膜分离技术在冶金废水中的应用

1、膜分离技术在冶金废水中的应用张立才新加坡凯发集团 上海摘要：各种工业废水（中水）回用是解决目前水资源日渐紧张的有效手段，本文简要介绍了冶金行业废水回用膜法处理技术，并对膜分离技术在其废水回用，以及钢铁冷轧、热轧、金属加工等含油废水分离项目中的应用进行了分析介绍。关键词：中水回用；膜分离技术；超滤；反渗透；陶瓷膜；油水分离1前言钢铁企业的污（废水）由于污染物成分复杂,在进行反渗透脱盐处理时,若只采用常规水处理工艺(如:中和、生化处理、混凝、澄清、介质过滤等)作为反渗透的预处理,往往无法满足反渗透系统的进水水质要求,造成反渗透装置的快速污堵及频繁清洗.在常规水处理工艺的基础上结合超滤处理工艺作为反

2、渗透的预处理,则能够大大降低反渗透装置的污堵速度及清洗频率,保证反渗透系统的长期、稳定运行,为钢铁企业提供可替代新鲜水、锅炉用水、工业工艺用水的高品质回用水在钢铁、冶炼和机加工等行业的诸多流程中（冷轧、热轧、金属加工、酸浸、抛光等）都会产生大量的含油废水。传统的处理方法（化学破乳法、充气浮选法以、各种重力分离法等）不但无法有效除油，产生大量难以处理的废油污泥，不能达到污水排放标准。还具有处理工艺冗长，处理成本高，占地面积大等缺点。乳化油废水成分非常复杂，主要含有矿物油、乳化剂、表面活性剂等，特别是油和油脂的含量很高，不但油份以微米和亚微米级大小的粒子存在，性质十分稳定，且含有很高的COD，直接

3、排放会给环境带来严重的污染。由于含油废水具有抗混凝性，传统典型化学方法在处理油水分离上往往无能为力。凯发研发专利膜产品与高效的膜分离处理技术，有效解决了含油废水的分离难题。能将乳化油强制截流，回收油、脱膜液和洗涤剂，出水经过进一步处理后达到排放或回用要求，甚至油、脱膜液和洗涤剂都可回收和循环使用。膜分离技术作为一种新型、高效的分离技术，近年来取得了令人瞩目的飞速发展，已广泛应用于国民经济各个领域，在节能减排、清洁生产和循环经济中发挥着重要作用，特别是在水资源利用和环境保护方面起着举足轻重的作用。2中水回用处理技术简介中水回用处理技术按其机理可分为物理法、化学法、生物法等。中水回用技术通常需要多

4、种处理技术的合理组合，即各种水处理方法结合起来深度处理污水，这是由于单一的某种水处理方法一般很难达到回用水水质的要求。目前，中水回用处理的基本工艺有：1. 二级处理消毒；2. 二级处理过滤消毒；3. 二级处理混凝沉淀 (澄清、气浮) 过滤消毒；4. 二级处理微滤/超滤消毒。当对回用水水质有更高要求时，可选用其它处理工艺，即在深度处理中增加活性炭吸附、臭氧-活性炭、脱氨、离子交换、纳滤、反渗透等单元技术中一种或几种组合。目前，中水回用处理技术的发展趋势是采用集成膜系统 (Integrated Membrane System, IMS)2, 3 ，即将微滤 (MF) 、超滤 (UF) 、纳滤 (N

5、F) 和反渗透 (RO) 等组合起来。IMS系统具有可靠性高、对原水的水质变化不敏感、操作费用低且均为商品化组件式装置的特点，并已在不同行业的中水回用中得到了广泛的应用。3中水回用案例介绍3.1 膜分离技术在钢铁行业中水回用中的应用钢铁行业是水资源消耗巨大的产业，除少数钢铁企业外，普遍存在着废水排放量大，废水循环利用率低，吨钢新水耗量居高不下的现象。日照钢铁控股集团有限公司是一家集烧结、炼铁、炼钢、轧材于一体并配套齐全的特大型钢铁联合企业。其中水回用项目是将经综合污水处理厂处理后 (混凝+高密度沉淀池+V型滤池) 的工业废水，利用双膜法 (UF+RO) 进行深度处理，从而达到回用的目的。日照钢

6、铁中水回用项目设计的主要进水水质如表1所示：表1主要进水水质Table 1Raw water quality parameters参数单位范围参数单位范围总溶解性固体mg/l 1000悬浮物mg/l 10温度2040pH69CODmg/l 60NH3-Nmg/l 10日照钢铁中水回用项目设计反渗透总产水量为420m3/h。其工艺流程如下所示：原水池超滤进水泵自清洗过滤器超滤膜系统超滤产水池RO进水泵保安过滤器RO膜系统RO产水日照钢铁中水回用系统包括了两个阶段的处理过程。第一阶段为超滤，Kristal超滤膜装置的出水性能稳定：SDI值 2、浊度 0.1 NTU，将给后续的反渗透装置提供了一个很

7、好的进水水质，从而保证反渗透系统的长期稳定运行。第二阶段为反渗透，主要作用是去除水中大部分离子，系统脱盐率大于96%，保证出水满足回用要求。3.2 膜分离技术在有色金属行业中水回用中的应用为了避免再次发生环境污染事故，同时减轻企业生产对环境的污染，实现生产废水零排放，韶关冶炼厂决定实施废水回用工程。通过该项目的实施，可进一步提高工业水的重复利用率，降低新水耗量与废水排放量。韶关冶炼厂生产废水采用石灰+硫酸铁两段化学混凝沉淀法处理后达标排放。经现场水质监测和垢样判别研究，韶关冶炼厂废水处理后的水属结垢型水质，其结垢趋势严重。根据韶关冶炼厂历年资料及06年2月复产后至7月的监测数据，处理后的工业废

8、水的典型水质如表2所示：表2主要进水水质Table 2Raw water quality parameters参数单位范围参数单位范围悬浮物mg/l 20总镉mg/l 0.01pH78总砷mg/l 0.4温度2040总锌mg/l 1.8Cl-mg/l 400总汞mg/l 0.03CO32-mg/l 10总铅mg/l 0.05SO42-mg/l 1000Ca2+mg/l300500根据进水水质的特点和产水要求，选择纳滤作为主脱盐工艺，可以降低能耗，达到所需要的脱盐率。本工程采用如下的工艺流程：处理后的生产废水原水泵多介质过滤器超滤超滤产水箱纳滤进水泵纳滤除盐水箱。中水回用膜处理系统设计总规模为8

9、00m3/h，一期建设规模200m3/h。土建按总规模一次建设，一期工程车间布置与公用设施配置考虑与二期建设的衔接。韶关冶炼厂中水回用膜处理系统自2007年9月投入使用以来，已正常运行近三年。系统运行至今，经受住了复杂多变的冶炼废水水质的考验，尤其是稳定优质的Kristal超滤膜出水，保障了后续纳滤的平稳安全运行，降低了系统运行成本。其产水达到韶关冶炼厂工业循环水的水质要求：系统脱盐率 80%，其中Ca2+ <100mg/l，SO42- <100mg/l，电导率<250s/cm。3.3 陶瓷膜分离技术在钢铁、冶炼的含油废水中的应用冶金企业在轧钢过程产生大量的含油废水，其来源大

10、致有：从酸洗线上排出的酸性废水；钢材表面的活化处理或钝化后排出的含盐、含金属离子的废水；还带钢轧制过程中为了消除冷轧产生的热变形，需采用乳化液（乳化液主要是由 210%的矿物油或植物油、阴离子型或非离子型的乳化剂和水组成）进行冷却和润滑，由此而产生的冷轧乳化液废水；冷却带钢在松卷退火前均要用碱性溶液脱脂，产生碱性含油废水；冷轧不锈钢的生产过程中，退火、酸洗、冷轧、修磨、抛光、平整、切割等工序中或连续或间断地排放出含油含脂的轧制乳化废液；热轧和硅钢厂也都存在乳化液废水排放问题。 这些废水中以冷轧乳化液废水处理最为困难，一般的含油废水处理方法如气浮法，吸附法，生化法，化学法等，

11、都难以得到理想的处理效果。 凯发采用自己的专利膜产品与高效的膜分离处理技术，有效解决了含油废水的分离难题。能将乳化油强制截流，回收油、脱膜液和洗涤剂，出水经过进一步处理后达到排放或回用要求，甚至油、脱膜液和洗涤剂都可回收和循环使用。陶瓷膜处理冷轧乳化液废水的工艺介绍：冷轧乳化液废水进入原水池，经过适当预处理后，由供料泵送给陶瓷膜组件，陶瓷膜组件的操作方式采用内外循环式流动方式，由循环泵提供膜面流速，由供料泵提供系统操作压力，通过供料泵流量来调节系统的浓缩倍数。膜组件处理后的浓液回到回收槽，渗透液作为生活杂用水送到指定点。HYFLUX-InoCep®膜系统工艺流程示意图技术特

12、点： 陶瓷膜具有耐腐蚀，机械强度高，孔径分布窄，使用寿命长等突出优点，已经引起了国内外的广泛注意，并在许多领域得到了应用。陶瓷膜处理含油废水具有操作稳定，通量较高，出水水质好，油含量小于10 ppm，乳化油/水分离效果能够达到100%。     陶瓷膜设备占地面积小，正常工作时不消耗化学药剂也不产生新的污泥，回收油质量比较好，在含油废水处理领域已日益显示出其极强的竞争力。油截留率高，出水含油量小于10ppm，达到环保要求；经过浓缩后可回收大量有价值的油；耐酸碱及氧化性物质，耐微生物侵蚀，使用寿命长；采用错流过滤，耐污染，可维持高通量过

13、滤；无需使用昂贵的破乳剂、絮凝剂，运行成本低；膜清洗周期长，清洗通量恢复效果好且稳定；可实现PLC自动控制，劳动强度低，节省人力成本；易损件少，设备维护简单，维修费用低。案例：杭州正和环保有限公司以及南方航空于2007年7月18日至2007年8月4日在湖南株洲及浙江杭州进行了HYFLUX陶瓷膜过滤乳化油实验。原液为含油废水，含机械油脂、表面活性剂等，陶瓷膜采用InoCep 40nm陶瓷膜，膜内外径为3/4mm，试验结果如下：实验批次第一批第二批第三批第四批第五批操作压力3.2/3.01.7/1.52.2/2.01.7/1.51.6/1.4操作温度4032-5230-5148-6235-45平均

14、通量63.5105.5121.671.7浓缩倍数6.54132.5滤液外观浑浊澄清，透明澄清，透明澄清，透明澄清透明进料COD178500182000150000168500123800滤液COD3030018500215002890031000COD截留率83%89.8%85.7%82.8%75%备注因浑浊停机尾样略浑浊结果分析如下：2.通量的变化较复杂，主要原因是每批次料液温度等差别较大。但也可以看出第四批通量明显较其它几批高是因为第四批初始温度较高的原因。3.第五批截留率下降是因为料液经运输到杭州后并经过多次实验发生变化，小分子物质增多导致。4.可以看出随着浓缩倍数的增加，浓缩液COD显

15、著增加，而滤出液COD增加缓慢。从截留率上所表现的就是截留率显著升高。5.结合该乳化液的成分可以推测出Hyflux陶瓷膜对产生大量COD的小油滴有较强的截留效果，而对其它溶解油、分散剂及表面活性剂等小分子物质造成的COD不截留。因此造成浓缩液COD显著上升而滤出液COD基本不变的现象。4结论目前以集成膜系统 (MF/UF+NF/RO) 为核心的中水回用系统，已成功应用于多个行业，系统运行稳定可靠，发挥了巨大的环境和经济效益，是值得推广的重要技术。1) 采用膜分离技术的中水回用系统，其产水视水质情况可做循环水的补水、锅炉、冷轧酸洗、漂洗等生产工艺的用水，具有节能、环保等特点。2) 超滤出水水质好

16、，水质稳定，且基本不受原水水质变化的影响。超滤能有效去除水中的颗粒、悬浮物、胶体、细菌、病毒等，是一种可靠的水处理技术；既可直接用于中水的生产，也作为反渗透的预处理，比常规预处理可大大降低反渗透进水的SDI值，延长反渗透装置的使用寿命。3) 集成膜系统体现了高自动化、高集约化、高环境友好性的特点，有效提高了水循环的利用率，降低各行业的新水耗量，在节能降耗、清洁生产和循环经济中发挥着重要作用。4)陶瓷膜由于本身的独特性能，在乳化油分离中表现出极佳的乳化油/水的分离效果，必定会有越来越广泛的应用。5)陶瓷膜在乳化油的良好的分离效果，必定会产生广阔的应用前景，对环境保护带来一种新的解决手段，同时也会

17、对企业带来良好的经济效益。参 考 文 献1 污水再生利用工程设计规范，GB 50335-20022 Takeshi Matsuura. Progress in membrane science and technology for seawater desalination - a review J. Desalination, 2001, 134(1-3): 47-54.3 Redondo J A. Brackish - , sea - and wastewater desalination J. Desalination, 2001, 138(1-3): 29-40.Membrane Technology Application In Waste Water Reclamation PlantLicai ZhangSingapore Hyflux Group, Shanghai ABSTRACT: In this paper, the different processes of waste water reclamation plant are brief introduced. The