隨著(zhù)我國環(huán)境管理政策和污水排放標準的日益嚴格，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)是我國水資源利用的耗水大戶(hù)，噸鋼新水消耗、工業(yè)水的重復利用率等耗水指標將成為鋼鐵企業(yè)可持續發(fā)展的重要環(huán)境影響評價(jià)指標。近年來(lái)，環(huán)保部門(mén)對鋼鐵企業(yè)排水指標提出了更嚴格的標準，并且對廢水排放總量進(jìn)行嚴格控制。冷軋廢水污染物種類(lèi)繁多，處理難度大且處理后出水水質(zhì)要求非常高，國內一線(xiàn)鋼鐵企業(yè)已開(kāi)始摸索冷軋廢水零排放技術(shù)方案，實(shí)現真正意義上的冷軋廢水零排放。
1、廢水零排放技術(shù)
目前，國內零排放的主流工藝為膜法和熱法。熱法的主要包括多級閃蒸、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。單獨采用熱法，雖然能達到“零排放”的目的，但設備投資巨大且運行費用較高。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(guò)熱法處理，達到廢水的零排放。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：預處理階段、膜處理階段、蒸發(fā)結晶階段。
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(zhuān)門(mén)用來(lái)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、導流盤(pán)、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(guò)導流通道進(jìn)入底部導流盤(pán)中，并快速流經(jīng)膜片，并轉到另一膜片，在膜表面形成切向流過(guò)濾，濃縮液最后從進(jìn)料端法蘭處流出，透過(guò)液通過(guò)中心收集管排出，濃縮液與透過(guò)液被導流盤(pán)上的O型密封圈隔離。碟管式反滲透具有通道寬、流程短、高速湍流過(guò)濾的特點(diǎn)，因此，膜元件不易結垢污染、清洗周期長(cháng)、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)的驅動(dòng)下，利用離子交換膜的選擇透過(guò)性，陰、陽(yáng)離子分別向陽(yáng)極和陰極移動(dòng)，從而實(shí)現溶液淡化、濃縮、精制或純化等目的。電滲析反應器是由多層濃縮隔室和淡化隔室交替組成的，通過(guò)隔板邊緣特設的孔道，分別將各濃淡隔室的水流匯集成濃水和淡水系統，從而達到脫鹽的目的。電滲析對懸浮物、油及硬度等較敏感，對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，且電滲析對有機物沒(méi)有截留效果，淡水需進(jìn)行高級氧化降解有機物。濃水結晶鹽純度高，適用于有分鹽場(chǎng)所。
1.3 機械式蒸汽再壓縮技術(shù)(MVR)
機械式蒸汽再壓縮的原理是低溫位的蒸汽經(jīng)壓縮機壓縮，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，達到節能效果，蒸發(fā)過(guò)程不需補充蒸汽。蒸發(fā)過(guò)程中，廢水中污染物容易附著(zhù)在管束內表面，影響換熱效率，需要定期維護清洗。
2、冷軋廢水零排放技術(shù)方案
2.1 預處理階段
由于冷軋最終排放廢水主要污染物為CODcr、石油類(lèi)、總鐵及硬度。最終排放廢水經(jīng)沉淀過(guò)濾工藝后，增加高級氧化處理工藝，如臭氧氧化、電氧化等，盡可能的降低廢水中的有機物，保證后續膜處理系統運行。
根據廢水中硬度的種類(lèi)及濃度的不同，選擇不同的軟化工藝，冷軋廢水硬度較高，一般需要采用二級軟化，藥劑軟化和離子交換樹(shù)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(shù)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(mǎn)足離子交換樹(shù)脂的進(jìn)水要求，軟化沉淀出水需增加過(guò)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
為保證反滲透系統的正常運行及區分硫酸鹽及氯化鹽，一般在反滲透前段增加一級納濾。納濾操作區間介于超濾與反滲透之間，能截留納米級的物質(zhì)，能有效截留廢水中的有機物及高價(jià)離子(如硫酸根離子)。一方面可降低廢水中的有機污染物，將硫酸鈉與氯化鈉分離，便于后續分鹽結晶工藝。根據水質(zhì)情況不同，納濾回收率一般達到85%-95%。納濾膜耐受COD的污染，COD去除率一般60~80%，保證了反滲透系統的正常運行。
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)高級氧化處理后，可先采用二段低壓反滲透，對冷軋廢水進(jìn)行一步濃縮，回收率達為70%-75%�？山档蛙浕到y處理規模，降低投資費用。
濃水高壓反滲透一般進(jìn)水可溶性總固體(TDS)為5-8g/L，高壓反滲透運行較低較高，一般為抗污染型海水淡化反滲透膜元件。根據進(jìn)水水質(zhì)條件，回收率可做到75%-90%，濃水TDS達到30-50g/L。
碟管式反滲透(DTRO)與電滲析(ED)在業(yè)內均有較多的應用實(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)入結晶器。ED淡水一般COD濃度較高，不滿(mǎn)足回用要求，需要增加高級氧化裝置，但ED濃水結晶鹽純度高，適用于有分鹽場(chǎng)所。DTRO定期需進(jìn)行清洗，且在高壓系統中運行，對現場(chǎng)安裝維護要求較高。
2.3 蒸發(fā)結晶階段
由于蒸汽費用較高，在蒸汽富裕條件采用蒸汽換熱，一般采用機械式蒸汽再壓縮技術(shù)，蒸汽壓縮機用電能轉為熱能供蒸發(fā)器使用。蒸發(fā)器運行過(guò)程中，蒸汽在管外部，高鹽水在內壁。運行過(guò)程中發(fā)現產(chǎn)水量減少，表明設備污堵需要清洗。一般結垢發(fā)生器在管內壁，清洗較為困難，需要專(zhuān)業(yè)的清洗隊伍進(jìn)行清洗作業(yè)。
結晶器給水罐溫度約為100℃，通過(guò)蒸汽換熱或蒸汽壓縮機，滿(mǎn)足循環(huán)液溫度在110℃左右。在循環(huán)過(guò)程中，部分母液送入離心脫水機脫水，產(chǎn)生結晶鹽，濾液回流至結晶器內。運行過(guò)程中需排出母液，母液可設母液干化系統，采用蒸汽蒸干處理。
2.4 冷軋廢水零排放工藝路線(xiàn)
零排放工藝路線(xiàn)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(xiāo)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行成本均較高，若暫時(shí)無(wú)法解決工業(yè)鹽的銷(xiāo)路，建議采用混鹽處理，預留分鹽處理占地空間及工藝備用出路，待后續具備條件時(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。
3、運行成本及投資估算
3.1 藥劑成本估算
根據進(jìn)水水質(zhì)情況不同，藥劑成本也不相同，針對冷軋廢水常規進(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，由于各區域能源介質(zhì)費用不同，系統配置不同，噸水能源介質(zhì)費用相差較大，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。
4、結語(yǔ)
冷軋廢水種類(lèi)多，前端工藝的處理效果，直接影響到后續廢水回用及零排放的技術(shù)方案及投資運行成本。廢水零排放技術(shù)是未來(lái)廢水處理行業(yè)的發(fā)展趨勢，但固體廢棄物處置問(wèn)題是制約著(zhù)零排放技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵問(wèn)題。希望隨著(zhù)將來(lái)廢水技術(shù)的發(fā)展，能提高工業(yè)鹽純度，達到資源循環(huán)利用，促進(jìn)經(jīng)濟與自然、社會(huì )的持續、健康、協(xié)調發(fā)展。(來(lái)源：寶鋼工程技術(shù)集團有限公司)
