冷軋廢水深度處理技術(shù)

某冷軋廠(chǎng)主生產(chǎn)線(xiàn)包括酸洗機組、軋機機組、連退機組、脫脂機組等，所產(chǎn)生的廢水主要分為: 含酸廢水、含油廢水、稀堿廢水、循環(huán)水排污水，廢水中的主要污染物包括: 酸、堿、乳化液、油類(lèi)、脫脂劑、表面活性劑、懸浮物等。廢水中污染物種類(lèi)繁多，屬高濃度，難降解廢水。

該項目地處生態(tài)旅游保護區，并與綠色食品基地、濕地公園、鳥(niǎo)類(lèi)保護區等重點(diǎn)保護區域毗鄰。因而，對本項目的環(huán)境保護及水資源的循環(huán)利用也提出了更高的要求。該項目環(huán)評報告不但對廢水排放的濃度進(jìn)行了要求，也對廢水排放總量和COD排放總量進(jìn)行了限定，故處理達標后的廢水還需部分深度處理回用，以滿(mǎn)足廢水排放總量和循環(huán)利用率的要求。

1 回用水原水水質(zhì)及回用水水質(zhì)

1．1 原水水質(zhì)表

本項目回用水原水為廢水經(jīng)生化處理后的出水和循環(huán)水系統排污水，其中循環(huán)水排污水約38 m3 /h，生化出水約72 m3 /h，水質(zhì)復雜，且波動(dòng)較大。循環(huán)水排污水中主要污染物質(zhì)為懸浮物，廢水生化后出水水質(zhì)即為廢水達標排放標準，主要水質(zhì)指標如下:

表1 原水水質(zhì)指標表

1．2 回用水水質(zhì)表

經(jīng)回用水系統各處理流程后，最終出水用作循環(huán)水系統補充水，循環(huán)水補充水主要水質(zhì)指標如表2，經(jīng)反滲透處理后出水水質(zhì)要遠好于表2 水質(zhì)指標。

表2 回用水水質(zhì)指標表

2 雙膜法在鋼鐵行業(yè)廢水深度回用處理中的現狀

雙膜法在污廢水深度回用處理中已成為主流工藝，經(jīng)過(guò)超濾和反滲透，污廢水中細菌、懸浮物、病毒、膠體和鹽等污染物絕大部分都可去除[1]。雙膜法在國內電廠(chǎng)循環(huán)水排污水深度回用處理及市政污水深度回用處理中已有較多應用。

雙膜法在鋼鐵行業(yè)的深度回用處理應用目前主要集中在大型鋼鐵聯(lián)合企業(yè)的綜合污水深度處理回用項目上，綜合污水雖然污染物種類(lèi)非常的多，但由于水量大，濃度低，與本項目的原水情況差別也較大。雙膜法對冷軋廢水進(jìn)行深度回用處理國內還鮮有報道，故將冷軋廢水與循環(huán)水排污水混合回用也是一次富有挑戰的嘗試。

縱觀(guān)國內雙膜法深度處理回用中出現的問(wèn)題，絕大部分都是發(fā)生在預處理工序上，選擇合理的預處理系統是廢水處理回收的關(guān)鍵[2]。因此，在本項目上，我們特別重視預處理工藝的選擇以及搭配。

3 回用處理工藝流程和主要參數

廢水深度處理回用的工藝較多，但結合本項目原水水質(zhì)及產(chǎn)水水質(zhì)要求，我們選用主流的雙膜法工藝，該工藝流程可以劃分為3 個(gè)部分: 預處理、超濾膜處理和反滲透膜處理，工藝流程圖如圖1。

圖1 回用處理工藝流程圖

3．1 預處理工藝

預處理單元包括原水池、消毒、混凝反應、多介質(zhì)過(guò)濾等，原水池不但起到水質(zhì)和水量的調節作用，同時(shí)也起到沉淀池的作用，原水池底部設有排泥設施，定期排出系統污泥。在預處理階段主要去除原水中的懸浮物、CODCr、細菌等，為此，在預處理單元投加殺菌劑殺滅水中細菌，并投加混凝劑發(fā)生混凝反應，提高后續過(guò)濾器的截留效果。

3．2 超濾系統設計

超濾系統的作用為去除水中絕大部分的膠體、懸浮顆粒和細菌、病毒等，使產(chǎn)水水質(zhì)符合后續反滲透系統進(jìn)水水質(zhì)的要求。超濾裝置前設有自清洗過(guò)濾器，超濾過(guò)濾方式采用死端過(guò)濾的形式，每運行一段時(shí)間需進(jìn)行一次反沖洗來(lái)恢復膜通量，超濾反洗包括普通反沖洗、化學(xué)分散反沖洗和離線(xiàn)化學(xué)清洗等。超濾裝置選用進(jìn)口中空纖維超濾膜，變頻恒流量控制。超濾系統組成包括自清洗過(guò)濾器、超濾提升泵、超濾膜組件、超濾反洗泵等，超濾化學(xué)清洗裝置與反滲透裝置共用。

超濾裝置主要設計參數:

數量　　　　　　　　　　　　2 套

單套凈產(chǎn)水量　　　　　　　　Q = 50 m3 /h

單套膜面積(18 支)　　　　 　720 m2

產(chǎn)水通量　　　　　　　　　　69 L/m2·h

膜元件材質(zhì)　　　　　　　　　PES

設計回收率　　　　　　　　　92．5%

化學(xué)反洗藥劑及濃度  　　　　10%NaClO

出水SDI15　 　　　　　　　�。�3

3．3 反滲透系統設計

反滲透裝置是廢水深度回用處理脫鹽的關(guān)鍵設備，同時(shí)其對進(jìn)水水質(zhì)要求也較高。反滲透系統的主要組成包括: 反滲透增壓泵、管道混合器、保安過(guò)濾器、反滲透高壓泵、反滲透膜組件等。

RO 膜元件選用進(jìn)口卷式膜元件，臥式排列布置，反滲透高壓泵變頻控制。保安過(guò)濾器前投加阻垢劑防止反滲透膜管中碳酸鈣、硫酸鈣以及硅酸鹽等的結垢，同時(shí)投加還原劑以去除水中的氧化性物質(zhì)。

反滲透裝置主要設計參數:

數量　　　　　　　　　　 2 套

單套凈產(chǎn)水量　　　　　　 Q = 35 m3 /h

單套膜面積(42 支)　　　　1776 m2

產(chǎn)水通量　　　　　　　　 19．71 L/m2·h

膜元件型號　　　　　　　 抗污染膜元件

膜元件材質(zhì)　　　　　　　 芳香族聚酰胺復合材料

設計回收率　　　　　　　 70%

高壓泵性能參數　　　　　 Q = 50 m3 /h，H = 120 m，N = 30 kW

4 系統運行效果

該系統投運6 個(gè)月以來(lái)，運行穩定，系統產(chǎn)水量穩定，水質(zhì)狀況良好，產(chǎn)水水質(zhì)遠好于循環(huán)水補充水水質(zhì)要求�，F就該系統對CODCr、電導率的去除效果及UF＆RO 的運行效果對比分析如下:

4．1 對CODCr的去除效果

系統對CODCr的去除效果如圖2 所示。

圖2 系統對COD 的去除效果

系統中原水CODCr在50 ～ 70 mg /L，經(jīng)多介質(zhì)過(guò)濾器和超濾膜后，CODCr的去除率達70%，經(jīng)過(guò)反滲透膜的截留后，出水CODCr穩定在2 mg /L 以下，去除率達96%以上。

廢水經(jīng)過(guò)生化后出水水質(zhì)中還存在一定量的微生物，且該部分微生物有較強的活性，很難在生化單元沉淀，但經(jīng)NaClO 等殺菌劑殺滅后，易于被多介質(zhì)過(guò)濾器和超濾膜等截留。反滲透膜截留組分為0．1 ～ 1 nm 小分子溶質(zhì)[3]，能有效截留所有溶解鹽份及相對分子量大于100 的有機物，故水中剩余溶解性CODCr可被反滲透膜進(jìn)一步截留，保證了系統出水較低的CODCr值。

4．2 對懸浮物的去除效果

循環(huán)水排污水中SS 屬易于沉淀分離的物質(zhì)，經(jīng)沉淀后，SS 可達60 mg /L 以下; 同時(shí)，廢水出水SS ＜ 60 mg /L，懸浮物含量較低。多介質(zhì)過(guò)濾器對懸浮物的去除率在80%以上，超濾膜對懸浮物去除率在95%以上，反滲透膜孔徑更小，其產(chǎn)水懸浮物接近于零。

需要說(shuō)明的是，隨著(zhù)懸浮物等雜質(zhì)的去除，水中大量的CODCr也一并得以去除，經(jīng)過(guò)超濾膜后，水中絕大部分的腐殖有機物均被去除，超濾出水SDI15 ＜ 3，確保了后續反滲透膜的穩定運行。

4．3 對電導率的去除效果

水的電導率間接的表示水中鹽的含量，即溶解性固體的含量。經(jīng)過(guò)多介質(zhì)過(guò)濾器、超濾膜等，水中大部分的污染物均得以去除，但鹽含量的變化卻不大。

反滲透膜是一種半透膜，依據其只能透過(guò)水分子而不能透過(guò)鹽分子的特點(diǎn)，在高于溶液滲透壓的作用下，將水中鹽類(lèi)等雜質(zhì)從水中分離出來(lái)，從而大幅度的降低水中鹽的含量。經(jīng)對反滲透進(jìn)出水電導率對比分析，結果如圖3。

圖3 RO 膜對電導率的去除效果

反滲透進(jìn)水電導率在1240 ～ 1890 μS /cm，產(chǎn)水電導率保持在55 μS /cm 以下，反滲透脫鹽率在96% 以上，產(chǎn)水水質(zhì)明顯好于工業(yè)水水質(zhì)。

4．4 超濾跨膜壓差變化趨勢及清洗

超濾膜運行的跨膜壓差(TMP) 是一個(gè)重要指標，它是膜過(guò)濾的推動(dòng)力，跨膜壓差的大小反映出超濾膜的污堵情況[4]。隨著(zhù)超濾膜截留污染物的不斷增加，超濾膜通量也隨之下降，超濾膜跨膜壓差呈上升趨勢，因此，跨膜壓差也通常用作衡量超濾膜清洗與否的關(guān)鍵參數。

超濾裝置運行方式有兩種: 恒壓力過(guò)濾(即恒跨膜壓差) 和恒流量過(guò)濾，在跨膜壓差為0．02 MPa 下產(chǎn)水通量的變化曲線(xiàn)，及產(chǎn)水通量為69 L/m2·h 下跨膜壓差的變化曲線(xiàn)對比如圖4。

圖4 超濾跨膜壓差與產(chǎn)水通量的關(guān)系

鑒于該超濾裝置跨膜壓差的變化趨勢，為保證系統的穩定運行及膜的使用壽命，最終確定超濾裝置的反沖洗時(shí)間和化學(xué)清洗時(shí)間分別為間隔45 min 和間隔24 h。其中反沖洗強度為:250 L/m2·h; 化學(xué)清洗強度為: 125 L/m2·h，清洗藥劑采用10% NaCl，投加量約100 mg /L。

4．5 反滲透運行壓差變化趨勢及清洗

反滲透膜運行壓差(△P) 是一個(gè)重要指標，△P 是指反滲透進(jìn)水壓力和濃水壓力之間的差值。在一定范圍內，△P 與膜產(chǎn)水通量之間存在一定的關(guān)系，通常也用作衡量反滲透清洗與否的依據之一，反滲透裝置運行壓差和產(chǎn)水量變化如圖5 所示。

圖5 反滲透壓差與產(chǎn)水通量的關(guān)系

在系統運行的第90 天左右，隨著(zhù)反滲透膜截留污染物和鹽分的不斷增加，反滲透膜通量下降達10%，反滲透膜運行壓差亦比運行初期增加了約0．1 MPa，故進(jìn)行了一次化學(xué)清洗，清洗后，反滲透運行壓差和通量恢復如初。

4．6 經(jīng)濟環(huán)境效益分析

該系統年運行費用約85．3 萬(wàn)元，其中電費46．9 萬(wàn)元，藥劑費7．6 萬(wàn)元，膜折舊及備件30．8 萬(wàn)元，噸水成本約為1．74 元/t產(chǎn)水，整個(gè)系統由廢水處理班組統一管理，不再單獨核算人工成本。若按照自來(lái)水價(jià)格2．71 元/t、年工作時(shí)間7000 h 計算，則年節省水費約47．5 萬(wàn)元/年。

不但如此，該系統還有著(zhù)良好的環(huán)境效益，年減少廢水排放量約49 萬(wàn)t /年，年減少CODCr排放總量約為44．1 t /年。具體參見(jiàn)http://www.sharpedgetext.com更多相關(guān)技術(shù)文檔。

5 結論

雙膜法具有操作簡(jiǎn)單、出水水質(zhì)穩定、運行費用低等特點(diǎn)，一直是各行業(yè)廢水深度處理回用的首選工藝，從本系統的運行情況來(lái)看，再次驗證了這一點(diǎn)。冷軋廢水雖然處理難度很大，但只要預處理措施得當、膜系統設計選型合適，采用雙膜法進(jìn)行深度處理回用是合適的。

本系統對CODCr、懸浮物、電導率等的去除率均達到96% 以上，產(chǎn)水水質(zhì)明顯好于工業(yè)水水質(zhì)，不但可用作循環(huán)水系統補充水，也可用作脫鹽水站原水。

冷軋廢水采用雙膜法進(jìn)行深度處理回用，不但能收獲回用水，有著(zhù)可觀(guān)的經(jīng)濟價(jià)值，而且能大幅度減少廢水的排放量和CODCr等污染物質(zhì)的排放總量，有著(zhù)良好的環(huán)境效應和社會(huì )效應。冷軋廢水雙膜法深度處理回用工藝值得推廣。