污染 物、 悬浮固体的污染和微生物沉积造成; 结垢由水中 离子浓缩后形成难溶解性盐类造成， 这些难溶解性盐 类有碳酸钙、 硫酸钙、 硫酸钡、 硫酸锶和金属氧化物 / 氢氧化物等。解决非溶性的天然有机污染物、 悬浮固 体的污染需要加入絮凝剂并配合净化设备解决污堵 问题; 微生物沉积通过投加杀菌剂进行杀菌解决污堵 问题; 难 溶 解 性盐 类 需要 加 入 阻 垢 剂 来 解 决 结 垢 问题。 针对宣钢零排放工程反渗透系统运行现状和使 用进口阻垢剂的优势和不足， 研究出一种适用于钢铁 行业废水回用处理中的膜用阻垢剂， 并对该阻垢剂性 能进行了评价。 4. 1反渗透膜用阻垢剂的研制与性能研究 4. 1. 1试验部分 1 试验试剂 丙烯酸、 马来酸酐、 亚磷酸、 AMPS、 丙烯酸酯、 链调节剂 自制 。 2 试验仪器 烧瓶、 滴液漏斗、 电热煲、 温度计、 冷凝器。 4. 1. 2反渗透阻垢剂 TW － 0150 的合成 向装有搅拌器、 温度计及冷凝器的四口烧瓶中加 入一定量的马来酸酐和丙烯酸， 加入溶剂和链调节剂 混匀， 加入 1 /3 量的质量分数为 10 的催化剂溶液， 升温至70 ℃ ， 同时滴加亚磷酸、 AMPS、 丙烯酸酯混合 液和剩余量的催化剂溶液， 进行聚合化反应 1. 0 ～ 1. 5 h， 提高反应温度至 80 ～ 90 ℃ 再进行反应 3 ～ 4 h， 将合成的产物进行过滤， 并用离子交换树脂进行 提纯， 然后用反渗透产水配成反渗透阻垢剂 TW- 0150 35 环境工程 2010 年 4 月第 28 卷第 2 期 的评价药液。 4. 2反渗透膜用阻垢剂的实验室阻垢效果评价 4. 2. 1静态阻垢试验 1 试验原水水质 宣钢中水经与处理后水质和 试验浓水水质见表 1。 表 1宣钢中水经与处理后水质和试验原水水质 mg/L pH 除外 项目pHSSCOD油总溶固总碱度余氯 NH3-N 钙硬总硬Cl － SO2 － 4 Fe2 原水7. 66001 5002 4001 8002 00010 中水经与处理后水7. 6 ≤5 ≤30 ≤2 1 500≤150≤0. 1 ≤5 489. 4799. 7607. 6647. 1 2 设计反渗透产品水水质 脱盐率 ≥95 、 pH 8 ～ 9、 水的回收率 75 。 3 试验温度 25 ℃ 。 4 试验药剂 阻垢剂 1 号 － 0100、2 号 － 0150、 3 号 － 191 和研制的 TW － 0150。 5 试验药剂剂量 2， 3， 4， 5 mg/L。 4. 2. 2试验结果 1 对碳酸钙的阻垢效果见图 2。 图 2阻垢剂对碳酸钙的阻垢率 2 对硫酸钙的阻垢效果见图 3。 图 3阻垢剂对硫酸钙的阻垢率 3 对铁的分散性能见图 4。 图 4阻垢剂对铁的分散性能 试验结果说明 合成的反渗透膜用阻垢剂 TW － 0150 在试验水质及工艺条件下对碳酸钙、 硫酸钙和 铁有好的阻垢分散效果， 同等药剂剂量下同 1 号 － 0100、 2 号 － 0150、 3 号 － 191 对碳酸钙、 硫酸钙的阻 垢效果基本相当， 在对铁的分散效果上优于 1 号 － 0100、 2 号 － 0150、 3 号 － 191 这 3 个进口药剂， 说明 合成的反渗透膜用阻垢剂 TW － 0150 更适用于中水 回用和零排放处理的反渗透工艺中。 5反渗透膜用阻垢剂的阻垢效果评价 5. 1试验方法 在试验装置的水槽内加入 50 ～ 80 kg去离子水， 待温度升至指定温度25 ℃ 后， 加入所需评价的阻垢 剂进行测定。试验用水同表 1。 1 取样时间 试验期间， 每间隔2 h测定一次产水 1 000 mL所需的时间。 2 计算渗透通量的计算见式 1 Jw Vw/ St 1 式中JW 溶剂透过速度， mL/ cm 2min ; VW 透过液的体积， mL; S 膜的有效面积， cm2; t 产水1 000 mL所需运转时间， min。 3 试验用反渗透膜为 Dow 化学公司 BW30 － 400 抗污染膜。 4 试验用药剂 膜用阻垢剂 1 号 － 0100、2 号 － 0150、 3 号 － 191、 TW － 0150。 5 试验药剂剂量 3， 4， 5 mg/L。 5. 2试验结果 使用不同药剂， 药剂量分别为 2， 3， 4 mg/L时透 过速度与渗透时间的关系见图 5 ～ 图 7。 实验室小型反渗透装置上的动态试验结果验证 了静态试验的结论， 合成的反渗透膜用阻垢剂 TW － 0150 在试验水质及现行小型反渗透装置运行条件下 阻垢效果 和铁 的 分 散 效果 明 显 优 于 1 号 － 0100、 2 号 － 0150、 3 号 － 191， TW － 0150 膜用阻垢剂抗污 堵能力， 阻垢分散强， 更适用于钢铁行业中水回用和 45 环境工程 2010 年 4 月第 28 卷第 2 期 图 5药剂量为 2 mg/L 时透过速度随渗透时间的变化 图 6药剂量为 3 mg/L 时透过速度随渗透时间的变化 图 7药剂量为 4 mg/L 时透过速度随渗透时间的变化 零排放处理的反渗透装置中。 6结论 1 合成的反渗透膜用阻垢分散剂 TW － 0150 是 一种低磷的环保型阻垢剂， 可生物降解， 相对于其他 进口药剂具有低的和均匀的相对分子质量， 减少了阻 垢剂本身对膜造成的污染。 2 静态阻垢试验考察反渗透膜用阻垢分散剂 1 号 － 0100、 2 号 － 0150、 3 号 － 191 和 TW － 0150 对碳 酸钙、 硫酸钙的阻垢性能和对铁的分散性能， 试验结 果说明了合成的反渗透膜用阻垢剂 TW － 0150 在试 验水质及工艺条件下对碳酸钙、 硫酸钙和铁有好的阻 垢分散效果， 同等药剂剂量下与 1 号 － 0100、 2 号 － 0150、 3 号 － 191 对碳酸钙、 硫酸钙的阻垢效果相当， 略好于 3 号 － 191; 在对铁的分散效果上优势明显， 分 散效果均好于 1 号 － 0100、 2 号 － 0150、 3 号 － 191 这 3 个药剂。 3 合成的反渗透膜用阻垢剂 TW － 0150 的阻垢 分散效果随着药剂浓度的增加， 效果不断增强， 药剂 量同阻垢分散效果成正比关系。 4 小型动态装置的试验结果与静态阻垢的试验 结果一致， 反渗透膜用阻垢剂 TW － 0150 适用于中水 回用和零排放处理的反渗透装置中。 参考文献 ［ 1］ 张娜， 孙咏红， 田妍. 反渗透阻垢剂的研究进展［J］ . 天津化工， 2006， 20 7 22- 24. ［ 2］ 杨惠琳. 反渗透阻垢剂在国外的研究与应用［J］ . 膜科学与技 术， 1990， 10 6 50- 55. ［ 3］ 李艳丽， 周柏青， 施有弟， 等. 反渗透阻垢剂的研究进展［J］ . 工 业水处理， 2004， 24 3 17- 20. ［ 4］ 王风云. 聚环氧琥珀酸的合成及阻垢性能［J］ . 应用化学， 2001， 18 9 23- 25. ［ 5］ 周伟生， 吕勇， 齐登谷. 反渗透膜用阻垢剂的实验室评价［J］ . 工 业水处理， 2005， 25 11 16- 18. ［ 6］周伟生， 杜启云， 于瑞香， 等. 聚环氧琥珀酸在反渗透系统中阻 垢效果的评价［J］ . 工业水处理， 2006， 26 10 58- 60. ［ 7］ 杜启云， 周伟生. 反渗透膜用阻垢剂的研制与应用研究［J］ . 膜 科学与技术， 2008， 28 6 75- 78. ［ 8］ 路有军. PTP- 0100 反渗透阻垢剂性能试验［J］ . 华东电力， 1999 7 32- 33. 作者通信处赵士学100022北京市朝阳区大郊亭中街 2 号院华 腾国际 2 号楼 9 层北京能泰环保产业集团 电话 010 87952135 E- mailbjtkhg 126. com 2009 － 11 － 18 櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅 收稿 欢迎订阅 环境工程 杂志邮发代号 82 －64 55 环境工程 2010 年 4 月第 28 卷第 2 期