鋼鐵工業(yè)作為我國(guó)工業(yè)發(fā)展的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè), 既是用水大戶(hù)也是排污大戶(hù)。隨著現(xiàn)代化工業(yè)的迅速發(fā)展, 用水量劇增,水資源短缺,已成為鋼鐵工業(yè)發(fā)展的瓶頸。要解決這一問(wèn)題, 鋼鐵企業(yè)僅靠節(jié)水是不夠的, 必須要尋求新的供水來(lái)源,而最直接、 最經(jīng)濟(jì)、 最有效的途徑就是將綜合排放的廢水處理后循環(huán)利用。

鋼鐵工業(yè)廢水回收利用技術(shù)及設(shè)備研究工作是一項(xiàng)極具有社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益的工作。但是在鋼鐵企業(yè)的廢水處理過(guò)程中, 如果不涉及脫鹽工藝,處理后的水的含鹽量會(huì)很高,仍不能滿足工業(yè)循環(huán)水系統(tǒng)補(bǔ)充水的要求。循環(huán)水經(jīng)高倍濃縮后, 水中各種離子濃度增加, 會(huì)產(chǎn)生一系列物理、化學(xué)變化, 導(dǎo)致管道系統(tǒng)腐蝕、 結(jié)垢嚴(yán)重, 影響設(shè)備正常運(yùn)行,甚至縮短設(shè)備的使用壽命。因此,在鋼鐵工業(yè)廢水處理技術(shù)中,研發(fā)高效低耗的新型除鹽技術(shù)具有積極意義。

目前鋼鐵廠廢水脫鹽技術(shù)主要有3 種: 即離子交換工藝(陽(yáng)床+ 陰床+ 混床)、 膜法除鹽工藝(超濾和反滲透)和電吸附除鹽工藝。長(zhǎng)期實(shí)踐已證明,離子交換是一種成熟有效的水處理工藝,脫鹽效果好。但該工藝存在設(shè)備占地面積大、 系統(tǒng)操作維護(hù)頻繁復(fù)雜、 出水水質(zhì)呈周期性波動(dòng)的缺陷,并且需要投加絮凝劑和耗費(fèi)大量的酸堿,不利于環(huán)境保護(hù);膜法除鹽工藝和電吸附除鹽工藝集技術(shù)性、 可靠性、 環(huán)保性、 經(jīng)濟(jì)性為一體,比離子交換工藝更具有綜合優(yōu)勢(shì),目前得到廣泛重視,下面對(duì)這兩種工藝分別進(jìn)行介紹。

1、膜法除鹽工藝的應(yīng)用

雙膜法工藝主要指超濾+ 反滲透( RO) 的處理工藝,該工藝主要采用膜分離技術(shù)制取脫鹽水。超濾原理是一種膜分離過(guò)程原理, 是利用一種有機(jī)或無(wú)機(jī)超濾膜,在外界推動(dòng)力(壓力) 作用下截留水中膠體、 顆粒和大分子量的的物質(zhì),而水和小的溶質(zhì)顆粒透過(guò)膜的分離過(guò)程。當(dāng)水通過(guò)超濾膜后,可將水中含有的大部分膠體硅除去,同時(shí)可去除大量的有機(jī)物等。超濾的采用大大提升了預(yù)處理的效果,增強(qiáng)了對(duì)反滲透系統(tǒng)的產(chǎn)水率,并且延長(zhǎng)了膜的使用壽命。

反滲透是用足夠的壓力使溶液中的溶劑(一般是水)通過(guò)反滲透膜而分離出來(lái),這個(gè)過(guò)程和自然滲透的方向相反,因此稱(chēng)為反滲透。經(jīng)過(guò)反滲透處理, 使水中雜質(zhì)的含量降低, 提高水的純度,其脫鹽率可以達(dá)到99%以上, 并能將水中大部分的細(xì)菌、 膠體、 大部分鹽類(lèi)和有機(jī)物去除。反滲透法能適應(yīng)各類(lèi)含鹽量的原水, 尤其是在高含鹽量的水處理工程中,能獲得很好的經(jīng)濟(jì)效益。目前, 超濾及反滲透裝置已經(jīng)實(shí)現(xiàn)模塊化設(shè)計(jì),可任意拆卸、 組裝,配置靈活,安裝調(diào)試方便;且設(shè)備結(jié)構(gòu)緊湊,占地少,重量輕,便于運(yùn)輸和安裝調(diào)試。

采用反滲透脫鹽工藝,以超濾作為反滲透的預(yù)處理,設(shè)計(jì)出一套試驗(yàn)裝置。并且考察了用該裝置處理某鋼鐵企業(yè)總排口污水的效果,確定了水通量、 回收率、 清洗周期及清洗藥劑配方和藥劑最佳濃度。實(shí)驗(yàn)證明, 雙膜法在鋼鐵工業(yè)綜合污水處理回收應(yīng)用中是可行的。此外,還對(duì)太原鋼鐵集團(tuán), 邯鄲鋼鐵集團(tuán)和首鋼集團(tuán)采用的膜法脫鹽技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行了分析,提出了用超濾代替?zhèn)鹘y(tǒng)的多介質(zhì)過(guò)濾器、 活性炭過(guò)濾器等作為反滲透的預(yù)處理方法, 可為反滲透系統(tǒng)提供更優(yōu)良的進(jìn)水水質(zhì), 并可以減輕膜污染,延長(zhǎng)膜的使用壽命。就全通量陶瓷膜在國(guó)內(nèi)鋼鐵企業(yè)污水深度脫鹽處理中,作為超濾的應(yīng)用前景做了初步的分析和探討, 指出了全通量陶瓷膜具有合適的機(jī)械強(qiáng)度和高滲透通量,對(duì)理想的滲透組分具有選擇性, 在工業(yè)污水預(yù)處理方面,具有很好的應(yīng)用前景。漣鋼中心軟水站改擴(kuò)建工程采用了反滲透系統(tǒng),其工藝設(shè)計(jì)、 設(shè)備選型及材料的選用, 均能夠保證工藝流程的前后協(xié)調(diào)和脫鹽水制備過(guò)程的正常運(yùn)行, 產(chǎn)水水質(zhì)、水量穩(wěn)定。該工藝運(yùn)行平穩(wěn)可靠, 實(shí)現(xiàn)了整套工藝自動(dòng)化控制, 具有產(chǎn)水質(zhì)量高、 自動(dòng)控制程度高、 易于操作控制等特點(diǎn)。整套工藝處理中膜分離不發(fā)生相變化,與其它分離方法相比能耗低,沒(méi)有三廢排放(濃鹽水回收集中處理) , 不會(huì)對(duì)周?chē)礉B透造成二次污染。

超濾加反滲透的脫鹽工藝已經(jīng)逐步應(yīng)用于鋼鐵企業(yè)污水的深度處理中,為企業(yè)減少新水消耗開(kāi)辟了新途徑。與傳統(tǒng)法處理工藝相比,有著很大的經(jīng)濟(jì)、 技術(shù)和環(huán)保優(yōu)勢(shì)。鑒于鋼鐵企業(yè)高含鹽量水質(zhì)特點(diǎn)以及回收利用要求, 許多鋼鐵企業(yè)采用膜法處理技術(shù)及相應(yīng)的配套設(shè)施, 對(duì)回收利用水進(jìn)行脫鹽處理, 以保持企業(yè)循環(huán)系統(tǒng)的水質(zhì)、水量能滿足要求, 膜法工藝已經(jīng)被實(shí)踐證明是一種合適的鋼鐵工業(yè)廢水脫鹽方法。但需要指出的是, 膜法工藝也有其不足之處: 對(duì)進(jìn)水水樣要求高,抗沖擊能力小,膜損傷不易修復(fù)等缺點(diǎn),同時(shí)膜法出水在使用過(guò)程中需要使用大量阻垢劑等化學(xué)藥劑。

2、電吸附除鹽工藝的應(yīng)用

電吸附除鹽技術(shù)( EST) 是一種新興的凈水技術(shù),它起始于20 世紀(jì) 70 年代, Jo hnso n 等開(kāi)始研究電吸附和電解吸附技術(shù)。20 世紀(jì) 90 年代,Andelman 利用電容性原理提出一種全新的電吸附脫鹽方法,電吸附技術(shù)真正步入了實(shí)際應(yīng)用的軌道。電吸附除鹽的基本原理是利用含鹽水在陰陽(yáng)電極之間流動(dòng), 通電時(shí)水中離子將分別向帶相反電荷的電極遷移, 并被該電極吸附在電極表面形成雙電層。隨著離子/帶電粒子在電極表面富集濃縮,水中的溶解鹽類(lèi)、 膠體顆粒及其他帶電物質(zhì)的濃度大大降低,從而實(shí)現(xiàn)了水的除鹽、 去硬度及凈化。再生時(shí)僅需要短接電極, 被吸附的離子又從電極表面釋放,電極得到再生。

電吸附技術(shù)是一種不涉及電子得失的非法拉第過(guò)程,所需電流僅用于給吸附電極溶液界面的雙電層充電,因此電吸附本質(zhì)是一個(gè)低電耗過(guò)程。電吸附技術(shù)不需任何化學(xué)藥劑來(lái)進(jìn)行水的處理,從而避免了二次污染問(wèn)題。電吸附系統(tǒng)所排放的濃水系來(lái)自于原水, 系統(tǒng)本身不產(chǎn)生新的排放物。與離子交換技術(shù)相比, 省去了濃酸、 濃堿的運(yùn)輸、貯存、 操作上的麻煩,而且不向外界排放酸堿中和液。

將電吸附技術(shù)應(yīng)用于某鋼鐵廠冷軋廢水除鹽處理,并進(jìn)行了中試試驗(yàn)。在進(jìn)水電導(dǎo)率為3 000~ 3 480 S/ cm時(shí), 處理后產(chǎn)水平均電導(dǎo)率為1 100 S/ cm, 對(duì)鈣、 鎂、 氯、 鐵等離子的去除率為48%~ 72%, 滿足回收利用水的要求,實(shí)現(xiàn)了冷軋廢水較高品質(zhì)的回用。采用電吸附技術(shù)對(duì)首鋼污水廠的二級(jí)處理出水進(jìn)行深度處理。結(jié)果表明, 該技術(shù)除鹽效果好、 得水率高、 能耗低,在進(jìn)水電導(dǎo)率平均為1 654 S/ cm、工作電壓為1. 5 V、 流量為1. 5 t/ h的條件下,出水的電導(dǎo)率平均為295 S/ cm,除鹽率為82. 1%, 系統(tǒng)的得水率為73. 1% , 能耗僅為1. 25 kWh/ t , 出水水質(zhì)達(dá)到了 GB/ T 19923 - 2005 的要求。同時(shí), 該工藝的操作也比較簡(jiǎn)單,再生時(shí)無(wú)需酸堿,只需將電極短接放電并以原水沖洗即可。目前,國(guó)內(nèi)一些公司也開(kāi)發(fā)了一系列電吸附裝置,并取得了良好的處理效果。

電吸附除鹽因具有較高的實(shí)用性和較寬的適用范圍、 較低的處理費(fèi)用而為人們所關(guān)注。在鋼鐵工業(yè)循環(huán)水脫鹽處理、 廢水回收利用領(lǐng)域,電吸附技術(shù)具有廣泛的應(yīng)用前景,但目前相關(guān)的研究報(bào)道較少。電吸附除鹽還存在不足之處, 尚待研究完善:除鹽率還有待進(jìn)一步提高, 電極自再生時(shí)間較長(zhǎng),一般占整個(gè)周期的1/ 3 時(shí)間,影響得水率。

3、展 望

隨著鋼鐵工業(yè)相關(guān)的環(huán)保法規(guī)、 政策和標(biāo)準(zhǔn)的推出,鋼鐵工業(yè)廢水的處理要求逐漸變高, 鋼鐵廢水的除鹽工藝勢(shì)在必行�？偟膩�(lái)說(shuō), 鋼鐵廠廢水脫鹽技術(shù)有兩大發(fā)展趨勢(shì): 1) 設(shè)備安裝調(diào)試方便、 系統(tǒng)操作維護(hù)簡(jiǎn)單; 2) 除鹽效率高,運(yùn)行成本低,無(wú)二次污染。膜法技術(shù)和電吸附除鹽技術(shù)均能同時(shí)滿足上述要求, 因此兩種技術(shù)未來(lái)將在鋼鐵廢水脫鹽處理中得到廣泛的應(yīng)用。在以后的發(fā)展方向中,膜法的發(fā)展趨勢(shì)可能是開(kāi)發(fā)新型高效的膜材料,改進(jìn)膜的各種性能和延長(zhǎng)膜的使用壽命。電吸附除鹽的發(fā)展趨勢(shì)可能是制備新型的高效電極材料,增加電吸附效率,減少吸附和再生的時(shí)間,提高除鹽效率。

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