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点击次数:  更新时间:2018-05-31 10:47:15  【打印此页】  【关闭

浓盐水的处理是制约着工业钢铁废水零排放的关键技术。介绍了浓盐水的减量处理方法和各种固化措施,重点介绍了将浓盐水引入膜装置前的软化处理方法和减量工业污水处理后浓缩浓水的机械蒸发固化工艺及效果。

 

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工业钢铁废水零排放脱盐过程中不可避免地会产生大量浓盐水,浓盐水的主要成分是无机盐、重金属,也含有预处理、氯化、脱氯和脱盐等过程所用的少量化学品,如阻垢剂、酸和其他反应产物,浓盐水的处理已经是制约着钢铁工业废水零排放的关键技术。
 
在钢铁工业废水处理零排放的设计过程中,首先应对全厂供排水系统进行合理规划,再对各单元用水量按指标进行分配,然后对全厂水量和盐量进行平衡分析,计算出需深度脱盐的废水量及脱盐率。浓盐水量大约为脱盐处理水量的15%~40%,这取决于生产新水水质和废水脱硫脱硝工艺设计,如果生产新水含盐量高,这个值将偏大。
 
2浓盐水的减量法
 
对于浓盐水的废水处理,由于钢铁企业往往有大量炉渣或钢渣需要冷却,如果采用热泼渣工艺,冷却后的渣不能再次利用,则可优先考虑利用浓盐水来泼渣。但是,浓盐水容易对泼渣设备、管道及喷头造成腐蚀和结垢,因此渣场往往也不愿意接收浓盐水,这就需要从经济成本、环保要求和生产安全三方面经综合比较后确定,泼渣后剩余的浓盐水再考虑其他减量或固化措施。
 
在现有技术条件下,浓盐水的减量可以通过将浓盐水再次引入膜装置来实现。
 
2.1浓盐水的软化
 
根据纳滤/反渗透膜的性能特点,影响纳滤/反渗透系统正常运行和提高回收率的主要因素是胶体、悬浮物和结垢离子,胶体和悬浮物通过砂滤、超滤或其他精密过滤器很容易去除。因此,要在浓盐水中再次回用可利用的水,必须去除浓盐水中的结垢离子(主要是Ca2+、Mg2+、Ba2+、Sr2+)。为了去除浓盐水中的结垢成份,可以采用化学软化或树脂软化的方法。
 
化学软化通常采用石灰-纯碱软化法。在浓盐水中加入熟石灰(即氢氧化钙)可去碳酸盐硬度,加入纯碱(即碳酸钠)可去除非碳酸盐硬度。石灰-纯碱软化处理除了能够去除水中大多数Ca2+、Mg2+以外,还可降低SiO2的含量,也可显著去除Ba2+、Sr2+和有机物,并且化学药品的消耗量也较树脂软化法少。
 
但石灰软化处理的问题是需要使用反应器以便在高浓度下形成沉淀晶种,通常要采用上升流固体接触澄清器;澄清器出水还需要设置多介质过滤器,并在进入膜单元之前调节pH值。
 
树脂软化可采用钠离子交换法和氢离子交换法。钠离子交换法是使用钠离子置换去除结垢型阳离子,树脂交换饱和后用盐水再生。这种处理方法的弊端是耗盐量高,增加了运行费用,另外还有废水排放问题。弱酸阳离子交换法是一种部分软化工艺,可以节约再生剂用量。通过弱酸性树脂处理,用氢离子交换除去与碳酸氢根相同当量(暂时硬度)的Ca2+、Mg2+、Ba2+、Sr2+等,实现部分软化,即与碳酸氢根相结合的结垢阳离子可以被去除。
 
因此这一过程对于碳酸氢根含量高的水源较为理想,碳酸氢根也可转化为CO2。如果需要完全软化,可以增设强酸阳树脂的交换过程,甚至放置在弱酸树脂同一交换柱中,这样再生剂的耗量仍比单独使用强酸树脂时低,但是初期投入较高,这一组合仅当系统容量很大时才有意义。
 
在工程设计中,我们可以通过计算残留难溶盐的溶解度,并加入阻垢剂的方法来控制膜结垢,而没有必要完全软化。当然,如果浓盐水中的结垢离子通过投加阻垢剂或降低pH值可以控制其在膜上结垢,就没有软化的必要,这在实际工程中很少遇到。
 
2.2浓盐水的膜处理
 
浓盐水的膜处理技术包括超滤、纳滤和反渗透技术。超滤仅作为纳滤或反渗透的预处理,去除水中少量悬浮物和胶体,使进水SDI值达到纳滤或反渗透的要求。纳滤和反渗透通常用来去除水中溶解性污染物。当进水水质相同时,纳滤膜需要的运行压力较低,却可以得到较高的回收率,但纳滤过程对单价离子和分子量低于200的有机物截留效果较差,而对二价或多价离子及分子量介于200~500之间的有机物有较高脱除率。
 
反渗透膜需要的运行压力相对较高,回收率也较纳滤膜低,但是反渗透却有很好的脱盐性能,除了可溶性气体和强氢键化合物外,反渗透过程几乎对所有的盐份都有很高的脱除率。选择纳滤膜还是反渗透膜,要根据浓盐水水质、回收水(浓盐水经纳滤或反渗透处理后的产品水)水质、全厂盐量平衡分析和其他固化措施的投资及运行费用,经综合比较后确定。
 
高回收率对于减少浓盐水固化的能源消耗和成本是非常必要的,因此设计者总是尽可能增加回收率来最小化成本。但是,膜处理过程中水回收率是有限的,因为设备和膜性能等因素,增加水回收率则需要增加驱动力以提供渗透压,这意味着更高的浓度梯度和浓差极化,也意味着膜和泵装置磨损增加,相应的建设、运行和维护的材料和成本也会增加。
 
高回收率下的膜浓水管理更为困难,因为高浓度的浓水对于工艺装置和材料更具有腐蚀性,无机盐和细菌制造的有机酸的积累会导致装置的不可逆污染或被腐蚀的几率增加[1]。
 
3浓盐水的固化措施
 
当浓盐水中的固体杂质被浓缩至很高浓度,大部分水已返回工厂重复利用后,剩下的少量浓缩浓水(浓盐水经膜处理后更浓的浓盐水),可以根据每个企业具体情况选择以下几种工艺过程中的一种,而不排出系统。
 
3.1蒸发池
 
蒸发池是在地面上挖出一个洼地充当浓缩浓水的贮池,在合适的气候条件下,可以有效利用充足的太阳能,将浓盐水储存在蒸发池中让其逐渐蒸发,并定期除去残留的固体盐分。一个很好的晒盐工程包括一系列池塘堤坝,盐水引入第一个池子,然后依次地流过一系列的池子,其浓度逐渐增加,直至到达结晶点[2]。蒸发池有易建造、维护和操作费用较低、可利用太阳能等优势,但使用场合受限,仅在太阳光辐射强、降水量小、土地成本低廉的地方才适用。
 
3.2太阳能池
 
这一过程类似于蒸发池,但在这种情况下,盐水不会流动由于蒸发是在表面进行的,在池塘深度方向的盐梯度可分为三个不同的层:(1)表面区:在大气温度下,含盐量很少;中间区:含盐量从顶部向底部增加,产生了盐度梯度或密度梯度;(3)底部区域:这里非常热(80℃),并且盐度高(矿化度=200g/L),正是在这一区域收集太阳能,并以热的形式储存。
 
但是该工艺过程的适用条件与蒸发池一样,需要较强的太阳辐射、平坦廉价的土地。
 
3.3机械蒸发固化
 
对浓缩浓水的热法技术包括机械蒸发固化和焚烧固化。焚烧固化一般用于对有毒的高浓度污泥的处理,浓缩浓水的固化目前普遍采用机械蒸发固化。
 
机械蒸发固化占地省,不受地域条件限制,但投资和运行费用都比较高。机械蒸发固化可分多效蒸发、热泵蒸发和电蒸发等。
 
(1)多效蒸发多效蒸发系统通常包括三个或四个串联的强制循环蒸发器,在多效系统中,锅炉来的蒸汽给蒸发器提供热能,并使蒸汽从一个蒸发器传到另一个蒸发器,以提高能量效率,节约加热蒸汽,每一蒸发器称作一效。在废水处理上,多效蒸发的设计理念主要表现在适用于处理高盐份、高有机物含量废水的单独处理,同时配合膜技术实现全范围的零排放工艺。
 
(2)热泵蒸发输送热量的压缩机叫做热泵。借助于热泵,利用低温热源来获得高温,并进行蒸发的单元操作称为热泵蒸发。蒸汽喷射式热泵(亦称热能压缩机)利用热电站或锅炉供出的蒸汽压力和工艺设备用汽的能量品位差转换为热泵的动力。
 
热泵蒸发浓缩倍数大,操作简便、安全可靠,但相对多效蒸发来说能耗较大。
 
(3)电蒸发浓盐水在热交换器中被加热至沸点后进入蒸发器底槽,与正在循环的盐卤混合。混合后的盐卤经循环泵送至蒸发器热交换管束的顶部水箱;通过顶部的盐卤分布器,均匀的散布在管子内壁,且呈薄膜状;在下降过程中,部分盐卤被蒸发。蒸汽通过除雾器进入蒸汽压缩机,压缩后进入蒸发器热交换管的外壁。压缩蒸汽的潜热传至管内温度较低、正在下降的盐卤薄膜上,将部分盐卤蒸发结晶。压缩蒸汽释放潜热后,在管外壁凝结成蒸馏水。蒸馏水经泵提升至热交换器,将进水加热后,靠余压进入产水箱,加压后回用。同时,底槽内的部分蒸发结晶盐卤被排放。
 
电蒸发充分利用了二次汽的潜热来加热原料液,热能利用率高达90%,但目前国内还没有相应的产品和技术。
 
3.4机械蒸发固化的结垢问题
 
目前机械蒸发固化在国内已有少数工程实例,但运行状况都不太好,主要原因就是蒸发器传热面的结垢问题没有很好解决。垢的形成是由无机盐如碳酸钙、氢氧化镁和硫酸钙等的沉积引起的。纯盐如碳酸钙的结晶已被广泛研究,但单盐系统的溶解度数据和速率常数并不适用于复杂系统的共沉淀盐,其他盐类的数量即使很少,也可能对成垢的热力学、动力学和水垢的结构和强度产生很大的影响[3]。而浓盐水的成分千差万别,这也是蒸发器结垢问题难以解决的重要原因之一。
 
4结论
 
(1)随着钢铁工业废水零排放工程的日益推进和普及,浓盐水将越来越多,如何妥善处置掉这些浓盐水是制约工业废水零排放的关键技术。
 
(2)对于浓盐水的处理,首先应尽可能考虑用于渣场泼渣,剩余的部分再考虑其他减量或固化措施。
 
(3)将浓盐水引入膜装置进行减量处理前,应首先通过残留难溶盐溶解度的计算,确定浓盐水的必须软化程度并选择合适的软化方法,以去除浓盐水中的结垢离子,避免其在膜上结垢。
 
(4)经减量处理后的少量浓缩浓水,可根据每个企业的具体情况选择蒸发池、太阳能池和机械蒸发等固化工艺。
 
 

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