鋼鐵工業作為我國工業發展的基礎產業, 既是用水大戶也是排污大戶。隨著現代化工業的迅速發展, 用水量劇增,水資源短缺,已成為鋼鐵工業發展的瓶頸。要解決這一問題, 鋼鐵企業僅靠節水是不夠的, 必須要尋求新的供水來源,而最直接、 最經濟、 最有效的途徑就是將綜合排放的廢水處理后循環利用。

鋼鐵工業廢水回收利用技術及設備研究工作是一項極具有社會效益和經濟效益的工作。但是在鋼鐵企業的廢水處理過程中, 如果不涉及脫鹽工藝,處理后的水的含鹽量會很高,仍不能滿足工業循環水系統補充水的要求。循環水經高倍濃縮后, 水中各種離子濃度增加, 會產生一系列物理、化學變化, 導致管道系統腐蝕、 結垢嚴重, 影響設備正常運行,甚至縮短設備的使用壽命。因此,在鋼鐵工業廢水處理技術中,研發高效低耗的新型除鹽技術具有積極意義。

目前鋼鐵廠廢水脫鹽技術主要有3 種: 即離子交換工藝(陽床+ 陰床+ 混床)、 膜法除鹽工藝(超濾和反滲透)和電吸附除鹽工藝。長期實踐已證明,離子交換是一種成熟有效的水處理工藝,脫鹽效果好。但該工藝存在設備占地面積大、 系統操作維護頻繁復雜、 出水水質呈周期性波動的缺陷,并且需要投加絮凝劑和耗費大量的酸堿,不利于環境保護;膜法除鹽工藝和電吸附除鹽工藝集技術性、 可靠性、 環保性、 經濟性為一體,比離子交換工藝更具有綜合優勢,目前得到廣泛重視,下面對這兩種工藝分別進行介紹。

1、膜法除鹽工藝的應用

雙膜法工藝主要指超濾+ 反滲透( RO) 的處理工藝,該工藝主要采用膜分離技術制取脫鹽水。超濾原理是一種膜分離過程原理, 是利用一種有機或無機超濾膜,在外界推動力(壓力) 作用下截留水中膠體、 顆粒和大分子量的的物質,而水和小的溶質顆粒透過膜的分離過程。當水通過超濾膜后,可將水中含有的大部分膠體硅除去,同時可去除大量的有機物等。超濾的采用大大提升了預處理的效果,增強了對反滲透系統的產水率,并且延長了膜的使用壽命。

反滲透是用足夠的壓力使溶液中的溶劑(一般是水)通過反滲透膜而分離出來,這個過程和自然滲透的方向相反,因此稱為反滲透。經過反滲透處理, 使水中雜質的含量降低, 提高水的純度,其脫鹽率可以達到99%以上, 并能將水中大部分的細菌、 膠體、 大部分鹽類和有機物去除。反滲透法能適應各類含鹽量的原水, 尤其是在高含鹽量的水處理工程中,能獲得很好的經濟效益。目前, 超濾及反滲透裝置已經實現模塊化設計,可任意拆卸、 組裝,配置靈活,安裝調試方便;且設備結構緊湊,占地少,重量輕,便于運輸和安裝調試。

采用反滲透脫鹽工藝,以超濾作為反滲透的預處理,設計出一套試驗裝置。并且考察了用該裝置處理某鋼鐵企業總排口污水的效果,確定了水通量、 回收率、 清洗周期及清洗藥劑配方和藥劑最佳濃度。實驗證明, 雙膜法在鋼鐵工業綜合污水處理回收應用中是可行的。此外,還對太原鋼鐵集團, 邯鄲鋼鐵集團和首鋼集團采用的膜法脫鹽技術的優缺點進行了分析,提出了用超濾代替傳統的多介質過濾器、 活性炭過濾器等作為反滲透的預處理方法, 可為反滲透系統提供更優良的進水水質, 并可以減輕膜污染,延長膜的使用壽命。就全通量陶瓷膜在國內鋼鐵企業污水深度脫鹽處理中,作為超濾的應用前景做了初步的分析和探討, 指出了全通量陶瓷膜具有合適的機械強度和高滲透通量,對理想的滲透組分具有選擇性, 在工業污水預處理方面,具有很好的應用前景。漣鋼中心軟水站改擴建工程采用了反滲透系統,其工藝設計、 設備選型及材料的選用, 均能夠保證工藝流程的前后協調和脫鹽水制備過程的正常運行, 產水水質、水量穩定。該工藝運行平穩可靠, 實現了整套工藝自動化控制, 具有產水質量高、 自動控制程度高、 易于操作控制等特點。整套工藝處理中膜分離不發生相變化,與其它分離方法相比能耗低,沒有三廢排放(濃鹽水回收集中處理) , 不會對周圍反滲透造成二次污染。

超濾加反滲透的脫鹽工藝已經逐步應用于鋼鐵企業污水的深度處理中,為企業減少新水消耗開辟了新途徑。與傳統法處理工藝相比,有著很大的經濟、 技術和環保優勢。鑒于鋼鐵企業高含鹽量水質特點以及回收利用要求, 許多鋼鐵企業采用膜法處理技術及相應的配套設施, 對回收利用水進行脫鹽處理, 以保持企業循環系統的水質、水量能滿足要求, 膜法工藝已經被實踐證明是一種合適的鋼鐵工業廢水脫鹽方法。但需要指出的是, 膜法工藝也有其不足之處: 對進水水樣要求高,抗沖擊能力小,膜損傷不易修復等缺點,同時膜法出水在使用過程中需要使用大量阻垢劑等化學藥劑。

2、電吸附除鹽工藝的應用

電吸附除鹽技術( EST) 是一種新興的凈水技術,它起始于20 世紀 70 年代, Jo hnso n 等開始研究電吸附和電解吸附技術。20 世紀 90 年代,Andelman 利用電容性原理提出一種全新的電吸附脫鹽方法,電吸附技術真正步入了實際應用的軌道。電吸附除鹽的基本原理是利用含鹽水在陰陽電極之間流動, 通電時水中離子將分別向帶相反電荷的電極遷移, 并被該電極吸附在電極表面形成雙電層。隨著離子/帶電粒子在電極表面富集濃縮,水中的溶解鹽類、 膠體顆粒及其他帶電物質的濃度大大降低,從而實現了水的除鹽、 去硬度及凈化。再生時僅需要短接電極, 被吸附的離子又從電極表面釋放,電極得到再生。

電吸附技術是一種不涉及電子得失的非法拉第過程,所需電流僅用于給吸附電極溶液界面的雙電層充電,因此電吸附本質是一個低電耗過程。電吸附技術不需任何化學藥劑來進行水的處理,從而避免了二次污染問題。電吸附系統所排放的濃水系來自于原水, 系統本身不產生新的排放物。與離子交換技術相比, 省去了濃酸、 濃堿的運輸、貯存、 操作上的麻煩,而且不向外界排放酸堿中和液。

將電吸附技術應用于某鋼鐵廠冷軋廢水除鹽處理,并進行了中試試驗。在進水電導率為3 000~ 3 480  S/ cm時, 處理后產水平均電導率為1 100  S/ cm, 對鈣、 鎂、 氯、 鐵等離子的去除率為48%~ 72%, 滿足回收利用水的要求,實現了冷軋廢水較高品質的回用。采用電吸附技術對首鋼污水廠的二級處理出水進行深度處理。結果表明, 該技術除鹽效果好、 得水率高、 能耗低,在進水電導率平均為1 654  S/ cm、工作電壓為1. 5 V、 流量為1. 5 t/ h的條件下,出水的電導率平均為295  S/ cm,除鹽率為82. 1%, 系統的得水率為73. 1% , 能耗僅為1. 25 kWh/ t , 出水水質達到了 GB/ T 19923 - 2005 的要求。同時, 該工藝的操作也比較簡單,再生時無需酸堿,只需將電極短接放電并以原水沖洗即可。目前,國內一些公司也開發了一系列電吸附裝置,并取得了良好的處理效果。

電吸附除鹽因具有較高的實用性和較寬的適用范圍、 較低的處理費用而為人們所關注。在鋼鐵工業循環水脫鹽處理、 廢水回收利用領域,電吸附技術具有廣泛的應用前景,但目前相關的研究報道較少。電吸附除鹽還存在不足之處, 尚待研究完善:除鹽率還有待進一步提高, 電極自再生時間較長,一般占整個周期的1/ 3 時間,影響得水率。

3、展 望

隨著鋼鐵工業相關的環保法規、 政策和標準的推出,鋼鐵工業廢水的處理要求逐漸變高, 鋼鐵廢水的除鹽工藝勢在必行。總的來說, 鋼鐵廠廢水脫鹽技術有兩大發展趨勢: 1) 設備安裝調試方便、 系統操作維護簡單; 2) 除鹽效率高,運行成本低,無二次污染。膜法技術和電吸附除鹽技術均能同時滿足上述要求, 因此兩種技術未來將在鋼鐵廢水脫鹽處理中得到廣泛的應用。在以后的發展方向中,膜法的發展趨勢可能是開發新型高效的膜材料,改進膜的各種性能和延長膜的使用壽命。電吸附除鹽的發展趨勢可能是制備新型的高效電極材料,增加電吸附效率,減少吸附和再生的時間,提高除鹽效率。