膜分離技術(shù)處理酸洗廢水

1.項(xiàng)目概述

1.1廢水處理設(shè)計(jì)分析

某鋼鐵公司的主要經(jīng)營(yíng)項(xiàng)目是焊絲、鋼絲、鋼絞線、鋼絲繩等優(yōu)質(zhì)金屬制品。產(chǎn)品生產(chǎn)過程中會(huì)產(chǎn)生大量的酸洗廢水。在采用固液分離膜技術(shù)處理廢水的過程中，該企業(yè)可達(dá)到廢水綜合排放的目標(biāo)，并帶來巨大的經(jīng)濟(jì)效益。因此，這種廢水處理方法被該企業(yè)積極推廣和使用。該企業(yè)計(jì)算的含酸廢水量顯示為320m3/h。

1.2廢水處理工藝分析

工業(yè)生產(chǎn)中的酸洗廢水排入排水坑。在酸水泵的初步處理下，廢水被提升，在石灰石固定濾床的作用下，進(jìn)行中和反應(yīng)，使廢水的PH值在石灰石的作用下穩(wěn)定在4.5之間。之后，處理后的廢水排入隔油調(diào)節(jié)池，以調(diào)節(jié)酸洗廢水的水質(zhì)和水量。在隔油調(diào)節(jié)池的作用下清除浮油。然后將去除浮油的酸洗廢水排入耐腐蝕化工泵進(jìn)行中和反應(yīng)。設(shè)定廢水的PH值在8.6左右，使廢水中的Fe2+與Fe3+和OH-反應(yīng)生成Fe(OH)2和Fe(OH)3，在攪拌的作用下防止產(chǎn)物沉淀。然后，處理后的廢水排入中間池，經(jīng)緩沖后由潛污泵提升，流入固液膜分離器。在固液膜處理器的作用下，固體顆粒在濾膜的作用下被截留，經(jīng)過濾膜處理的廢水進(jìn)入下一個(gè)處理單元。當(dāng)固體顆粒累積到一定量時(shí)，以秒為單位的脈沖用于反沖處理。過濾循環(huán)定義為濾膜表面的污泥被完全清除。短暫停留后，分離器中的污泥被排放到污泥罐中。處理后的廢水靠重力流入回收池，從而完成酸洗廢水的整個(gè)處理過程。處理后的廢水一部分用于工業(yè)生產(chǎn)，一部分用于配制石灰乳，另一部分達(dá)標(biāo)排放。

1.3固液分離膜處理技術(shù)相關(guān)設(shè)計(jì)單位

固液分離膜處理技術(shù)的主要構(gòu)筑物有集水井、石灰石固定濾床、隔油調(diào)節(jié)池、序批式中和反應(yīng)池、中間池、回收池和污泥池。此外，主要處理設(shè)備有耐酸泵、自吸酸洗泵、潛污泵、酸回收泵、離心泵、螺桿泵和中水供應(yīng)系統(tǒng)。空氣壓縮機(jī)、羅茨風(fēng)機(jī)、輸送機(jī)、離心機(jī)和絮凝劑加藥裝置等。

2.加工設(shè)備的運(yùn)行效果

該企業(yè)固液分離膜技術(shù)項(xiàng)目建成以來，所有設(shè)備運(yùn)行正常。其中，排放廢水中的pH值、COD、SS、TP等指標(biāo)均達(dá)到廢水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)。污水中的具體成分分析如下。

2.1污水質(zhì)量分析

(1)總鐵:本項(xiàng)目中，58~232mg/L為進(jìn)水總鐵濃度的波動(dòng)范圍，小于0.4mg/L為出水總鐵濃度的穩(wěn)定范圍。產(chǎn)生上述結(jié)果的原因是固液膜的高效分離特性。固液成膜可以保證固液分離膜在膨化技術(shù)的作用下孔徑均勻。從而確保微粒不能穿透分離膜。促進(jìn)Fe(OH)2和Fe(OH)3沉淀在固液分離膜表面被捕獲并完全除去。

(2)COD:COD的變化與總鐵的變化相似，其變化無規(guī)律可循，因?yàn)閺U水中富含還原性亞鐵離子，測(cè)定COD時(shí)還原生成重鉻酸根離子。因此，可以認(rèn)為COD的去除是亞鐵離子的去除過程。

(3)TP:金屬制品在加工過程中的磷化工序是TP的主要來源。TP主要通過磷化槽溢流和產(chǎn)品夾帶進(jìn)入廢水系統(tǒng)。本項(xiàng)目磷化液的主要成分是Zn2+和磷酸鹽。生產(chǎn)過程與廢水中總磷含量有著重要的關(guān)系。在生產(chǎn)過程不確定性的影響下，廢水中TP濃度也具有不確定性的特征。因此，沒有發(fā)現(xiàn)TP處理的規(guī)律性。對(duì)該企業(yè)項(xiàng)目的分析表明，廢水經(jīng)二級(jí)中和/固液分離膜技術(shù)處理后，出水TP

2.2循環(huán)水水質(zhì)分析

2.2.1氯離子濃度累積對(duì)再生水水質(zhì)的影響

用鹽酸作酸洗劑時(shí)，會(huì)產(chǎn)生大量的Cl-。在廢水處理過程中，很難完全去除Cl-。如果用循環(huán)水作為漂洗水，Cl-會(huì)再生，Cl-的濃度會(huì)隨著酸洗后的金屬制品不斷增加，這就是所謂的積累效應(yīng)。Cl-作為活性陰離子，可以吸附在金屬表面缺陷上。到達(dá)點(diǎn)蝕點(diǎn)時(shí)，電場(chǎng)強(qiáng)度較高的位置在表面膜的薄弱部位，會(huì)溶解金屬表面的微區(qū)，導(dǎo)致點(diǎn)蝕核心。氯離子在陽(yáng)極極化下會(huì)引起金屬的點(diǎn)蝕。此外，金屬表面的點(diǎn)蝕問題可伴有氯離子濃度的增加，導(dǎo)致點(diǎn)蝕電位降低，加深點(diǎn)蝕程度。據(jù)分析，孔隙中的酸性環(huán)境是由FeCl2水解造成的。要解決上述問題，必須積極控制氯離子的濃度。采用固液分離技術(shù)處理酸洗廢水，可以將氯離子濃度控制在恒定水平。即使氯離子濃度在一定時(shí)間內(nèi)迅速升高，但達(dá)到峰值后會(huì)逐漸降低。以上變化主要是由于酸洗工藝本身的特點(diǎn)。因此，采用固液分離膜技術(shù)處理污水時(shí)，需要定期更換酸槽中的鹽酸，以降低鹽酸的酸度。酸浴中的鹽酸置換完成后，將進(jìn)入正常的生產(chǎn)過程，然后循環(huán)水中的氯離子濃度逐漸升高，達(dá)到一定的峰值，如此不斷循環(huán)。

2.2.2影響2.2.2再生水水質(zhì)中CaCl2濃度的積累

在該企業(yè)生產(chǎn)中，F(xiàn)e2+、Cu2+、Zn2+等是鹽酸酸洗廢水中常見的陽(yáng)離子，Cl-、PO43-等是鹽酸酸洗廢水中常見的陰離子。酸洗廢水中的重金屬離子和PO43-會(huì)形成懸浮固體，應(yīng)用固液分離膜技術(shù)去除。重金屬離子和PO43-的去除過程主要是通過向廢水中加入Ca2+來實(shí)現(xiàn)的，并通過相關(guān)的化學(xué)反應(yīng)生成CaCl2鹽。在本次科研生產(chǎn)中，該企業(yè)金屬制品加工過程中，其中一條生產(chǎn)線是熱鍍錫工藝，其主要目的是對(duì)金屬制品進(jìn)行熱處理。具體操作流程是將金屬制品加熱到400℃以上，在其表面鍍錫。當(dāng)用循環(huán)水沖洗金屬部件時(shí)，大量的CaCl2將保留在金屬部件的表面上。當(dāng)溫度達(dá)到260℃時(shí)，金屬構(gòu)件表面會(huì)形成白色多孔無水CaCl2。上述操作會(huì)因白色多孔無水CaCl2的存在而影響后續(xù)鍍錫工藝，進(jìn)一步降低產(chǎn)品生產(chǎn)質(zhì)量。當(dāng)循環(huán)水的比例保持在74%左右時(shí)，可以檢測(cè)到CaCl2的濃度。從檢測(cè)結(jié)果可以看出，CaCl2和氯離子濃度的變化趨勢(shì)是相似的，原因是Ca2+是循環(huán)水中的主要陽(yáng)離子。企業(yè)在廢水處理過程中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)回用水比例控制在74%左右時(shí)，對(duì)其產(chǎn)品影響不大。按照1.2m3/t的漂洗用水量計(jì)算，新增用水量為0.37m3/t，與同行業(yè)相比有很大優(yōu)勢(shì)。

3.膜投資的資本成本分析

企業(yè)采用固液分離膜技術(shù)處理廢水，總資金投資1234萬元。其中，資金投入主要用于膜組件更換費(fèi)用、設(shè)備折舊費(fèi)、人工試劑和電費(fèi)。通過分析該企業(yè)的運(yùn)行成本，得出2.006元/m3為處理成本，0.433元/m3為電費(fèi)，0.082元/m3為人工成本，0.319元/m3為膜組件更換成本。如果按照70%的出水回收率和7.6元/m3的工業(yè)用水成本計(jì)算，該企業(yè)每年可節(jié)約自來水192.23×104m3，節(jié)約水費(fèi)1423.8萬元?？鄢\(yùn)營(yíng)成本，項(xiàng)目收益可達(dá)862.27萬元/a，可見經(jīng)濟(jì)效益如此之大。工業(yè)生產(chǎn)中循環(huán)水的比例穩(wěn)定在一定范圍內(nèi)，之所以沒有明顯增加，是因?yàn)閺U水中有大量的氯化鈣。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，反滲透脫氯技術(shù)也在不斷更新和完善。在技術(shù)不斷進(jìn)步的前提下，膜組件的成本也呈現(xiàn)出大幅降低的趨勢(shì)。當(dāng)工業(yè)生產(chǎn)的部分出水進(jìn)行脫鹽處理時(shí)，反滲透脫鹽技術(shù)可以適當(dāng)提高循環(huán)水的比例，從而顯著降低工業(yè)生產(chǎn)中的運(yùn)行成本，給工業(yè)生產(chǎn)帶來巨大的經(jīng)濟(jì)效益。

4.結(jié)論

采用兩級(jí)中和/固液分離膜技術(shù)處理鋼鐵行業(yè)酸洗廢水，與傳統(tǒng)廢水處理工藝相比具有很大優(yōu)勢(shì)。比如污水處理工藝更簡(jiǎn)單，避免了傳統(tǒng)工藝流程的復(fù)雜問題。另外污水處理之后，水質(zhì)有了很大的提升，還可以節(jié)省占地面積。解決污泥脫水問題具有重要意義。給工業(yè)生產(chǎn)帶來了極大的便利。此外，該污水處理技術(shù)的應(yīng)用可使酸洗廢水水質(zhì)達(dá)到廢水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)，處理后的廢水可應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)，對(duì)提高廢水資源利用率和經(jīng)濟(jì)效益具有重要作用。后來的固液分離膜技術(shù)在污水處理過程中可以節(jié)省工業(yè)污水處理的成本。本研究表明，中水處理成本為2.006元/m3，固液分離膜技術(shù)的應(yīng)用大大降低了新鮮水的消耗，與同行業(yè)相比大大節(jié)約。可以為企業(yè)的發(fā)展節(jié)約更多的經(jīng)濟(jì)成本。綜上所述，固液分離膜技術(shù)可以廣泛應(yīng)用于酸洗廢水的處理。(資料來源:山東省臨沂市蒙陰縣環(huán)保局環(huán)境監(jiān)測(cè)站、山東省臨沂市蒙陰縣環(huán)保局)

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