钢铁工业作为我国工业发展的基础产业, 既是用水大户也是排污大户。随着现代化工业的迅速发展, 用水量剧增,水资源短缺,已成为钢铁工业发展的瓶颈。要解决这一问题, 钢铁企业仅靠节水是不够的, 必须要寻求新的供水来源,而最直接、 最经济、 最有效的途径就是将综合排放的废水处理后循环利用。
钢铁工业废水回收利用技术及设备研究工作是一项极具有社会效益和经济效益的工作。但是在钢铁企业的废水处理过程中, 如果不涉及脱盐工艺,处理后的水的含盐量会很高,仍不能满足工业循环水系统补充水的要求。循环水经高倍浓缩后, 水中各种离子浓度增加, 会产生一系列物理、化学变化, 导致管道系统腐蚀、 结垢严重, 影响设备正常运行,甚至缩短设备的使用寿命。因此,在钢铁工业废水处理技术中,研发高效低耗的新型除盐技术具有积极意义。
目前钢铁厂废水脱盐技术主要有3 种: 即离子交换工艺(阳床+ 阴床+ 混床)、 膜法除盐工艺(超滤和反渗透)和电吸附除盐工艺。长期实践已证明,离子交换是一种成熟有效的水处理工艺,脱盐效果好。但该工艺存在设备占地面积大、 系统操作维护频繁复杂、 出水水质呈周期性波动的缺陷,并且需要投加絮凝剂和耗费大量的酸碱,不利于环境保护;膜法除盐工艺和电吸附除盐工艺集技术性、 可靠性、 环保性、 经济性为一体,比离子交换工艺更具有综合优势,目前得到广泛重视,下面对这两种工艺分别进行介绍。
1、膜法除盐工艺的应用
双膜法工艺主要指超滤+ 反渗透( RO) 的处理工艺,该工艺主要采用膜分离技术制取脱盐水。超滤原理是一种膜分离过程原理, 是利用一种有机或无机超滤膜,在外界推动力(压力) 作用下截留水中胶体、 颗粒和大分子量的的物质,而水和小的溶质颗粒透过膜的分离过程。当水通过超滤膜后,可将水中含有的大部分胶体硅除去,同时可去除大量的有机物等。超滤的采用大大提升了预处理的效果,增强了对反渗透系统的产水率,并且延长了膜的使用寿命。
反渗透是用足够的压力使溶液中的溶剂(一般是水)通过反渗透膜而分离出来,这个过程和自然渗透的方向相反,因此称为反渗透。经过反渗透处理, 使水中杂质的含量降低, 提高水的纯度,其脱盐率可以达到99%以上, 并能将水中大部分的细菌、 胶体、 大部分盐类和有机物去除。反渗透法能适应各类含盐量的原水, 尤其是在高含盐量的水处理工程中,能获得很好的经济效益。目前, 超滤及反渗透装置已经实现模块化设计,可任意拆卸、 组装,配置灵活,安装调试方便;且设备结构紧凑,占地少,重量轻,便于运输和安装调试。
采用反渗透脱盐工艺,以超滤作为反渗透的预处理,设计出一套试验装置。并且考察了用该装置处理某钢铁企业总排口污水的效果,确定了水通量、 回收率、 清洗周期及清洗药剂配方和药剂最佳浓度。实验证明, 双膜法在钢铁工业综合污水处理回收应用中是可行的。此外,还对太原钢铁集团, 邯郸钢铁集团和首钢集团采用的膜法脱盐技术的优缺点进行了分析,提出了用超滤代替传统的多介质过滤器、 活性炭过滤器等作为反渗透的预处理方法, 可为反渗透系统提供更优良的进水水质, 并可以减轻膜污染,延长膜的使用寿命。就全通量陶瓷膜在国内钢铁企业污水深度脱盐处理中,作为超滤的应用前景做了初步的分析和探讨, 指出了全通量陶瓷膜具有合适的机械强度和高渗透通量,对理想的渗透组分具有选择性, 在工业污水预处理方面,具有很好的应用前景。涟钢中心软水站改扩建工程采用了反渗透系统,其工艺设计、 设备选型及材料的选用, 均能够保证工艺流程的前后协调和脱盐水制备过程的正常运行, 产水水质、水量稳定。该工艺运行平稳可靠, 实现了整套工艺自动化控制, 具有产水质量高、 自动控制程度高、 易于操作控制等特点。整套工艺处理中膜分离不发生相变化,与其它分离方法相比能耗低,没有三废排放(浓盐水回收集中处理) , 不会对周围反渗透造成二次污染。
超滤加反渗透的脱盐工艺已经逐步应用于钢铁企业污水的深度处理中,为企业减少新水消耗开辟了新途径。与传统法处理工艺相比,有着很大的经济、 技术和环保优势。鉴于钢铁企业高含盐量水质特点以及回收利用要求, 许多钢铁企业采用膜法处理技术及相应的配套设施, 对回收利用水进行脱盐处理, 以保持企业循环系统的水质、水量能满足要求, 膜法工艺已经被实践证明是一种合适的钢铁工业废水脱盐方法。但需要指出的是, 膜法工艺也有其不足之处: 对进水水样要求高,抗冲击能力小,膜损伤不易修复等缺点,同时膜法出水在使用过程中需要使用大量阻垢剂等化学药剂。
2、电吸附除盐工艺的应用
电吸附除盐技术( EST) 是一种新兴的净水技术,它起始于20 世纪 70 年代, Jo hnso n 等开始研究电吸附和电解吸附技术。20 世纪 90 年代,Andelman 利用电容性原理提出一种全新的电吸附脱盐方法,电吸附技术真正步入了实际应用的轨道。电吸附除盐的基本原理是利用含盐水在阴阳电极之间流动, 通电时水中离子将分别向带相反电荷的电极迁移, 并被该电极吸附在电极表面形成双电层。随着离子/带电粒子在电极表面富集浓缩,水中的溶解盐类、 胶体颗粒及其他带电物质的浓度大大降低,从而实现了水的除盐、 去硬度及净化。再生时仅需要短接电极, 被吸附的离子又从电极表面释放,电极得到再生。。
电吸附技术是一种不涉及电子得失的非法拉第过程,所需电流仅用于给吸附电极溶液界面的双电层充电,因此电吸附本质是一个低电耗过程。电吸附技术不需任何化学药剂来进行水的处理,从而避免了二次污染问题。电吸附系统所排放的浓水系来自于原水, 系统本身不产生新的排放物。与离子交换技术相比, 省去了浓酸、 浓碱的运输、贮存、 操作上的麻烦,而且不向外界排放酸碱中和液。
将电吸附技术应用于某钢铁厂冷轧废水除盐处理,并进行了中试试验。在进水电导率为3 000～ 3 480 S/ cm时, 处理后产水平均电导率为1 100 S/ cm, 对钙、 镁、 氯、 铁等离子的去除率为48%～ 72%, 满足回收利用水的要求,实现了冷轧废水较高品质的回用。采用电吸附技术对首钢污水厂的二级处理出水进行深度处理。结果表明, 该技术除盐效果好、 得水率高、 能耗低,在进水电导率平均为1 654 S/ cm、工作电压为1. 5 V、 流量为1. 5 t/ h的条件下,出水的电导率平均为295 S/ cm,除盐率为82. 1%, 系统的得水率为73. 1% , 能耗仅为1. 25 kWh/ t , 出水水质达到了 GB/ T 19923 - 2005 的要求。同时, 该工艺的操作也比较简单,再生时无需酸碱,只需将电极短接放电并以原水冲洗即可。目前,国内一些公司也开发了一系列电吸附装置,并取得了良好的处理效果。
电吸附除盐因具有较高的实用性和较宽的适用范围、 较低的处理费用而为人们所关注。在钢铁工业循环水脱盐处理、 废水回收利用领域,电吸附技术具有广泛的应用前景,但目前相关的研究报道较少。电吸附除盐还存在不足之处, 尚待研究完善:除盐率还有待进一步提高, 电极自再生时间较长,一般占整个周期的1/ 3 时间,影响得水率。
3、展 望
随着钢铁工业相关的环保法规、 政策和标准的推出,钢铁工业废水的处理要求逐渐变高, 钢铁废水的除盐工艺势在必行。总的来说, 钢铁厂废水脱盐技术有两大发展趋势: 1) 设备安装调试方便、 系统操作维护简单; 2) 除盐效率高,运行成本低,无二次污染。膜法技术和电吸附除盐技术均能同时满足上述要求, 因此两种技术未来将在钢铁废水脱盐处理中得到广泛的应用。在以后的发展方向中,膜法的发展趋势可能是开发新型高效的膜材料,改进膜的各种性能和延长膜的使用寿命。电吸附除盐的发展趋势可能是制备新型的高效电极材料,增加电吸附效率,减少吸附和再生的时间,提高除盐效率。
