CN104163516B - 一种不锈钢冷轧废水的回用方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种不锈钢冷轧废水回用方法，包括预处理和脱盐步骤；将不锈钢冷轧酸性废水经过前期的中和、混凝、沉淀工艺处理后，经碳酸钠或者碳酸钾药剂软化、pH调节、冷却、过滤、超滤/微滤后，再根据水中的含盐量以及处理后的回用用途采用一级反渗透或者两级反渗透进行脱盐处理。经本发明不锈钢冷轧废水深度处理脱盐后，废水电导率在30μs/cm以下，并回用于生产系统，既减少了新水的消耗量，同时也降低了外排废水的水量。本发明具有经济和环保双重效果，具有良好的社会效益和环境效益。

Description

一种不锈钢冷轧废水的回用方法
技术领域
本发明属于水处理技术领域，具体涉及一种不锈钢冷轧酸性废水回用处理方法。
背景技术
钢铁行业属于水资源消耗大户，因此实施废水回用是钢铁企业降低吨钢耗新水和吨钢废水排放量，贯彻国家节能减排政策的一项重要措施。钢铁行业废水的一个特点就是电导率高，而大部分的用户都对电导率有一定的要求。钢铁企业目前普遍采用的混凝、沉淀、过滤以及生物、化学处理等工艺对水中的溶解性无机离子基本没有去除效果，经处理后的废水只能回用于一些对水质要求不高的场合，这在很大程度上限制了废水的回用量。如果能将废水经脱盐处理降低电导率后就可以回用于高水质要求的用户，这样将会大大降低钢铁企业的吨钢耗水和吨钢废水排放量。
国内一些缺水比较严重的钢铁企业如太钢、唐钢、邯钢等均建成了废水脱盐回用工程，但是其废水水源大多为钢铁企业炼钢、轧钢等工艺的循环冷却水，该部分废水的电导率不高，一般在3000μs/cm以下，硬度也不高，因此其脱盐回用工艺相对比较简单。
冷轧废水，尤其是酸性废水是钢铁企业较难回用的废水之一，该废水具有水质变化大，电导率和硬度高等特点。碳钢企业酸洗大多为盐酸酸洗，盐酸的再生工艺也比较成熟，因此进入废水处理系统的只是清洗的稀酸废水。而对于不锈钢冷轧企业来讲，其酸洗工艺决定了其冷轧酸性废水的复杂性，不锈钢冷轧大多采用混酸清洗，包括硝酸、硫酸以及氢氟酸等，同时不锈钢企业一般既生产不锈钢，又生产碳钢，因此废水中也含有盐酸。混酸再生系统比较复杂，工艺也不是很稳定，当混酸再生系统不能正常工作时部分浓酸也会进入废水处理系统，这就造成废水的酸性很强，pH有时在1以下，此时需要投加大量的氢氧化钙来中和废水的酸性，因此中和后的不锈钢冷轧酸性废水电导率和钙离子产生的硬度都远高于碳钢冷轧酸性废水。对于不锈钢冷轧酸性废水，钢铁企业普遍采用的处理工艺就是中和、沉淀、过滤后排放。
查阅已有的专利及文献资料，目前还没有针对不锈钢冷轧酸性废水脱盐处理回用方面的报道。
发明内容
本发明的目的在于根据不锈钢冷轧酸性废水的水质水量情况，开发出经济、高效的不锈钢冷轧酸性废水回用处理方法,使废水电导率在30μs/cm以下，并回用于生产系统，既减少了新水的消耗量，同时也降低了外排废水的水量。
本发明的技术解决方案如下：
一种不锈钢冷轧废水的回用方法，包括预处理和脱盐步骤，
所述预处理步骤依次包括软化步骤、pH调节步骤、冷却步骤、过滤步骤、超滤/微滤步骤；
在所述软化步骤，采用碳酸钠或者碳酸钾药剂软化法，将经过中和、混凝、沉淀处理之后的不锈钢酸性冷轧废水置于药剂软化装置中，其中投加碳酸钠或者碳酸钾，通过在线pH仪控制药剂软化装置中废水的pH在9.5～10.5；
在所述pH调节步骤，经药剂软化装置处理废水进入药剂软化产水箱，该水箱中设搅拌器，同时投加酸调节pH，通过在线pH仪控制药剂软化产水箱中废水的pH值在5.5～7。
在所述冷却步骤，药剂软化产水箱的出水进入冷却器降温至35℃以下；所述的冷却器包括板式换热器、管式换热器或者冷却塔中的一种。
在所述过滤步骤，冷却器降温的出水依次经过多介质过滤器和活性炭过滤器，出水浊度在3NTU以下，TOC（总有机碳）在5mg/L以下；所述的多介质过滤器中的多介质包括石英砂、无烟煤、锰砂、活性炭的两种或两种以上的混合填料。
所述超滤/微滤步骤是过滤器产水箱的出水通过超滤供水泵加压至超滤保安过滤器进入超滤膜组件，出水浊度在0.1NTU以下，SDI在3以下；超滤和微滤的区别只是膜的孔径大小略有区别，用超滤或微滤都可以；超滤保安过滤器是超滤膜的保护性装置，过滤掉一些颗粒性污染物，防止超滤膜受到破坏，在超滤供水泵加压和超滤保安过滤器之间的管道上通过杀菌剂投加系统，投加次氯酸钠；所述超滤/微滤步骤所采用超滤/微滤膜包括外压式、内压式或者浸没式中的一种；所述超滤/微滤膜其材质可以采用PVDF（聚偏氟乙烯）、PES（聚醚砜）、PS（聚砜）以及PVC（聚氯乙烯）中的一种。
在所述pH调节步骤所述的酸，包括盐酸、硫酸和硝酸中的一种，优选盐酸。
所述脱盐步骤是根据水中的含盐量以及处理后的回用用途采用一级反渗透和/或二级反渗透；
本发明提供的不锈钢冷轧废水的回用方法中所述的一级反渗透是超滤产水箱的出水经一级RO（反渗透）供水泵提升至RO保安过滤器后，经一级高压泵加压至一级RO膜组件进行脱盐处理，当原水电导率在≤20000μs/cm或＞20000μs/cm时一级RO出水电导率在500～1000μs/cm；在一级RO供水泵和RO保安过滤器之间的管道上，通过还原剂投加系统、阻垢剂投加系统和非氧化性杀菌剂投加系统分别投加还原剂、阻垢剂和非氧化性杀菌剂；
本发明提供的不锈钢冷轧废水的回用方法中所述的二级反渗透是一级RO的产水经二级高压泵加压至二级RO膜组件进一步脱盐，二级RO产水的电导率在30μs/cm以下；二级RO膜组件产生的浓水返回超滤产水箱。
不锈钢冷轧酸性废水经过前期的中和混凝沉淀工艺处理后，水中存在大量的钙离子，有的可达3000～5000mg/L，如不进行软化处理，将会对后续的膜法处理产生很大的影响，因此需要对废水进行软化处理，去除掉其中的钙离子。软化方法可以采用碳酸钠或者碳酸钾药剂软化法。废水中的钙离子含量是不断变化的，需要根据钙离子的含量来实时控制碳酸钠或碳酸钾的投加量，目前还没有钙离子的在线检测仪表，本发明通过研究发现软化反应系统的pH与钙离子和碳酸钠或碳酸钾之间的摩尔比有良好的相关性，尽管进水中钙离子的浓度有波动，但摩尔比稳定时，出水的pH也保持稳定，因此本发明通过控制软化系统内的pH来反馈控制碳酸钠或者碳酸钾的投加量。
为保证系统的软化效果，pH一般控制在9.5～10.5，这样高pH的水会对后续的处理系统带来结垢等不利影响，因此需要将废水的pH加酸调整至5.5～7，酸采用盐酸。如用硫酸调节pH会形成硫酸钙，增加后续的RO系统的结垢倾向；如用硝酸会增加水中的氮含量，氮是造成水体富营养化的重要因素之一。
冷轧酸性废水的温度一般是高于室温的，废水处理系统大多在室外，在夏季由于阳光的暴晒造成水温进一步升高，而后续的脱盐工艺对废水温度有一定的要求，当温度过高时会造成出水水质下降，甚至会对膜产生永久性的破坏。因此当水温超过35℃时需要对废水进行冷却。冷却工艺可以采用板式换热器、管式换热器等或者冷却塔等。
经过冷却、软化工艺处理后，废水中会含有一些颗粒物，如不加以去除，会对后续的膜处理系统带来不利影响；此外废水中有可能包含少量的有机物，这些有机物会造成膜尤其是反渗透膜的有机污染。因此需要针对废水中污染物的种类选择适宜的预处理工艺，过滤工艺可以有效地去除这些污染物，但是需要根据污染物的种类选择合适的滤料。滤料可以采用石英砂、无烟煤、锰砂、活性炭等以及两种或两种以上的混合填料，也可以根据水质将不同的填料分开，采用多级过滤。如第一级过滤以石英砂或无烟煤等作为滤料，主要去除废水中的悬浮态污染物；第二级过滤采用活性炭作为滤料，主要去除废水中的有机污染物。
经过前面几道预处理工艺后，如果出水SDI（污泥淤积指数）还不能满足反渗透膜的要求，就需要采用微滤或超滤预处理，进一步去除其中的悬浮态和胶体态的污染物。超滤/微滤膜可以采用外压式、内压式或者浸没式等；膜的材质可以采用PVDF、PES、PS以及PVC等。
不锈钢冷轧废水的含盐量很高，其电导率高达上万μs/cm，需要将其中大部分的盐分去除达到回用水标准后才能回用于生产。反渗透是一种去除水中盐分比较有效的工艺。经过前面的预处理工艺后，不锈钢冷轧废水可以满足反渗透的进水要求。反渗透工艺可以根据水中的含盐量以及处理后的回用用途采用一级反渗透或者两级反渗透。反渗透的出水达到回用水要求进行回用，反渗透产生的浓水进入浓水处理系统做进一步处理。
本发明将不锈钢冷轧废水深度处理脱盐后，废水电导率在30μs/cm以下，并回用于生产系统，既减少了新水的消耗量，同时也降低了外排废水的水量。本发明具有经济和环保双重效果，具有良好的社会效益和环境效益。
附图说明
图1是本发明装置的结构示意图。
图中：1-原水池，2-原水泵，3-药剂软化装置，4-碳酸钠投加系统，5-混凝剂投加系统，6-助凝剂投加系统，7-药剂软化产水箱，8-盐酸投加系统，9-供水泵，10-冷却器，11-多介质过滤器。12-活性炭过滤器，13-过滤器产水箱，14-超滤供水泵，15-杀菌剂投加系统，16-超滤保安过滤器，17-超滤膜组件系统，18-超滤产水箱，19-一级RO供水泵，20-还原剂投加系统，21-阻垢剂投加系统，22-非氧化性杀菌剂投加系统，23-RO保安过滤器，24-一级高压泵。25-一级RO膜组件系统，26-中间水箱，27-二级高压泵，28-二级RO膜组件系统，29-脱盐水箱，30-软化系统pH仪。
具体实施方式
参看图1，不锈钢冷轧废水的回用处理装置，它包括预处理、脱盐处理两大部分。原水泵2从原水池中吸水将原水提升至药剂软化装置3，在药剂软化装置3中投加碳酸钠溶液去除原水中的钙，通过安装在其中的在线pH仪30反馈来控制碳酸钠的投加量，同时通过混凝剂投加系统5和助凝剂投加系统6投加混凝剂和助凝剂。药剂软化装置3的出水进入药剂软化产水箱7，通过盐酸投加系统8向药剂软化产水箱7中投加盐酸调节水的pH，以减缓后续反渗透系统的结垢倾向，并通过安装在其中的在线pH仪31来控制酸的投加量，保证系统pH的恒定。药剂软化产水箱7的出水通过过滤器供水泵9提升至冷却器10降温（高温季节），之后经多介质过滤器11和活性炭过滤器12去除其中的悬浮物和有机物后进入过滤器产水箱13；非高温季节则超越冷却器10直接提升至多介质过滤器11。过滤器产水箱13的出水通过超滤供水泵14加压至超滤保安过滤器16，并在两者之间的管道上通过杀菌剂投加系统15投加次氯酸钠，以减轻对超滤膜组件17的微生物污染，超滤保安过滤器16的出水进入超滤膜组件17去除其中胶体态和悬浮态的污染物，满足后续RO系统的进水要求，超滤膜组件17的出水进入超滤产水箱18。超滤产水箱18的出水经一级RO供水泵19提升至RO保安过滤器23，并在两者之间在管道上通过还原剂投加系统20、阻垢剂投加系统21和非氧化性杀菌剂投加系统22分别投加还原剂、阻垢剂和非氧化性杀菌剂，RO保安过滤器23的出水经一级高压泵24加压至一级RO膜组件系统25，一级RO膜组件系统25的产水进入中间水箱26，之后经二级高压泵27加压至二级RO膜组件28进一步脱盐，二级RO膜组件28的产水进入脱盐水箱29供生产使用，二级RO膜组件28产生的浓水返回超滤产水箱18。
实施例1
参看图1，本发明一种不锈钢冷轧废水的回用方法，包括软化步骤、pH调节步骤、冷却步骤、过滤步骤、超滤/微滤步骤、脱盐步骤；
（1）经过中和、混凝、沉淀处理之后的不锈钢酸性冷轧废水进入原水箱，由原水泵提升至药剂软化装置，其中投加碳酸钠与废水中的钙离子形成碳酸钙沉淀，通过在线pH仪控制药剂软化装置中废水的pH在9.5～10.5，此时2Na和Ca的摩尔比为0.9～1，出水中的钙离子含量在100mg/L以下，可以根据后续RO系统的结垢情况来控制软化系统出水中钙离子的含量。同时投加混凝剂和助凝剂促进系统混凝，混合、反应后进入斜板/斜管沉淀部分沉淀，沉淀污泥从软化系统底部排出，上清液进入药剂软化产水箱。
（2）药剂软化产水箱设搅拌器，同时投加盐酸调节pH，通过在线pH仪控制系统的pH在5.5～7。
（3）高温季节药剂软化产水箱的出水进入冷却器降温至35℃以下。
（4）非高温季节药剂软化产水箱的出水经加压泵加压后依次经过多介质过滤器和活性炭过滤器分别去除废水中的悬浮物和有机物，出水浊度在3NTU以下，TOC在5mg/L以下，其出水进入过滤器产水箱。
（5）过滤器产水箱的出水经超滤供水泵加压后经超滤保安过滤器进入超滤膜组件进一步降低废水的浊度，出水浊度在0.1NTU以下，SDI在3以下，可以满足后续RO系统的要求。超滤膜组件的产水进入超滤产水箱。
（6）超滤产水箱的出水经一级RO供水泵提升至保安过滤器，之后经一级高压泵继续加压至一级RO膜组件进行脱盐处理，当原水电导率在20000μs/cm左右时一级RO出水电导在500～1000μs/cm，可以满足钢铁行业一般性工业用水的要求。
（7）如对产水水质有更高的要求，则一级RO的产水经二级高压泵加压至二级RO系统进一步脱盐，二级RO产水的电导率在30μs/cm以下。为提高系统产水率，二级RO产生的浓水返回至超滤产水箱循环利用。
不锈钢冷轧废水处理前后数据见下表：
项目 进水指标 一级RO出水指标 二级RO出水指标
电导率 ≤20000μs/cm 500～1000μs/cm ≤30μs/cm
本发明将不锈钢冷轧废水深度处理脱盐后，废水电导率在30μs/cm以下，并回用于生产系统，既减少了新水的消耗量，同时也降低了外排废水的水量。本发明具有经济和环保双重效果，具有良好的社会效益和环境效益。

Claims (5)

1.一种不锈钢冷轧废水的回用方法，包括预处理和脱盐步骤，其特征在于，
所述预处理步骤依次包括软化步骤、pH调节步骤、冷却步骤、过滤步骤、超滤或微滤步骤；
在所述软化步骤，采用碳酸钠或者碳酸钾药剂软化法，将经过中和、混凝、沉淀处理之后的不锈钢酸性冷轧废水置于药剂软化装置中，其中投加碳酸钠或者碳酸钾，通过在线pH仪控制药剂软化装置中废水的pH在9.5～10.5；
在所述pH调节步骤，经药剂软化装置处理的废水进入用于调节pH的药剂软化产水箱，该水箱中设搅拌器，同时投加酸调节pH，通过在线pH仪控制药剂软化产水箱中废水的pH值在5.5～7；
在所述过滤步骤，冷却器降温的出水依次经过多介质过滤器和活性炭过滤器，出水浊度在3NTU以下，TOC在5mg/L以下；
在所述超滤/微滤步骤，过滤器产水箱的出水经超滤保安过滤器进入超滤膜组件，出水浊度在0.1NTU以下，SDI在3以下；
在所述脱盐步骤，采用一级反渗透和/或二级反渗透；所述一级反渗透是超滤产水箱的出水至RO保安过滤器后，经一级高压泵加压至一级RO膜组件进行脱盐处理，一级RO出水电导率在500～1000μs/cm；在一级RO供水泵和RO保安过滤器之间的管道上，通过还原剂投加系统、阻垢剂投加系统和非氧化性杀菌剂投加系统；
所述二级反渗透是一级RO的产水经二级高压泵加压至二级RO膜组件进一步脱盐，二级RO产水的电导率在30μs/cm以下。
2.根据权利要求1所述一种不锈钢冷轧废水的回用方法，其特征在于，在所述冷却步骤，药剂软化产水箱的出水进入冷却器降温至35℃以下。
3.根据权利要求1所述一种不锈钢冷轧废水的回用方法，其特征在于，在所述pH调节步骤所述的酸选自盐酸、硫酸和硝酸中的一种。
4.根据权利要求1所述一种不锈钢冷轧废水的回用方法，其特征在于，在所述pH调节步骤所述的酸为盐酸。
5.根据权利要求1所述一种不锈钢冷轧废水的回用方法，其特征在于，所述的多介质过滤器中的多介质选自石英砂、无烟煤、锰砂、活性炭的两种或两种以上的混合填料。
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