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鋼鐵行業廢水零排放技術探索

發布時間:2019-06-28 09:51人氣:

針對鋼鐵行業廢水特點,分析了目前鋼鐵行業各工序及全廠主要廢水污染控制措施,重點分析了二級反滲透工藝的主要流程及進出水水質,以及該工藝存在的主要問題。通過對大型鋼鐵集團的現場調研,以太鋼采用的反滲透和蒸發結晶工藝為例分析了鋼鐵行業真正實現廢水零排放的技術可行性。該技術可以很好解決鋼鐵行業濃鹽水的外排問題。
 
引言
 
我國是一個水資源匱乏的國家,而鋼鐵企業又是耗水大戶,保護水資源、防治水污染、改善水環境成為我國鋼鐵行業踐行“生態文明”的重要目標,而真正實現廢水零排放則首當其沖。2011年,我國重點鋼鐵企業廢水排放量為62793.24萬m3,COD排放量為28529.07t,氨氮排放量為2675.92t。對水環境造成了嚴重影響,縮減了地表接納水體的環境容量。因此鋼鐵行業廢水零排放對保護我國水環境具有重大的實際意義。
 
20世紀70年代,國外個別工業部門開始摸索“零排放”,那時主要指沒有廢水從工廠排出,所有廢水經過二級或三級污水處理,除了回用就只剩下轉化為固體的廢渣。我國目前真正實現廢水零排放的行業并不多見,零排放的鋼鐵企業更是鳳毛麟角,這主要與鋼鐵行業工序較多,廢水量大、成分復雜,濃鹽水無法全部回用等問題有關。
 
1鋼鐵行業主要工序廢水控制措施
 
1.1原料系統
 
原料系統的生產廢水主要來自地坪清掃用水,廢水中主要污染物為SS,送濁環水處理設施,經粗顆粒分離機和輻射式沉淀池處理后全部循環利用。
 
1.2焦化
 
蒸氨塔排出的蒸氨廢水、終冷洗苯工段終冷塔排污水以及煤氣管道水封槽排水等,含有酚、氰等污染物,集中后統一送酚氰廢水處理站處理。酚氰廢水處理站一般采用A-A-O內循環生物脫氮工藝。廢水先經調節、除油、浮選、稀釋等一系列預處理后,送入生物處理系統,除去廢水中所含COD、酚、氰、氨氮等污染物,最后再經混凝沉淀進一步去除廢水中COD和SS。處理后出水串級用于高爐沖渣或轉爐燜渣系統補充水。
 
1.3燒結、球團
 
燒結、球團生產用水主要是設備冷卻水。采用循環系統供水,即設備排出的熱水首先進入熱水池,然后經冷卻塔降溫后進入冷水池,再供給冷卻水用戶,為保持水質穩定,有少量生產廢水排出。
 
1.4煉鐵
 
高爐爐體和熱風爐冷卻采用軟水密閉循環,冷卻回水經干式空冷器降溫、供水泵組加壓后循環使用,為保持水質穩定,有少量生產廢水排出。高爐風口、爐喉冷卻壁、鼓風機、TRT等設備間接冷卻水,使用后溫度升高,經冷卻后循環使用,為保持水質穩定,有少量廢水排出,用作濁環水系統補水。沖渣水與水渣一同流入過濾池,經底濾層過濾后循環使用,可利用焦化酚氰廢水處理站出水及化水站部分濃鹽水進行沖渣。
 
1.5煉鋼連鑄
 
轉爐、精煉爐、連鑄結晶器及其他設備間接用水,采用凈循環水系統,該水使用后僅水溫升高,水質未受污染,經冷卻后循環使用。連鑄坯二次噴淋冷卻、沖氧化鐵皮等用水,使用后不僅水溫升高,而且受到氧化鐵皮及油的污染,經一次鐵皮沉淀池沉淀,除去大塊鐵皮后,部分返回沖鐵皮,其余部分送化學除油器進一步去除細小鐵皮和油,再經高速過濾器過濾、冷卻塔冷卻后循環使用,為保持水質穩定,有少量處理后廢水外排。
 
1.6熱軋
 
加熱爐等設備間接冷卻水,使用后僅水溫升高,水質未受污染,經冷卻后循環使用,為保持水質穩定,有少量排水補入濁環水系統。軋鋼生產線產生的濁廢水主要來自軋輥冷卻、沖氧化鐵皮等用水,使用后含有氧化鐵皮和少量油,經旋流沉淀池沉淀、高速過濾器過濾及化學除油器除油,再經冷卻塔冷卻后循環使用,為保持水質穩定,有少量處理后廢水外排。
 
1.7冷軋
 
含鉻廢水經還原、中和處理后,再經高效澄清池澄清、過濾器過濾,通過除鹽水站單獨處理后回用于高爐沖渣、轉爐悶渣等。
 
2鋼鐵企業綜合污水處理廠
 
我國多數鋼鐵聯合企業大都設有綜合污水處理廠,但多數只是對全廠各工序匯集的生產、生活廢水進行常規的氣浮、生化、混凝、沉淀、消毒等處理,無深度處理(除鹽)流程,出水可部分回用于生產系統,但長期運行造成鹽度積累,必須外排部分廢水以保持全廠循環水系統水質穩定,所以必須考慮出水脫鹽問題。
 
目前常用的脫鹽技術主要有離子交換、電滲析、反滲透等。
 
離子交換是利用離子交換劑,使交換劑在水溶液中電離出交換離子和原水中可交換離子之間發生等質量規則的可逆性交換,導致水質改善而離子交換劑的結構不發生實質性變化的水處理方式。離子交換最主要的消耗來源于酸堿再生消耗的藥劑費用,同時離子交換酸堿再生易造成酸堿廢水污染。通常,離子交換脫鹽適宜的范圍為含鹽量小于300mg/L,過高的含鹽量將導致設備過大、再生頻繁、勞動強度高、操作過于復雜、運行費用過高。
 
電滲析法是在外加直流電場作用下,利用離子交換膜的選擇透過性,即陽離子交換膜只允許陽離子透過,陰離子交換膜只允許陰離子透過,使水中陰陽離子作定向移動,從而達到離子從水中分離的一種物理化學過程。電滲析較適用于含鹽量在300~500mg/L的脫鹽處理。
 
反滲透主要是將溶劑和溶劑中離子范圍的溶質分開,只允許水、溶劑通過,可脫除水中絕大部分的鹽分及大分子有機物。反滲透由于分離過程不需加熱,沒有相的變化,耗能較少,設備體積小,操作簡單,適應性強,因此在水處理中應用范圍日益擴大,已成為重要的水處理方法,是目前脫鹽的最經濟有效的手段之一。對含鹽量超過500mg/L的水,最經濟的脫鹽手段是反滲透。鋼鐵企業綜合污水處理廠初級處理出水中含鹽量常高達3000mg/L以上,因此采用反滲透是最經濟有效的手段。
 
鋼鐵行業廢水深度處理工藝采用預處理+深度處理(二級反滲透)的主工藝,去除廢水中主要污染物和鹽類,保證最終出水的總含鹽量(TDS)、硬度、懸浮物、Cl-等指標滿足回用水要求,原水回收率為70%~75%。一級反滲透出水可直接作為凈環補充新水,二級反滲透出水可作為鍋爐用軟水補充水,反滲透濃鹽水(TDS≈10000mg/L)通過單獨的管網部分回用于煉鋼燜渣、煉鐵沖渣等處。
 
全廠生產廢水處理站二級反滲透處理工藝流程見圖1。出水水質見表1。
 
 

 
 
 
 
此種廢水深度處理工藝已在五礦營口中板有限責任公司3萬m3/d綜合污水處理廠和安陽鋼鐵股份有限公司10萬m3/d綜合污水處理廠等企業投入使用,反滲透出水水質可穩定滿足企業凈環水用水水質要求。此外,寶鋼集團有限公司、太原鋼鐵集團有限公司、首鋼遷安鋼鐵有限責任公司、唐山鋼鐵集團有限責任公司等大型鋼鐵集團、酒泉鋼鐵集團、天津鋼鐵集團有限公司廢水深度處理均采用了反滲透處理工藝。
 
3存在問題
 
1)該工藝存在的主要問題是濃鹽水的去向。由于反滲透過程產生大量濃鹽水,有15%~40%的濃鹽水難以處理,含鹽量高,用于噴灑地坪、高爐沖渣和轉爐悶渣等的水量有限,剩余部分沒有去處,只能排入外環境。
 
2)濃鹽水含鹽量高、腐蝕性強、易結垢,對管道、噴頭等腐蝕嚴重,容易造成堵塞?;赜脻恹}水于生產系統,對管道要求較高,需采用高強度、抗腐蝕的鈦合金等,一次性投資較大。
 
鋼鐵聯合企業將部分濃鹽水排至外環境,導致海水、河水鹽濃度越來越高,對水生生態環境造成嚴重影響,無法真正實現“零排放”。
 
4“零排放”解決方案
 
濃鹽水處理的技術難點在于其有機污染物的降解、高含鹽水減量處理技術以及經濟、適用的蒸發結晶技術的開發上。該領域技術的研發重點:一是開發高含鹽水濃縮減量處理裝置的預處理技術和新型耐高鹽膜材料處理高含鹽廢水工藝裝置。二是開發濃含鹽干燥結晶處理工藝技術。如焙燒技術:開發適合高含鹽無機物焙燒干燥結晶爐型,開發專用焙燒爐,選擇適合鋼廠工況下較為經濟的燃燒介質。再如,余熱回收利用技術:開發出多級多效蒸發器,并通過生產性試驗,研究各級余熱回收配比、完善設備結構,實現余熱回收最大化。三是進行濃含鹽廢水回用及最終消納目標的選擇研究。
 
太鋼廢水零排放處理方案采用預處理單元+膜處理單元+濃縮結晶單元工藝(見圖2)。太鋼濃鹽水水質具有含鹽量較高、硬度較高、水質成分復雜等特點,用TMF膜組件和傳統石灰軟化相結合的水處理技術去除水中硬度和金屬物質,經過石灰純堿軟化和機械攪拌澄清池濃縮分離,去除80%~85%的鈣鎂硬度和95%金屬物質及對濃水反滲透有威脅的有機化合物。經過投加石灰純堿TMF單元和鈉床軟化單元處理過的濃鹽水再進入濃鹽水反滲透單元。最剩余濃鹽水進行蒸發結晶處理(見圖3),產生凝結水和雜鹽,凝結水回收利用,結晶雜鹽袋裝后作為融雪劑或作他用,最終真正實現廢水“零排放”。
 
 
 
該項工藝的處理效果見表2,濃鹽水經反滲透工藝處理后,出水水質較好,滿足回用水水質要求。
 
 
 
5總結
 
本文介紹了鋼鐵行業廢水深度處理工藝及存在的問題,綜合污水處理廠采取二級反滲透可使出水滿足回用水要求,達到提高水循環利用率,節約水資源的目的。但該技術存在一個嚴重問題,即濃鹽水的后續處理問題,若未經處理排至外環境,就會造成嚴重的水環境影響,無法真正做到廢水零排放。
 
太鋼采用預處理單元+膜處理單元+濃縮結晶單元工藝對濃鹽水進行減量化處理,最后剩余濃鹽水進行蒸發結晶處理,產生凝結水和雜鹽,凝結水回收利用,結晶雜鹽袋裝后做為融雪劑或做它用,最終真正實現廢水“零排放”。
 
鋼鐵行業濃鹽水處理項目投資大,運行成本高。因此,在保證經濟可行的前提下,建議國內大型鋼鐵聯合企業逐步采用濃鹽水蒸發結晶技術或開發更加經濟可行的新技術,真正實現生產廢水零排放,為踐行“生態文明”,實現“美麗中國”做出中國鋼鐵行業應有的貢獻。

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