钢铁行业高盐水处理技术研究

钢铁行业高盐水处理技术研究

0超滤+反渗透膜处理工艺来自各行各业的河流正在开采。特别是，重要设备的循环冷却需要大量的软水和除盐。目前软水和除盐水的制备普遍采用双膜法，即超滤膜+反渗透膜的处理工艺。该工艺制备的除盐水回收率在70%左右，剩余30%形成了高盐水，其中含有各种有机和无机污染物，若直接排放可能会对土壤、地表水、海洋等产生污染1钢铁行业高盐生产现状与问题1.1双膜法回收率的影响钢铁行业的高盐水主要来源于双膜法制备除盐水(图1)的过程中使用了的地下水、河水等常规水源。但随着国家对钢铁行业取水限制的加大，地下水和河水的取水比例逐渐降低，更多的企业引用城市中水或企业自身中水作为水源。高盐水一般产生于双膜法的一级RO阶段，根据水源水质的不同，结合最佳的操作成本和投资成本，设计双膜法的回收率不同，产生的高盐水性质也会发生变化，见表1。水源水质越好，电导率越低，双膜法的回收率越高，但更高的回收率意味着更高的操作压力和处理成本。一般钢铁行业双膜法的设计回收率在75%以下，这就导致产生的高盐水含盐浓度偏低，产量大，回收潜力大。1.2高盐处理问题目前钢铁行业对高盐水的处理途径主要有:作为高炉冲渣水消纳、作为厂区中水回用以及外排3种。1.2.1高尔库尔将高盐水作为高炉冲渣水的补充水，利用高炉渣显热，使其瞬间蒸发，从而实现废水消纳1.2.2循环回用系统高盐水与厂区其他工业废水共同进入厂区污水处理站，经过除硬、过滤等处理后，作为厂区中水回用，形成水的循环回用系统。该系统虽然实现了高盐水的回用，但由于循环系统水外排量有限，盐分会逐渐累积，导致中水含盐量升高，指标恶化，从而造成使用中水为水源的膜系统堵塞加剧，冲洗水量增大，水耗增大，脱盐水指标下降，加剧用水设备的腐蚀和结垢1.2.3高盐水排放方式为了防止高盐水循环回用造成的中水系统盐分的过度富集，部分钢铁企业浓盐水一部分需要对外排放，排出一部分盐分，使企业内盐分达到平衡。而排放的这部分高盐水可占到总高盐水量的1/3～1/2，以河北某产能在1000万t的钢铁企业为例，其高盐水的产生量就高达1100t/h左右，排放损失可达到吨钢0.3～0.5m对外排放主要有环境排放和市政排放两种方式，环境排放主要适用于环境受纳能力水平较高的地区，如沿海区域，进行高盐水直接排海，内陆地表水容量较大的地区，将高盐水经过达标处理后排入地表水体，但长期大量排放可使地表水含盐量升高，因此有非常严格的排放限制。市政排放是将高盐水排入市政管网，与城市污水共同处理，但处理能力有限总之，钢铁行业的高盐水产生量大，但企业本身消纳途径有限，在企业内部循环回用会造成盐分的累积，形成恶性循环，而高盐水对外排放不仅给企业造成了巨大的水损失，还逐渐受到更加严格的排放控制，解决高盐水回用问题，实现高盐水不出厂、零排放是未来行业发展的必然趋势。2高盐水预处理鉴于钢铁行业高盐水的特点，处理好高盐水的主要思路首先是企业水盐平衡分析，把握企业盐分的输入和输出环节，然后通过高盐水浓缩、结晶分盐，实现多余盐分的剥离，从而维持企业整个水系统的盐平衡。2.1水盐平衡的实现由于钢铁行业高盐水产量大，盐分浓度偏低，对全部高盐水进行脱盐回用并不现实。实现钢铁行业的高盐水零排放关键在于解决高盐水循环回用过程中盐分的过度累积问题，从整个企业水系统综合考虑，实现整个循环系统的水盐平衡(图2)。为保持整个水系统盐分平衡，则须有M(1)充分分析企业生产对盐水的消纳容量，在保证企业正常生产的情况下，适当加大高盐水冲渣、闷渣以及料堆喷洒的使用比例，提高自消纳量。(2)针对企业采用不同水源导致的高盐水浓度差异的情况，选取盐分浓度较高的高盐水系统进行零排放设计，或通过脱盐水系统改造，提高脱盐水系统的回收率和浓缩倍数，提高高盐水的盐浓度，降低零排放处理水量和处理规模，降低投资和处理成本。2.2高盐浓度降低2.2.1高盐水梯级利用一般大型钢铁企业的脱盐水制备使用多种水源，根据不同水源下，产生的高盐水水质的差异，进行梯级利用(图3)。以河水或地下水为水源的膜系统产出的高盐水指标接近中水，可作为中水膜系统的水源进行二次梯级利用，提高总体回收率，在一定程度上降低高盐水的产量。2.2.2高盐浓缩技术高盐水的浓缩主要有膜浓缩和热浓缩两大技术体系2.3热法分盐工艺脱盐是实现高盐水零排放最终步骤，分盐技术可以将高盐水中的盐分进行高质量分离，从而获得具有更高应用价值的盐分，而不是几乎没有价值的混合盐，甚至是危废。目前分盐工艺主要有热法分盐和膜法分盐两大类。热法分盐是根据溶液中对应温度下各溶质溶解度的不同，利用相图理论进行盐分分离，从而得到不同盐产品的过程。热法分盐工艺包括直接蒸发工艺、盐硝联产分盐结晶工艺和低温结晶工艺等膜法分盐是指利用膜的选择透过性实现溶液中一价盐和二价盐有效分离的一种处理工艺。目前研究较多的为纳滤膜(NF)工艺、电渗析和双极膜工艺等钢铁行业的高盐水是一种比较复杂的水盐体系，其中的有价值盐成分不可能全部回收。实现分盐结晶，产品纯度越高，则运行成本越大，剩余母液或混盐的处理成本也更高，应根据不同的水质特点，通过试验确定最佳分盐方案，兼顾产品纯度、运行成本以及剩余混盐或母液的处理成本，实现经济和环境效益最优化。2.4过高盐水浓缩、结晶分盐工艺路线解决高盐水循环回用中产生的盐分累积问题是实现高盐水零排放的关键。应首先通过企业整体的水盐平衡分析，确定盐分的输出量，然后通过高盐水浓缩、结晶分盐将多余的盐分从系统中分离，从而实现循环系统的盐分平衡。高盐水的浓缩阶段根据浓缩液的盐浓度和性质，选择不同的浓缩方案。在浓缩浓度较低时，膜浓缩技术的吨水处理成本低，是最优的工艺选择。当浓缩至一定阶段后，热法浓缩便更具有优势。因此可采取两级膜浓缩、蒸发浓缩和结晶分盐的工艺路线(图4)。最佳工艺路线的选择和优化是目前行业高盐水处理应用需要研究的主要问题。3钢铁行业高盐水零排放的前景展望钢铁行业的高盐水由于其产量大，厂内消纳途径有限，循环回用会导致整个中水循环系统的盐分累积，水质恶化，形成恶性循环。目前仍有一大部分企业产生的高盐水排入市政或其他水体，给城市污水处理和环境造成了影响。随着国家对钢铁等高耗水行业用水排水管控的进一步严格，实现高盐水的零排放是未来发展的必然趋势。鉴于钢铁行业高盐水盐浓度偏低的特点，实现高盐水零排放的主要思路是在企业水盐平衡分析的基础上，通过少量高盐水的浓缩减量、结晶分盐获得高质量的纯盐，实现一部分经济效益，降低处理成本，在实现零排放的同时，最大程度降低固废的产生。钢