冷軋廠廢水二級膜處理中試研究

李凱 王澤 蔣穩(wěn) 吳天 陳震

（中鋼集團(tuán)武漢安全環(huán)保研究院有限公司，湖北 武漢 430081）

0 引言

隨著科技的發(fā)展，各行業(yè)對冷軋板材的要求越來越高，金屬摻雜、表面潔凈和功能化涂層等技術(shù)頻繁的應(yīng)用在鋼鐵行業(yè)中，因此冷軋廢水的成分日趨復(fù)雜［1-3］。近年來，隨著我國“零排放”政策的提出，針對工業(yè)廢水的排放標(biāo)準(zhǔn)日益嚴(yán)格，鋼鐵行業(yè)廢水由于廢水量大、含鹽含油量高和污染物難降解等原因成為工業(yè)水污染治理的難點(diǎn)［4-6］，也是目前研究的熱點(diǎn)之一。本文針對目前武漢某鋼鐵冷軋廠冷軋光整機(jī)廢水排放量大、原水水質(zhì)污染物波動性大、污染程度高、生物難降解等問題，通過二級膜處理工藝對冷軋廠熱鍍鋅光整機(jī)廢水進(jìn)行處理，實(shí)現(xiàn)廢水的減排和回用。本研究采用“二級膜分離技術(shù)”工藝處理冷軋廠光整機(jī)廢水，在通過小試實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證膜技術(shù)能夠有效處理冷軋廢水后［7］，目前進(jìn)行工業(yè)放大的中試試驗(yàn)，探討該工藝運(yùn)用于冷軋廢水處理的可行性，以期為冷軋廢水處理的工程應(yīng)用提供技術(shù)參考。

1 試驗(yàn)材料與方法

1.1 濃縮液水質(zhì)

本文以某冷軋廠熱鍍鋅光整機(jī)相關(guān)的廢水為研究對象，通過二級膜處理工藝，實(shí)現(xiàn)廢水的資源化利用。光整機(jī)相關(guān)的廢水產(chǎn)生工藝如圖1所示。

圖1 冷軋廠熱鍍鋅工藝相關(guān)的廢水產(chǎn)生過程

儲水罐體積為27 m3，分為脫鹽水儲罐（12 m3）、光整液儲罐（5 m3）、光整液和脫鹽水混合液儲罐（10 m3）。儲水罐中的水有3個(gè)去向：光整機(jī)、擠干輥、拉矯機(jī)。整個(gè)過程產(chǎn)生4種廢水：光整機(jī)低壓沖洗水、光整機(jī)高壓沖洗水、擠干輥沖洗水、拉矯機(jī)（張緊輥）沖洗水。其中，308CGL1生產(chǎn)線中光整機(jī)低壓沖洗水3.66 m3/h、光整機(jī)高壓沖洗水4.2 m3/h、擠干輥沖洗水3 m3/h、拉矯機(jī)（張緊輥）沖洗水2.1 m3/h；308CGL2生產(chǎn)線中光整機(jī)低壓沖洗水2.94 m3/h、光整機(jī)高壓沖洗水4.2 m3/h、擠干輥沖洗水3 m3/h、拉矯機(jī)（張緊輥）沖洗水2.1 m3/h。CGL1和CGL2累計(jì)廢水產(chǎn)生情況：光整機(jī)低壓沖洗水6.6 m3/h、光整機(jī)高壓沖洗水8.4 m3/h、擠干輥沖洗水6 m3/h、拉矯機(jī)（張緊輥）沖洗水4.2 m3/h。

中試試驗(yàn)前對試驗(yàn)原水的水質(zhì)進(jìn)行分析，結(jié)果如表1所示。

表1 光整機(jī)廢水主要水質(zhì)指標(biāo)

1.2 中試設(shè)備

試驗(yàn)的工藝流程如圖2所示。試驗(yàn)采用二級膜處理工藝，一級膜處理能力為150 L/h，二級膜處理能力為120 L/h。

圖2 中試試驗(yàn)處理工藝流程

本裝置中膜單元均采用PTFE外壓式膜組件，PTFE外壓式膜材料為親水后的高結(jié)晶性聚四氟乙烯，膜孔徑為0.32，最大跨膜壓力為60 kPa。冷軋光整機(jī)沖洗廢水在進(jìn)水泵的作用下通過進(jìn)水箱到一級膜處理單元，一般進(jìn)水壓力為20~50 kPa，過濾處理后的出水通過產(chǎn)水泵注入到產(chǎn)水箱中，產(chǎn)水箱分別連接一級膜處理單元回流泵和二級膜處理的進(jìn)水泵，回流泵主要用于膜材料的清洗，PTFE膜的過濾時(shí)間為20~40 min。膜單元的鼓風(fēng)機(jī)主要用于膜材料的空氣清洗過程，氣洗過程中每組膜空氣流量＞200 L/min，清洗壓強(qiáng)設(shè)置為50 kPa。

1.3 試驗(yàn)方法

有機(jī)物的測定方法：色譜柱（250 mm×4.6 mm），進(jìn)樣量：20，自動進(jìn)樣；分流比為20∶1；柱溫：25℃，流動相：乙腈與水的體積比為4∶6。

濁度的測定：試驗(yàn)中濁度通過上海雷磁-濁度儀WZS-186進(jìn)行檢測。

化學(xué)需氧量的測定：實(shí)驗(yàn)中化學(xué)需氧量的測定通過《水質(zhì)化學(xué)需氧量的測定重鉻酸鹽法》（HJ 828—2017）進(jìn)行測定。

電導(dǎo)率的測定：試驗(yàn)中電導(dǎo)率的測定通過上海雷磁DDS-307實(shí)驗(yàn)室水質(zhì)電導(dǎo)率測試儀測量。

2 結(jié)果與分析

2.1 水質(zhì)處理結(jié)果分析

采用液相色譜對使用前后的的光整液進(jìn)行了分析，分析結(jié)果如圖3所示。

圖3 處理前后水質(zhì)的液相色譜（LC）分析

水質(zhì)液相測量結(jié)果表明，原水中有機(jī)物成分較為復(fù)雜，且含量較高，通過一級膜處理后的產(chǎn)水，有機(jī)物成分單一，色譜圖形僅出現(xiàn)3個(gè)峰面積較小的峰，二次產(chǎn)水沒有峰的出現(xiàn)，說明一級產(chǎn)水中含有微量的有機(jī)物，二級過濾已經(jīng)消除所有有機(jī)物。

膜處理工藝主要通過膜孔對水質(zhì)中雜質(zhì)進(jìn)行截留，達(dá)到去污的效果。本次試驗(yàn)通過對處理前后水質(zhì)的濁度、COD和電導(dǎo)率的測定，研究二級膜處理技術(shù)對冷軋廠光整機(jī)廢水處理效果，結(jié)果如圖4—圖6所示。由圖4可知，經(jīng)過連續(xù)14 d的水質(zhì)監(jiān)測，廢水原水中濁度為22~40 NTU，濁度波動范圍大。經(jīng)過一級膜過濾后，產(chǎn)水濁度范圍為6~13 NTU，二級產(chǎn)水濁度為2~5 NTU，二級膜過濾對水質(zhì)濁度的去除率超過85%，且出水水質(zhì)穩(wěn)定性強(qiáng)。由圖5可知，原水COD范圍為2 600~5 700 mg/L，經(jīng)過二級膜處理后，水質(zhì)中COD值穩(wěn)定在15 mg/L左右，COD的去除率超過99.4%，結(jié)合圖3中液相色譜結(jié)果表明，PTFE膜對水體中有機(jī)物具有很好的去除效果。由圖6可知，原水中電導(dǎo)率范圍為240~460 ms/cm，經(jīng)過二級膜處理后，產(chǎn)水電導(dǎo)率穩(wěn)定在11~17 ms/cm，電導(dǎo)率的去除率超過93%。通過水質(zhì)監(jiān)測結(jié)果發(fā)現(xiàn)出水水質(zhì)偏堿性，可能是由于酸堿度對電導(dǎo)率的測量造成影響。

圖4 水質(zhì)濁度分析

圖5 水質(zhì)COD分析

圖6 水質(zhì)電導(dǎo)率分析

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，產(chǎn)水水質(zhì)中濁度、COD和電導(dǎo)率的排放均滿足《鋼鐵工業(yè)水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 13456—2012）排放標(biāo)準(zhǔn)。從處理效果上分析，本試驗(yàn)已經(jīng)達(dá)到了預(yù)期的目的。經(jīng)過二級膜處理后的產(chǎn)水達(dá)到了脫鹽水的水質(zhì)要求，一級膜產(chǎn)水中光整液的濃度和使用前配制的光整液濃度相近，可以直接返回使用，實(shí)現(xiàn)回收光整液的目的。因此，采用兩級膜工藝處理光整機(jī)沖洗廢水是可行的。

2.2 膜單元運(yùn)行穩(wěn)定性分析

本次試驗(yàn)主要研究運(yùn)行壓力和回收率對產(chǎn)水流量的影響。圖7和圖8分別為運(yùn)行壓力和回收率對產(chǎn)水流量的影響。

圖7 運(yùn)行壓力對產(chǎn)水流量的影響

圖8 回收率對產(chǎn)水流量的影響

圖7的研究結(jié)果表明運(yùn)行壓力越大，產(chǎn)水流量越大，且流量的穩(wěn)定性較強(qiáng)，但是PTFE膜的最大跨膜壓力為60 kPa，因此現(xiàn)場運(yùn)行過程中一般進(jìn)水壓力控制在20~50 kPa，當(dāng)運(yùn)行壓力為45 kPa時(shí)，產(chǎn)水流量穩(wěn)定在1.5 L/min，當(dāng)運(yùn)行壓力為30 kPa時(shí)，產(chǎn)水流量穩(wěn)定在1.25 L/min，現(xiàn)場可通過膜組件的并聯(lián)來實(shí)現(xiàn)每天的處理量。

圖8的研究結(jié)果表明當(dāng)產(chǎn)水回收率為80%時(shí)，產(chǎn)水流量可以超過1.8 L/min，且回收率越高產(chǎn)水的流量越大。

3 結(jié)論

1）PTFE膜對有機(jī)物具有很好的去除效果，二級膜處理后的產(chǎn)水COD去除率超過99.4%。

2）二級膜處理工藝對水質(zhì)中濁度和電導(dǎo)率具有較高的去除率，去除率分別超過85%和93%。

3）經(jīng)過二級膜處理后的出水水質(zhì)滿足《鋼鐵工業(yè)水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 13456—2012）排放標(biāo)準(zhǔn)，因此適用于冷軋廠廢水的處理。

4）PTFE膜的最大跨膜壓力為60 kPa，現(xiàn)場運(yùn)行過程中一般進(jìn)水壓力控制在20~50 kPa，當(dāng)運(yùn)行壓力為45 kPa時(shí)，產(chǎn)水流量穩(wěn)定在1.5 L/min，現(xiàn)場運(yùn)行過程中可以通過膜組件并聯(lián)方式來滿足廢水的處理量。