冷軋廢水零排放技術(shù)方案探討

黃 慧

（寶鋼工程技術(shù)集團(tuán)有限公司 上海 200000）

引言

隨著我國(guó)環(huán)境管理政策和污水排放標(biāo)準(zhǔn)的日益嚴(yán)格，廢水零排放工藝已成為廢水深度處理與回用的主要發(fā)展方向。鋼鐵行業(yè)是我國(guó)水資源利用的耗水大戶，噸鋼新水消耗、工業(yè)水的重復(fù)利用率等耗水指標(biāo)將成為鋼鐵企業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要環(huán)境影響評(píng)價(jià)指標(biāo)[1]。近年來，環(huán)保部門對(duì)鋼鐵企業(yè)排水指標(biāo)提出了更嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)，并且對(duì)廢水排放總量進(jìn)行嚴(yán)格控制。冷軋廢水污染物種類繁多，處理難度大且處理后出水水質(zhì)要求非常高，國(guó)內(nèi)一線鋼鐵企業(yè)已開始摸索冷軋廢水零排放技術(shù)方案，實(shí)現(xiàn)真正意義上的冷軋廢水零排放。

1 廢水零排放技術(shù)

目前，國(guó)內(nèi)零排放的主流工藝為膜法和熱法。熱法的主要包括多級(jí)閃蒸、多效蒸發(fā)和壓氣蒸餾。膜法包括：高壓反滲透、碟管反滲透、電滲析（離子交換膜）、正滲透等。單獨(dú)采用熱法，雖然能達(dá)到“零排放”的目的，但設(shè)備投資巨大且運(yùn)行費(fèi)用較高。采用“膜法+熱法”的組合工藝，可將廢水濃縮至30-40倍，成為超高鹽廢水再經(jīng)過熱法處理，達(dá)到廢水的零排放。不僅最大程度的降低了投資成本，減少了能源消耗，又合理利用了一部分水資源。而膜法對(duì)進(jìn)水水質(zhì)要求較高，因此，零排放技術(shù)可分為三個(gè)階段：預(yù)處理階段、膜處理階段、蒸發(fā)結(jié)晶階段。零排放新技術(shù)如下：

1.1 碟管式反滲透（DTRO）

碟管式反滲透屬于特種反滲透膜元件，專門用來處理污染物濃度較高的廢水，最早使用于垃圾滲濾液。核心是碟片式膜片、導(dǎo)流盤、O型橡膠墊圈、中心拉桿和耐壓套管所組成的膜柱。進(jìn)水通過導(dǎo)流通道進(jìn)入底部導(dǎo)流盤中，并快速流經(jīng)膜片，并轉(zhuǎn)到另一膜片，在膜表面形成切向流過濾，濃縮液最后從進(jìn)料端法蘭處流出，透過液通過中心收集管排出，濃縮液與透過液被導(dǎo)流盤上的O型密封圈隔離[2]。碟管式反滲透具有通道寬、流程短、高速湍流過濾的特點(diǎn)，因此，膜元件不易結(jié)垢污染、清洗周期長(zhǎng)、使用壽命。

1.2 電滲析（ED）

電滲析技術(shù)是在外加直流電場(chǎng)的驅(qū)動(dòng)下，利用離子交換膜的選擇透過性，陰、陽(yáng)離子分別向陽(yáng)極和陰極移動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)溶液淡化、濃縮、精制或純化等目的。電滲析反應(yīng)器是由多層濃縮隔室和淡化隔室交替組成的，通過隔板邊緣特設(shè)的孔道，分別將各濃淡隔室的水流匯集成濃水和淡水系統(tǒng)，從而達(dá)到脫鹽的目的[3]。電滲析對(duì)懸浮物、油及硬度等較敏感，對(duì)COD、SiO2耐受性較高，但是電滲析脫鹽率較低，淡水需回到前端單元進(jìn)行除鹽，且電滲析對(duì)有機(jī)物沒有截留效果，淡水需進(jìn)行高級(jí)氧化降解有機(jī)物。濃水結(jié)晶鹽純度高，適用于有分鹽場(chǎng)所。

1.3 機(jī)械式蒸汽再壓縮技術(shù)（MVR）

機(jī)械式蒸汽再壓縮的原理是低溫位的蒸汽經(jīng)壓縮機(jī)壓縮，溫度和壓力提高，熱焓增加，然后進(jìn)入換熱器與物料進(jìn)行換熱，充分利用了蒸汽的潛熱，達(dá)到節(jié)能效果，蒸發(fā)過程不需補(bǔ)充蒸汽。蒸發(fā)過程中，廢水中污染物容易附著在管束內(nèi)表面，影響換熱效率，需要定期維護(hù)清洗。

2 冷軋廢水零排放技術(shù)方案

2.1 預(yù)處理階段

由于冷軋最終排放廢水主要污染物為CODcr、石油類、總鐵及硬度。最終排放廢水經(jīng)沉淀過濾工藝后，增加高級(jí)氧化處理工藝，如臭氧氧化、電氧化等，盡可能的降低廢水中的有機(jī)物，保證后續(xù)膜處理系統(tǒng)運(yùn)行。

根據(jù)廢水中硬度的種類及濃度的不同，選擇不同的軟化工藝，冷軋廢水硬度較高，一般需要采用二級(jí)軟化，藥劑軟化和離子交換樹脂軟化。藥劑軟化方法較為簡(jiǎn)單，即為簡(jiǎn)單的混凝沉淀工藝，根據(jù)廢水堿度不同，采用氫氧化鈉-純堿軟化法或石灰-純堿方法。軟化出水總硬度一般為50-80mg/L。離子交換樹脂軟化工藝用于去除水中鈣離子、鎂離子，使水中不易形成碳酸鹽垢及硫酸鹽垢，從而獲得軟化水。一般能將廢水中的總硬度降至1mg/L之下。為滿足離子交換樹脂的進(jìn)水要求，軟化沉淀出水需增加過濾器及超濾裝置，去除廢水中懸浮物、膠體及大顆粒污染物。

2.2 膜處理階段

為保證反滲透系統(tǒng)的正常運(yùn)行及區(qū)分硫酸鹽及氯化鹽，一般在反滲透前段增加一級(jí)納濾。納濾操作區(qū)間介于超濾與反滲透之間，能截留納米級(jí)的物質(zhì)，能有效截留廢水中的有機(jī)物及高價(jià)離子（如硫酸根離子）。一方面可降低廢水中的有機(jī)污染物，將硫酸鈉與氯化鈉分離，便于后續(xù)分鹽結(jié)晶工藝。根據(jù)水質(zhì)情況不同，納濾回收率一般達(dá)到85%-95%。納濾膜耐受COD的污染，COD去除率一般60~80%，保證了反滲透系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

反滲透是一種以壓力差為推動(dòng)力，從溶液中分離出溶劑的膜分離操作。反滲透元件分別低壓抗污染膜元件及高壓抗污染膜元件。若冷軋廢水進(jìn)水硬度不高，100-500mg/L，冷軋最終排放廢水經(jīng)高級(jí)氧化處理后，可先采用二段低壓反滲透，對(duì)冷軋廢水進(jìn)行一步濃縮，回收率達(dá)為70%-75%?？山档蛙浕到y(tǒng)處理規(guī)模，降低投資費(fèi)用。

濃水高壓反滲透一般進(jìn)水可溶性總固體（TDS）為5-8g/L，高壓反滲透運(yùn)行較低較高，一般為抗污染型海水淡化反滲透膜元件。根據(jù)進(jìn)水水質(zhì)條件，回收率可做到75%-90%，濃水TDS達(dá)到30-50g/L。

碟管式反滲透（DTRO）與電滲析（ED）在業(yè)內(nèi)均有較多的應(yīng)用實(shí)例。一般而言，經(jīng)120bar以上的碟管式反滲透（DTRO）與電滲析（ED），濃水TDS可濃縮至100g/L-16g/L，可取代蒸發(fā)器直接進(jìn)入結(jié)晶器。ED淡水一般COD濃度較高，不滿足回用要求，需要增加高級(jí)氧化裝置，但ED濃水結(jié)晶鹽純度高，適用于有分鹽場(chǎng)所。DTRO定期需進(jìn)行清洗，且在高壓系統(tǒng)中運(yùn)行，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)安裝維護(hù)要求較高。

2.3 蒸發(fā)結(jié)晶階段

由于蒸汽費(fèi)用較高，在蒸汽富裕條件采用蒸汽換熱，一般采用機(jī)械式蒸汽再壓縮技術(shù)，蒸汽壓縮機(jī)用電能轉(zhuǎn)為熱能供蒸發(fā)器使用。蒸發(fā)器運(yùn)行過程中，蒸汽在管外部，高鹽水在內(nèi)壁。運(yùn)行過程中發(fā)現(xiàn)產(chǎn)水量減少，表明設(shè)備污堵需要清洗。一般結(jié)垢發(fā)生器在管內(nèi)壁，清洗較為困難，需要專業(yè)的清洗隊(duì)伍進(jìn)行清洗作業(yè)。

結(jié)晶器給水罐溫度約為100℃，通過蒸汽換熱或蒸汽壓縮機(jī)，滿足循環(huán)液溫度在110℃左右。在循環(huán)過程中，部分母液送入離心脫水機(jī)脫水，產(chǎn)生結(jié)晶鹽，濾液回流至結(jié)晶器內(nèi)。運(yùn)行過程中需排出母液，母液可設(shè)母液干化系統(tǒng)，采用蒸汽蒸干處理。

2.4 冷軋廢水零排放工藝路線

零排放工藝路線的選擇分為混鹽還是分鹽工藝。其主要決定因素包括原水水質(zhì)情況及工業(yè)鹽的銷路。若進(jìn)水硫酸鹽含量較高，可考慮采用分鹽工藝，但分鹽工藝投資及運(yùn)行成本均較高，若暫時(shí)無法解決工業(yè)鹽的銷路，建議采用混鹽處理，預(yù)留分鹽處理占地空間及工藝備用出路，待后續(xù)具備條件時(shí)再進(jìn)行分鹽處理。圖1為冷軋廢水分鹽零排放的工藝流程圖。若采用混鹽工藝，納濾的濃水可直接與高壓反滲透濃水一并進(jìn)入DTRO/ED處理。

圖1 冷軋廢水分鹽零排放工藝流程圖

3 運(yùn)行成本及投資估算

3.1 藥劑成本估算

根據(jù)進(jìn)水水質(zhì)情況不同，藥劑成本也不相同，針對(duì)冷軋廢水常規(guī)進(jìn)水水質(zhì)情況，主要工藝段藥劑成本如下表所示：

3.2 能源介質(zhì)費(fèi)用估算

能源介質(zhì)成本主要包括電耗、一次啟動(dòng)蒸汽、工業(yè)水、壓縮空氣等，由于各區(qū)域能源介質(zhì)費(fèi)用不同，系統(tǒng)配置不同，噸水能源介質(zhì)費(fèi)用相差較大，混鹽工藝為3-4元/噸水，分鹽工藝5-7元。

3.3 固廢處理成本

廢水零排放工藝主要將廢水變?yōu)楣腆w廢棄物，若不能合理利用，固廢處理成本很高。

結(jié)語(yǔ)

冷軋廢水種類多，前端工藝的處理效果，直接影響到后續(xù)廢水回用及零排放的技術(shù)方案及投資運(yùn)行成本。廢水零排放技術(shù)是未來廢水處理行業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)，但固體廢棄物處置問題是制約著零排放技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵問題。希望隨著將來廢水技術(shù)的發(fā)展，能提高工業(yè)鹽純度，達(dá)到資源循環(huán)利用，促進(jìn)經(jīng)濟(jì)與自然、社會(huì)的持續(xù)、健康、協(xié)調(diào)發(fā)展。