鋼鐵行業(yè)高鹽水處理技術(shù)研究

鋼鐵行業(yè)高鹽水處理技術(shù)研究

0超濾+反滲透膜處理工藝來(lái)自各行各業(yè)的河流正在開采。特別是，重要設(shè)備的循環(huán)冷卻需要大量的軟水和除鹽。目前軟水和除鹽水的制備普遍采用雙膜法，即超濾膜+反滲透膜的處理工藝。該工藝制備的除鹽水回收率在70%左右，剩余30%形成了高鹽水，其中含有各種有機(jī)和無(wú)機(jī)污染物，若直接排放可能會(huì)對(duì)土壤、地表水、海洋等產(chǎn)生污染1鋼鐵行業(yè)高鹽生產(chǎn)現(xiàn)狀與問(wèn)題1.1雙膜法回收率的影響鋼鐵行業(yè)的高鹽水主要來(lái)源于雙膜法制備除鹽水(圖1)的過(guò)程中使用了的地下水、河水等常規(guī)水源。但隨著國(guó)家對(duì)鋼鐵行業(yè)取水限制的加大，地下水和河水的取水比例逐漸降低，更多的企業(yè)引用城市中水或企業(yè)自身中水作為水源。高鹽水一般產(chǎn)生于雙膜法的一級(jí)RO階段，根據(jù)水源水質(zhì)的不同，結(jié)合最佳的操作成本和投資成本，設(shè)計(jì)雙膜法的回收率不同，產(chǎn)生的高鹽水性質(zhì)也會(huì)發(fā)生變化，見表1。水源水質(zhì)越好，電導(dǎo)率越低，雙膜法的回收率越高，但更高的回收率意味著更高的操作壓力和處理成本。一般鋼鐵行業(yè)雙膜法的設(shè)計(jì)回收率在75%以下，這就導(dǎo)致產(chǎn)生的高鹽水含鹽濃度偏低，產(chǎn)量大，回收潛力大。1.2高鹽處理問(wèn)題目前鋼鐵行業(yè)對(duì)高鹽水的處理途徑主要有:作為高爐沖渣水消納、作為廠區(qū)中水回用以及外排3種。1.2.1高爾庫(kù)爾將高鹽水作為高爐沖渣水的補(bǔ)充水，利用高爐渣顯熱，使其瞬間蒸發(fā)，從而實(shí)現(xiàn)廢水消納1.2.2循環(huán)回用系統(tǒng)高鹽水與廠區(qū)其他工業(yè)廢水共同進(jìn)入廠區(qū)污水處理站，經(jīng)過(guò)除硬、過(guò)濾等處理后，作為廠區(qū)中水回用，形成水的循環(huán)回用系統(tǒng)。該系統(tǒng)雖然實(shí)現(xiàn)了高鹽水的回用，但由于循環(huán)系統(tǒng)水外排量有限，鹽分會(huì)逐漸累積，導(dǎo)致中水含鹽量升高，指標(biāo)惡化，從而造成使用中水為水源的膜系統(tǒng)堵塞加劇，沖洗水量增大，水耗增大，脫鹽水指標(biāo)下降，加劇用水設(shè)備的腐蝕和結(jié)垢1.2.3高鹽水排放方式為了防止高鹽水循環(huán)回用造成的中水系統(tǒng)鹽分的過(guò)度富集，部分鋼鐵企業(yè)濃鹽水一部分需要對(duì)外排放，排出一部分鹽分，使企業(yè)內(nèi)鹽分達(dá)到平衡。而排放的這部分高鹽水可占到總高鹽水量的1/3～1/2，以河北某產(chǎn)能在1000萬(wàn)t的鋼鐵企業(yè)為例，其高鹽水的產(chǎn)生量就高達(dá)1100t/h左右，排放損失可達(dá)到噸鋼0.3～0.5m對(duì)外排放主要有環(huán)境排放和市政排放兩種方式，環(huán)境排放主要適用于環(huán)境受納能力水平較高的地區(qū)，如沿海區(qū)域，進(jìn)行高鹽水直接排海，內(nèi)陸地表水容量較大的地區(qū)，將高鹽水經(jīng)過(guò)達(dá)標(biāo)處理后排入地表水體，但長(zhǎng)期大量排放可使地表水含鹽量升高，因此有非常嚴(yán)格的排放限制。市政排放是將高鹽水排入市政管網(wǎng)，與城市污水共同處理，但處理能力有限總之，鋼鐵行業(yè)的高鹽水產(chǎn)生量大，但企業(yè)本身消納途徑有限，在企業(yè)內(nèi)部循環(huán)回用會(huì)造成鹽分的累積，形成惡性循環(huán)，而高鹽水對(duì)外排放不僅給企業(yè)造成了巨大的水損失，還逐漸受到更加嚴(yán)格的排放控制，解決高鹽水回用問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)高鹽水不出廠、零排放是未來(lái)行業(yè)發(fā)展的必然趨勢(shì)。2高鹽水預(yù)處理鑒于鋼鐵行業(yè)高鹽水的特點(diǎn)，處理好高鹽水的主要思路首先是企業(yè)水鹽平衡分析，把握企業(yè)鹽分的輸入和輸出環(huán)節(jié)，然后通過(guò)高鹽水濃縮、結(jié)晶分鹽，實(shí)現(xiàn)多余鹽分的剝離，從而維持企業(yè)整個(gè)水系統(tǒng)的鹽平衡。2.1水鹽平衡的實(shí)現(xiàn)由于鋼鐵行業(yè)高鹽水產(chǎn)量大，鹽分濃度偏低，對(duì)全部高鹽水進(jìn)行脫鹽回用并不現(xiàn)實(shí)。實(shí)現(xiàn)鋼鐵行業(yè)的高鹽水零排放關(guān)鍵在于解決高鹽水循環(huán)回用過(guò)程中鹽分的過(guò)度累積問(wèn)題，從整個(gè)企業(yè)水系統(tǒng)綜合考慮，實(shí)現(xiàn)整個(gè)循環(huán)系統(tǒng)的水鹽平衡(圖2)。為保持整個(gè)水系統(tǒng)鹽分平衡，則須有M(1)充分分析企業(yè)生產(chǎn)對(duì)鹽水的消納容量，在保證企業(yè)正常生產(chǎn)的情況下，適當(dāng)加大高鹽水沖渣、悶渣以及料堆噴灑的使用比例，提高自消納量。(2)針對(duì)企業(yè)采用不同水源導(dǎo)致的高鹽水濃度差異的情況，選取鹽分濃度較高的高鹽水系統(tǒng)進(jìn)行零排放設(shè)計(jì)，或通過(guò)脫鹽水系統(tǒng)改造，提高脫鹽水系統(tǒng)的回收率和濃縮倍數(shù)，提高高鹽水的鹽濃度，降低零排放處理水量和處理規(guī)模，降低投資和處理成本。2.2高鹽濃度降低2.2.1高鹽水梯級(jí)利用一般大型鋼鐵企業(yè)的脫鹽水制備使用多種水源，根據(jù)不同水源下，產(chǎn)生的高鹽水水質(zhì)的差異，進(jìn)行梯級(jí)利用(圖3)。以河水或地下水為水源的膜系統(tǒng)產(chǎn)出的高鹽水指標(biāo)接近中水，可作為中水膜系統(tǒng)的水源進(jìn)行二次梯級(jí)利用，提高總體回收率，在一定程度上降低高鹽水的產(chǎn)量。2.2.2高鹽濃縮技術(shù)高鹽水的濃縮主要有膜濃縮和熱濃縮兩大技術(shù)體系2.3熱法分鹽工藝脫鹽是實(shí)現(xiàn)高鹽水零排放最終步驟，分鹽技術(shù)可以將高鹽水中的鹽分進(jìn)行高質(zhì)量分離，從而獲得具有更高應(yīng)用價(jià)值的鹽分，而不是幾乎沒(méi)有價(jià)值的混合鹽，甚至是危廢。目前分鹽工藝主要有熱法分鹽和膜法分鹽兩大類。熱法分鹽是根據(jù)溶液中對(duì)應(yīng)溫度下各溶質(zhì)溶解度的不同，利用相圖理論進(jìn)行鹽分分離，從而得到不同鹽產(chǎn)品的過(guò)程。熱法分鹽工藝包括直接蒸發(fā)工藝、鹽硝聯(lián)產(chǎn)分鹽結(jié)晶工藝和低溫結(jié)晶工藝等膜法分鹽是指利用膜的選擇透過(guò)性實(shí)現(xiàn)溶液中一價(jià)鹽和二價(jià)鹽有效分離的一種處理工藝。目前研究較多的為納濾膜(NF)工藝、電滲析和雙極膜工藝等鋼鐵行業(yè)的高鹽水是一種比較復(fù)雜的水鹽體系，其中的有價(jià)值鹽成分不可能全部回收。實(shí)現(xiàn)分鹽結(jié)晶，產(chǎn)品純度越高，則運(yùn)行成本越大，剩余母液或混鹽的處理成本也更高，應(yīng)根據(jù)不同的水質(zhì)特點(diǎn)，通過(guò)試驗(yàn)確定最佳分鹽方案，兼顧產(chǎn)品純度、運(yùn)行成本以及剩余混鹽或母液的處理成本，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)和環(huán)境效益最優(yōu)化。2.4過(guò)高鹽水濃縮、結(jié)晶分鹽工藝路線解決高鹽水循環(huán)回用中產(chǎn)生的鹽分累積問(wèn)題是實(shí)現(xiàn)高鹽水零排放的關(guān)鍵。應(yīng)首先通過(guò)企業(yè)整體的水鹽平衡分析，確定鹽分的輸出量，然后通過(guò)高鹽水濃縮、結(jié)晶分鹽將多余的鹽分從系統(tǒng)中分離，從而實(shí)現(xiàn)循環(huán)系統(tǒng)的鹽分平衡。高鹽水的濃縮階段根據(jù)濃縮液的鹽濃度和性質(zhì)，選擇不同的濃縮方案。在濃縮濃度較低時(shí)，膜濃縮技術(shù)的噸水處理成本低，是最優(yōu)的工藝選擇。當(dāng)濃縮至一定階段后，熱法濃縮便更具有優(yōu)勢(shì)。因此可采取兩級(jí)膜濃縮、蒸發(fā)濃縮和結(jié)晶分鹽的工藝路線(圖4)。最佳工藝路線的選擇和優(yōu)化是目前行業(yè)高鹽水處理應(yīng)用需要研究的主要問(wèn)題。3鋼鐵行業(yè)高鹽水零排放的前景展望鋼鐵行業(yè)的高鹽水由于其產(chǎn)量大，廠內(nèi)消納途徑有限，循環(huán)回用會(huì)導(dǎo)致整個(gè)中水循環(huán)系統(tǒng)的鹽分累積，水質(zhì)惡化，形成惡性循環(huán)。目前仍有一大部分企業(yè)產(chǎn)生的高鹽水排入市政或其他水體，給城市污水處理和環(huán)境造成了影響。隨著國(guó)家對(duì)鋼鐵等高耗水行業(yè)用水排水管控的進(jìn)一步嚴(yán)格，實(shí)現(xiàn)高鹽水的零排放是未來(lái)發(fā)展的必然趨勢(shì)。鑒于鋼鐵行業(yè)高鹽水鹽濃度偏低的特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)高鹽水零排放的主要思路是在企業(yè)水鹽平衡分析的基礎(chǔ)上，通過(guò)少量高鹽水的濃縮減量、結(jié)晶分鹽獲得高質(zhì)量的純鹽，實(shí)現(xiàn)一部分經(jīng)濟(jì)效益，降低處理成本，在實(shí)現(xiàn)零排放的同時(shí)，最大程度降低固廢的產(chǎn)生。鋼