CN105016569A - 一种冷轧反渗透浓盐水的处理系统和处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种冷轧反渗透浓盐水的处理系统和处理方法，所述处理系统依次包括：板式换热器、一级提升泵、纳米零价铁渣反应器、二级提升泵、PH曝气还原池、三级提升泵、一体化反硝化脱COD生化池、混凝沉淀池。冷轧反渗透浓盐水经过板式换热器降温后进入纳米零价铁渣反应器除重金属，然后通过PH曝气还原调节池进入一体化反硝化脱COD生化池去除总氮和有机物，最后进入混凝沉淀池，混凝沉淀后的冷轧反渗透浓盐水可达标排放。该处理系统，一次性投资低，运行操作简单，生产处理成本较低，是环境友好型的钢铁废水绿色环保处理。
Description
技术领域
本发明属于水处理技术领域，具体涉及一种冷轧反渗透浓盐水的处理系统和处理方法。
背景技术
作为我国的基础产业，钢铁工业自改革开放以来，快速发展，近年来一直处于高速发展阶段，钢年产量增幅在15％～22％。可是钢铁工业是一个高能耗、高资源、高污染的产业，其水资源消耗巨大，约占全国工业用水量的14％。
我国钢铁企业的单位耗用水量仍高于国外先进钢铁企业的水平，近一步降低钢铁企业吨钢耗用新水量，提高钢铁企业水的循环利用率，加强钢铁企业废水的综合处理与回用是我国钢铁企业实现可持续发展的关键之一。
目前国家对废水的排放标准及相关的“节能减排”政策正逐步提高，2012年10月1日起颁布了新的《钢铁工业水污染物排放标准》(GB13456-2012)同时要求自2015年1月1日起。
废水回用是废水处理的最终目标，国内的冷轧废水深度处理技术是采用反渗透技术将冷轧废水深度处理后回用作为钢铁企业循环冷却用水，但存在的主要问题是反渗透产生的浓盐水的处理。
中国专利《一种浓盐水的脱盐处理工艺》(CN201010283192.3)公开了一种浓盐水的脱盐处理工艺，采用渗透蒸发技术对浓盐水进行脱盐处理并回收纯净水。此本工艺使浓盐水最大限度提浓，除盐率高，出水电导率低。同时结合热量回收技术，大大降低了系统整体能耗，可用于反渗透浓排水、循环冷却排污水等废水的脱盐处理。该技术运行能耗高，需要把浓盐水加热至60度以上，而且只能去除浓盐水中的盐份，不能去除浓水中的COD。中国专利《浓盐水处理系统》(CN201110212189.7)公开了一种浓盐水处理系统，包括调整池、调整池提升泵、电沉积箱体、电沉积极板、电磁絮凝器、循环泵、斜板沉淀器、清水箱以及供水泵。调整池通过调整池提升泵连接电沉积箱体的上部，循环泵分别连接电沉积箱体的下部以及调整池提升泵至电沉积箱体间的管道。电沉积箱体内设有电沉积极板，电沉积箱体依次连接电磁絮凝器、斜板沉淀器以及清水箱。清水箱连接供水泵，供水泵输出经处理过的水。该技术不能够去除浓盐水中的氨氮和硝氮，而且结构复杂，不易操作管理。中国专利《一种正渗透海水淡化浓盐水处理工艺及处理系统》(CN200910070804.8)公开了一种正渗透海水淡化浓盐水处理工艺，采用正渗透膜组件，使用海水淡化的浓盐水作为汲取液，使用淡水作为进料液，海水淡化的浓盐水在正渗透膜组件的透过侧与进料液侧透过的部分淡水混合成为稀释后的达标盐水后排出正渗透膜组件，进料液剩余部分排出正渗透膜组件。该技术只能用于海水浓盐水的处理，不适用于冷轧浓盐水工艺。
综上所述，还没有针对冷轧反渗透浓盐水的处理工艺和成熟的方法。
因此，冷轧反渗透浓盐水的处理是亟待解决的问题。冷轧反渗透浓盐水除了含盐量高以外，还含有高COD和高总氮和各类重金属等多种难处理的有害物质，若未经处理而直接排放，势必会对水体环境产生极大的危害。
发明内容
为了解决冷轧反渗透浓盐水直接排放造成的环境污染问题，本发明的目的在于提供一种冷轧反渗透浓盐水的处理系统和处理方法，该处理系统，一次性投资低，运行操作简单，以废治废；生产处理成本较低，是环境友好型的钢铁废水绿色环保处理；本发明根据冷轧反渗透浓盐水水质水量情况，开发出经济、高效的反渗透浓盐水达标排放处理系统，减少环境污染。
本发明的技术解决方案如下：
本发明提供一种冷轧反渗透浓盐水的处理系统，所述处理系统通过管路依次连接：板式换热器、一级提升泵、纳米零价铁渣反应器、二级提升泵、PH曝气还原池、三级提升泵、一体化反硝化脱COD生化池、混凝沉淀池；在所述纳米零价铁渣反应器内部装有炉渣，所述滤渣自下而上依次为石英砂层、水渣层、纳米零价铁渣层、钙基改性膨润土层，所述纳米零价铁渣为纳米级粉末。
本发明所述冷轧废水反渗透浓盐水的水质电导率为10000～17000μs/cm，氯离子为1100～4500mg/L，硫酸离子为200～800mg/L，PH为4～10，总氮为40～95mg/L，硝酸盐氮为30～80mg/L，氨氮为10～25mg/L，COD为40～300mg/L，BOD为20～60mg/L，总铁为2～18mg/L，总镍为0.1～2mg/L，总锌为1.0～3mg/L，总铬为0.1～0.5mg/L，总铅为0.2～0.5mg/L，总铜0.3～0.8mg/L，水温为25～51度。
本发明所述冷轧反渗透浓盐水的处理系统，在所述纳米零价铁渣反应器内部装有炉渣，所述滤渣自下而上依次为石英砂层、水渣层、纳米零价铁渣层、钙基改性膨润土层。
本发明所述冷轧反渗透浓盐水的处理系统，优选的是，所述滤料中石英砂的占滤料的体积比为2％～18％，水渣为5％～17％，纳米零价铁渣是40～60％，钙基改性膨润土是10％～25％。
本发明所述冷轧反渗透浓盐水的处理系统，进一步优选的是，所述滤料中石英砂的占滤料的体积比为10％～15％，水渣为10％～15％，纳米零价铁渣是50～60％，钙基改性膨润土是20％～22％。
本发明所述冷轧反渗透浓盐水的处理系统，优选的是，所述纳米零价铁渣比表面积为60～150m2/g，铁的固含量为50～98g/L，表面纳米粒径为45～120nm。
本发明所述冷轧反渗透浓盐水的处理系统，进一步优选的是，所述纳米零价铁渣比表面积为87～145m2/g，铁的固含量为72～85g/L，表面纳米粒径为69～112nm。
本发明所述冷轧反渗透浓盐水的处理系统，优选的是，所述石英砂粒径是1.0～3.0mm，均匀度90％～98％，SiO2含量98.3％～99.5％；
所述水渣化学成分主要为以质量百分比计CaO：32～45％；SiO2：22～41％；Al2O3：5～15％；MgO：2～15％；FeO：0.5～1.0％，水渣的粒径是0.5～12.0mm，均匀度是85％～98％；
所述钙基改性膨润土粒径是1.2～15.0mm，吸水率是50％～350％，胶质含量是2～15ml/g，阳离子交换容量是0.3～1.2mmol/g，湿态抗压强度10～35kPa。
本发明所述冷轧反渗透浓盐水的处理系统，所述一体化反硝化脱COD生化池分为六个格；第一格内置有浮动填料、第二格内置有浮动填料、第三格内置有改性斜方沸石填料、第四格内置有机械搅拌、第五格的底部设置有微孔曝气、第六格为沉淀池；
所述浮动填料为聚乙烯，半径为8.7～15.2mm，密度为0.43～1.21g·cm-2，比表面积为300～800m2/m3，拉伸强度为21～52MPa，堆积密度为75～150kg·m-3；
所述改性斜方沸石，粒径为5～15mm，比表面积为6.0～9.5m2/g，饱和吸附容量为0.7～1.2mmol/L，离子交换选择性系数aNH4,Na为1.3～2.6。
本发明所述冷轧反渗透浓盐水的处理系统，冷轧反渗透浓盐水经过所述纳米零价铁渣反应器后，冷轧反渗透浓盐水中总铁低于2mg/L，总镍低于0.05mg/L，总锌低于1.0mg/L，总铬低于0.1mg/L，总铅低于0.1mg/L，总铜0.3mg/L。
所述冷轧反渗透浓盐水经过所述纳米零价铁渣反应器后，优选的是冷轧反渗透浓盐水中总铁为0.5mg/L，总镍为0.03mg/L，总锌为0.4mg/L，总铬为0.03mg/L，总铅为0.02mg/L，总铜0.01mg/L。
所述冷轧反渗透浓盐水经过所述纳米零价铁渣反应器后，最优的是冷轧反渗透浓盐水中总铁为0.4mg/L，总镍为0.01mg/L，总锌为0.2mg/L，总铬为0.02mg/L，总铅为0.01mg/L，总铜0.01mg/L。
本发明还提供一种冷轧反渗透浓盐水的处理方法，所述处理方法应用所述冷轧反渗透浓盐水的处理系统，包括如下步骤：
(1)冷轧反渗透浓盐水进入板式换热器，使出水水温控制在16～30度；
(2)冷轧反渗透浓盐水经过板式换热器降低温度后进入用于吸附和还原冷轧反渗透浓水的各种重金属的纳米零价铁渣反应器；
(3)所述冷轧反渗透浓盐水经过纳米零价铁渣反应器后进入PH曝气还原池，PH曝气还原池中加入硫酸或氢氧化钠，调节浓水的PH在6～8；
(4)经过PH曝气还原调节池后的冷轧反渗透浓盐水，进入一体化反硝化脱COD生化池，水力停留时间为30～40小时；
(5)经过一体化生化池后的冷轧反渗透浓盐水进入混凝沉淀池，在所述混凝沉淀池投入混凝剂，经过混凝沉淀池后，所述冷轧反渗透浓盐水达到废水排放标准。
所述冷轧反渗透浓盐水经过所述纳米零价铁渣反应器后，冷轧反渗透浓盐水中总铁低于2mg/L，总镍低于0.05mg/L，总锌低于1.0mg/L，总铬低于0.1mg/L，总铅低于0.1mg/L，总铜0.3mg/L。
所述混凝剂是三氯化铁，氯化铝(AlCl3·6H2O)、硫酸铝(Al2(SO)3·18H2O)、聚合氯化铝(PAC)、聚合硫酸铝(PAS)、聚合氯化铁(PFC)、聚合硫酸铁(PFS)的一种或多种复配，投加量是200mg/l～1000mg/l。
本发明所述冷轧反渗透浓盐水的处理方法，优选的是，冷轧反渗透浓盐水在所述纳米零价铁渣反应器中的流速是5m/h～15m/h，反冲洗膨胀率为50％～100％，反冲洗周期56小时～96小时。
本发明所述冷轧反渗透浓盐水的处理方法，进一步优选的是，冷轧反渗透浓盐水在所述纳米零价铁渣反应器中的流速是8m/h～10m/h，反冲洗膨胀率为80％～100％，反冲洗周期80小时～96小时。
本发明所述冷轧反渗透浓盐水的处理方法，优选的是，所述PH曝气还原调节池的底部装有微孔曝气装置，曝气强度为0.1～4m3空气/m3废水，废水在调节池中停留的时间是3～10min。
本发明所述冷轧废水反渗透浓盐水的水质电导率为10000～17000μs/cm，氯离子为1100～4500mg/L，硫酸离子为200～800mg/L，PH为4～10，总氮为40～95mg/L，硝酸盐氮为30～80mg/L，氨氮为10～25mg/L，COD为40～300mg/L，BOD为20～60mg/L，总铁为2～18mg/L，总镍为0.1～2mg/L，总锌为1.0～3mg/L，总铬为0.1～0.5mg/L，总铅为0.2～0.5mg/L，总铜0.3～0.8mg/L，水温为25～51度。
本发明所述冷轧反渗透浓盐水的处理方法，在所述纳米零价铁渣反应器内部装有炉渣，所述滤渣自下而上依次为石英砂层、水渣层、纳米零价铁渣层、钙基改性膨润土层。
本发明所述冷轧反渗透浓盐水的处理方法，所述滤料中石英砂的占滤料的体积比为2％～18％，水渣为5％～17％，纳米零价铁渣是40～60％，钙基改性膨润土是10％～25％。
本发明所述冷轧反渗透浓盐水的处理方法，优选的是，所述滤料中石英砂的占滤料的体积比为10％～15％，水渣为10％～15％，纳米零价铁渣是50～60％，钙基改性膨润土是20％～22％。
本发明所述冷轧反渗透浓盐水的处理方法，所述纳米零价铁渣比表面积为60～150m2/g，铁的固含量为50～98g/L，表面纳米粒径为45～120nm。
本发明所述冷轧反渗透浓盐水的处理方法，优选的是，所述纳米零价铁渣比表面积为87～145m2/g，铁的固含量为72～85g/L，表面纳米粒径为69～112nm。
本发明所述冷轧反渗透浓盐水的处理方法，所述石英砂粒径是1.0～3.0mm，均匀度90％～98％，SiO2含量98.3％～99.5％；
所述水渣化学成分主要为以质量百分比计CaO：32～45％；SiO2：22～41％；Al2O3：5～15％；MgO：2～15％；FeO：0.5～1.0％，水渣的粒径是0.5～12.0mm，均匀度是85％～98％；
所述钙基改性膨润土粒径是1.2～15.0mm，吸水率是50％～350％，胶质含量是2～15ml/g，阳离子交换容量是0.3～1.2mmol/g，湿态抗压强度10～35kPa。
本发明所述冷轧反渗透浓盐水的处理方法，所述一体化反硝化脱COD生化池分为六个格；第一格内置有浮动填料、第二格内置有浮动填料、第三格内置有改性斜方沸石填料、第四格内置有机械搅拌、第五格的底部设置有微孔曝气、第六格为沉淀池；
所述浮动填料为聚乙烯，半径为8.7～15.2mm，密度为0.43～1.21g·cm-2，比表面积为300～800m2/m3，拉伸强度为21～52MPa，堆积密度为75～150kg·m-3；
所述改性斜方沸石，粒径为5～15mm，比表面积为6.0～9.5m2/g，饱和吸附容量为0.7～1.2mmol/L，离子交换选择性系数aNH4,Na为1.3～2.6。
本发明所述冷轧反渗透浓盐水的处理方法，冷轧反渗透浓盐水经过所述纳米零价铁渣反应器后，冷轧反渗透浓盐水中总铁低于2mg/L，总镍低于0.05mg/L，总锌低于1.0mg/L，总铬低于0.1mg/L，总铅低于0.1mg/L，总铜0.3mg/L。
所述冷轧反渗透浓盐水经过所述纳米零价铁渣反应器后，优选的是冷轧反渗透浓盐水中总铁为0.5mg/L，总镍为0.03mg/L，总锌为0.4mg/L，总铬为0.03mg/L，总铅为0.02mg/L，总铜0.01mg/L。
所述冷轧反渗透浓盐水经过所述纳米零价铁渣反应器后，最优的是冷轧反渗透浓盐水中总铁为0.4mg/L，总镍为0.01mg/L，总锌为0.2mg/L，总铬为0.02mg/L，总铅为0.01mg/L，总铜0.01mg/L。
经过本发明冷轧反渗透浓盐水的处理系统和处理方法处理，冷轧反渗透浓盐水中PH为6～9，总氮低于10mg/L，硝酸盐氮低于10mg/L，氨氮为低于5mg/L，COD低于40mg/L，BOD低于5mg/L，总铁低于2mg/L，总镍低于0.05mg/L，总锌低于1.0mg/L，总铬低于0.1mg/L，总铅低于0.1mg/L，总铜0.3mg/L，各项指标满足最严格的国家规定的废水排放标准。
详述本发明冷轧反渗透浓盐水的处理系统和处理方法：
(1)板式换热器
冷轧反渗透浓水进入板式换热器，冷轧反渗透浓水温度在25～51度之间，废水水温过高会影响后续处理工序，出水温度超过30度时需要换热器降低废水的水温，出水水温控制在16～30度之间。全程温度控制和循环冷却水量用PLC控制，板式换热器的循环冷却水采用一级工业用水。
(2)纳米零价铁渣反应器
冷轧反渗透浓水经过板式换热器降低温度后进入纳米零价铁渣反应器。纳米零价铁渣反应器的主要功能是高效低成本的吸附和还原冷轧反渗透浓水的各种重金属，以保护后续生化反应器正常稳定运行，避免活性污泥及微生物中毒失效。
本发明中的纳米零价铁渣反应器中的滤料分四层，分别是石英砂层、水渣层、纳米零价铁渣层、钙基改性膨润土层。石英砂层和水渣层的功能是截留浓盐水中较大的颗粒物，纳米零价铁渣层的功能吸附和还原冷轧浓盐水中的重金属，钙基改性膨润土层吸附有机颗粒及防止纳米零价铁渣的流失。
滤料层中石英砂的占滤料的体积比为2％～18％，水渣为5％～17％，纳米零价铁渣是40～60％，钙基改性膨润土是10％～25％。
冷轧反渗透浓盐水在纳米零价铁渣反应器中的流速是5m/h～15m/h，反冲洗膨胀率为50％～100％，反冲洗周期56小时～96小时。
所述石英砂是一种坚硬、耐磨、化学性能稳定的硅酸盐矿物，其主要矿物成分是SiO2，石英砂的化学、热学和机械性能具有明显的异向性，不溶于酸，微溶于KOH溶液，熔点1750度。
进一步，所述石英砂粒径是1.0～3.0mm，均匀度90％～98％，SiO2含量98.3％～99.5％。
所述水渣层中的水渣是高炉炼铁时高炉中出来的熔融的炉渣，通过水淬后产生的粒状固体残渣。
进一步，水渣化学成分主要为CaO：32～45％；SiO2：22～41％；Al2O3：5～15％；MgO：2～15％；FeO：0.5～1.0％。水渣的粒径是0.5～12.0mm，均匀度是85％～98％。
所述纳米零价铁渣由铁渣等自行制备。纳米零价铁渣比表面积为60～150m2/g，铁的固含量为50～98g/L，表面纳米粒径为45～120nm。
所述纳米零价铁渣的制备：所述铁渣选自钢铁生产中的高炉铁渣，铸铁铁渣等。经筛分，选用2.0～10.0mm的铁渣。铁渣需要用5％～20％碱液于90度下浸泡20分钟去除表面油渍，优选10％的碱液，再用5％～15％的盐酸溶液浸泡去除表面氧化物，优选10％盐酸溶液，再用自来水冲洗干净。将铁渣的溶于5％的硝酸溶液中，形成50～100mg/L的硝酸铁渣溶液，然后在每升溶液中加入150mg的FeSO4·7H2O，制备成铁渣硫酸亚铁溶液。配置35mg/L的NaBH4溶液。先将铁渣硫酸亚铁溶液移入反应器中,再使用恒流泵以50rpm的速度匀速等体积加入NaBH4溶液。在反应过程中,用机械搅拌器搅拌,反应器中持续通入高纯氮气保护。将NaBH4溶液完全加入后,静置沉淀约20min至溶液中无气泡产生为止,此时溶液中的铁被完全还原。将制得的铁粉抽滤,先后用蒸馏水和无水乙醇洗涤至铁粉松散无明显水分。在抽滤和洗涤过程中,整个操作体系仍然通入氮气保护,然后进行真空干燥24小时,干燥器温度为90度,所得粉末即为纳米零价铁渣。
纳米零价铁具有比较大的比表面积，电负性很大，电极电位E0(Fe2+/Fe)＝-0.4V,具有还原能力，可将金属活动顺序表中排于其后的金属置换出来并沉积在铁的表面，还可将氧化性较强的离子或化合物及某些有机物还原。
所述钙基改性膨润土的具有结构功能可调、能高效去除有机物和油类物质、可多次重复使用、饱和吸附容量大等优点。
进一步，所述钙基改性膨润土粒径是1.2～15.0mm，吸水率是50％～350％，胶质含量是2～15ml/g，阳离子交换容量是0.3～1.2mmol/g，湿态抗压强度10～35kPa。
冷轧反渗透浓盐水经过纳米零价铁渣反应器后，冷轧反渗透浓盐水中总铁低于2mg/L，总镍低于0.05mg/L，总锌低于1.0mg/L，总铬低于0.1mg/L，总铅低于0.1mg/L，总铜0.3mg/L。
(3)PH曝气还原调节池
冷轧浓水经过纳米零价铁渣反应器后进入PH曝气还原池。冷轧反渗透浓水PH为4～10，为确保后续生化反应器运行，需调节浓水的PH在6～8之间，因此调节池中加入工业废硫酸或氢氧化钠的一种调节冷轧反渗透浓水。调节池中装有PH计及PLC自控系统，根据PH的实测值确定废酸或废碱的投加量。同时反应器中投加0.1mg/L的亚硫酸氢钠，以还原水中的活性羟基自由基。调节池的底部装有微孔曝气装置，曝气强度为0.1～4m3(空气)/m3(废水)。废水在调节池中停留的时间是3～10min。
(4)一体化反硝化脱COD生化池
冷轧反渗透浓水经过PH曝气还原调节池后，PH值控制在6～8之间，然后进入一体化反硝化脱COD生化池。所述一体化生化池按照实际大小平均分为6格，浓水在生化池中的水力停留时间为30～40小时，优先时间为36小时，平均每格6小时。
第一格和第二格放置椭圆型浮动生物填料，主要材质为聚乙烯，半径为8.7～15.2mm，密度为0.43～1.21g·cm-2，比表面积为300～800m2/m3，拉伸强度为21～52MPa，堆积密度为75～150kg·m-3。椭圆型浮动悬浮生物填料易挂膜、适应性强、比表面积大，运转方便。第一格和第二格中污泥浓度维持在2500～4500mg/L。第一至第二格填料池的功能是水解酸化冷轧反渗透浓盐水中的难降解有机物质，提高反渗透浓盐水的生化性。高分子有机物因相对分子量巨大，不能透过细胞膜，因此不可能为细菌直接利用。它们在水解阶段被细菌胞外酶分解为小分子。水解阶段是大分子有机物降解的必经过程，大分子有机想要被微生物所利用，必须先水解为小分子有机物，这样才能进入细菌细胞内进一步降解。酸化阶段是有机物降解的提速过程，因为它将水解后的小分子有机进一步转化为简单的化合物并分泌到细胞外。通过水解酸化过程，冷轧反渗透浓盐水的生化性大大提高，BOD/COD的值从原来的0.15变为0.4以上，对部分COD有一定的去除效果，COD的去除率为10～18％，COD的去除也降低了后续的生物的处理负荷。
第三格放置改性斜方沸石，不仅有利于水解酸化厌氧污泥的生长，形成菌群梯度分布，而且还吸附了冷轧反渗透浓盐水中的氨氮。改性斜方沸石粒径为5～15mm，比表面积为6.0～9.5m2/g，饱和吸附容量为0.7～1.2mmol/L，离子交换选择性系数aNH4,Na为1.3～2.6。第三格中污泥浓度维持在3500～6000mg/L。
第四格中间有机械搅拌系统，不设曝气系统，用于生物反硝化,溶解氧溶度为0.1～0.2mg/L。机械搅拌装置，采用无级变速，保持G值20～45s-1，GT值104～105。第四格以兼氧菌、异氧菌、亚反硝化菌和反硝化菌为主的污泥浓度为4000～7000mg/L。在第四格中投加丙酸、乙酸钠、三氯化铁等混合碳源营养液。丙酸、乙酸钠、三氯化铁的碳源营养液质量百分比为50：45：5，碳源营养液投加量为25～60mg/L，由计量泵和PLC精确控制。丙酸、乙酸钠有效配比是优质的反硝化碳源，三氯化铁是生物生长促进剂，提高了活性污泥的生化能力。
第五格为底部安置微孔曝气系统，保持水中的溶解氧溶度为1.5～4mg/L。污泥浓度为4000～6000mg/L，BOD污泥负荷0.2～0.5kgBOD5/(kgMLSS·d)，污泥泥龄为10～40天，污泥沉降比为50～150。第五格的功能是有效去除冷轧浓盐水中的COD和氨氮，大量好氧菌为主的活性污泥在好氧条件下降解水中高浓度的COD，同时自身不断繁殖，提高好氧池中的活性污泥浓度。
第六格为沉淀池，沉淀池底部有回流泵，经过前端处理的废水和污泥在生物沉淀池进行泥水分离。部分污泥污泥沉淀后通过污泥回流泵流入第五格，通过回流来控制第五个的污泥浓度和污泥泥龄，部分污泥脱水后外运，经沉淀后的上清液流入混凝沉淀池。
(5)混凝沉淀池
冷轧反渗透浓盐水经过一体化生化池后进入混凝沉淀池，进一步去除混凝法是在废水中投入混凝剂，因混凝剂为电解质，在废水里形成胶团，与废水中的胶体物质发生电中和，形成絮体颗粒沉降。混凝沉淀不但可以去除废水中的细小悬浮颗粒，而且还能够去除色度、油分、微生物、重金属以及有机物等。本发明采用的混凝剂是三氯化铁，氯化铝(AlCl3·6H2O)、硫酸铝(Al2(SO)3·18H2O)、聚合氯化铝(PAC)、聚合硫酸铝(PAS)、聚合氯化铁(PFC)、聚合硫酸铁(PFS)的一种或多种复配，投加量是200mg/l～1000mg/l。冷轧反渗透浓盐水经过混凝沉淀后可以直接排放。
本发明的有益技术效果：
本发明提供一种冷轧反渗透浓盐水的处理系统和处理方法，该处理系统，一次性投资低，运行操作简单，以废治废，生产处理成本较低，是环境友好型的钢铁废水绿色环保处理；本发明根据冷轧反渗透浓盐水水质水量情况，开发出经济、高效的反渗透浓盐水达标排放处理系统，有效解决了冷轧反渗透浓盐水达标排放的难题，以绿色工艺和节能减排为主要任务，减少环境污染，积极应对日益严格的环境保护法规。
经过本发明冷轧反渗透浓盐水的处理系统和处理方法处理，冷轧反渗透浓盐水中PH为6～9，总氮低于10mg/L，硝酸盐氮低于10mg/L，氨氮为低于5mg/L，COD低于40mg/L，BOD低于5mg/L，总铁低于2mg/L，总镍低于0.05mg/L，总锌低于1.0mg/L，总铬低于0.1mg/L，总铅低于0.1mg/L，总铜0.3mg/L，各项指标满足最严格的国家规定的废水排放标准。
附图说明
图1为本发明的工艺流程图；
图2为本发明冷轧反渗透浓盐水的处理系统设备图。
图中：
1-板式换热器、2-一级提升泵、3-纳米零价铁渣反应器、4-石英砂层、5-水渣层、6-纳米零价铁渣层、7-钙基改性膨润土层、8-二级提升泵、9-PH曝气还原池、10-三级提升泵、11-一体化反硝化脱COD生化池、12-生化池第一格及浮动填料、13-生化池第二格及浮动填料、14-第三格及改性斜方沸石填料、15-生化池第四格、16-机械搅拌、17-生化池第五格、18-微孔曝气、19-生化池第六格、20-混凝沉淀池。
具体实施方式
为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。
实施例1
实施例1中冷轧废水反渗透浓盐水的水质：电导率为16000μs/cm，氯离子为3570mg/L，硫酸离子为653mg/L，PH为4，总氮为91mg/L，硝酸盐氮为67mg/L，氨氮为18mg/L，COD为270mg/L，BOD为45mg/L，总铁为15mg/L，总镍为1.8mg/L，总锌为2.4mg/L，总铬为0.4mg/L，总铅为0.5mg/L，总铜0.5mg/L，水温为47度。
冷轧反渗透浓水进入板式换热器，出水水温控制为23度之间。
再进入纳米零价铁渣反应器。本例中的纳米零价铁渣反应器滤料层中石英砂的占滤料的体积比为10％，水渣为10％，纳米零价铁渣是60％，钙基改性膨润土是20％。冷轧反渗透浓盐水在纳米零价铁渣反应器中的流速是15m/h，反冲洗膨胀率为100％，反冲洗周期80小时。
所述石英砂粒径是2.0mm，均匀度95％，SiO2含量99.5％。渣水渣的粒径是5.0mm，均匀度是88％。
所述纳米零价铁渣比表面积为145m2/g，铁的固含量为85g/L，表面纳米粒径为69nm。
纳米零价铁渣的制备：所述铁渣选自钢铁生产中的高炉铁渣。经筛分，选用10.0mm的铁渣。铁渣用10％碱液于90度下浸泡20分钟去除表面油渍，再用10％的盐酸溶液浸泡去除表面氧化物，再用自来水冲洗干净。将铁渣的溶于5％的硝酸溶液中，形成100mg/L的硝酸铁渣溶液，然后在每升溶液中加入150mg的FeSO4·7H2O，制备成铁渣硫酸亚铁溶液。配置35mg/L的NaBH4溶液。先将铁渣硫酸亚铁溶液移入反应器中,再使用恒流泵以50rpm的速度匀速等体积加入NaBH4溶液。在反应过程中,用机械搅拌器搅拌,反应器中持续通入高纯氮气保护。将NaBH4溶液完全加入后,静置沉淀约20min至溶液中无气泡产生为止,此时溶液中的铁被完全还原。将制得的铁粉抽滤,先后用蒸馏水和无水乙醇洗涤至铁粉松散无明显水分。在抽滤和洗涤过程中,整个操作体系仍然通入氮气保护,然后进行真空干燥24小时,干燥器温度为90度,所得粉末即为纳米零价铁渣。
所述钙基改性膨润土粒径是10.0mm，吸水率是150％，胶质含量是5ml/g，阳离子交换容量是1.0mmol/g，湿态抗压强度30kPa。
冷轧反渗透浓盐水经过纳米零价铁渣反应器后，冷轧反渗透浓盐水出水总铁为0.5mg/L，总镍为0.03mg/L，总锌为0.4mg/L，总铬为0.03mg/L，总铅为0.02mg/L，总铜0.01mg/L。
冷轧浓水经过纳米零价铁渣反应器后进入PH曝气还原池，投加废碱后PH为7.5，同时投加0.1mg/L的亚硫酸氢钠。反应池的底部微孔曝气装置的曝气强度为2m3(空气)/m3(废水)。废水在调节池中停留的时间是5min。
冷轧反渗透浓水然后进入一体化反硝化脱COD生化池。所述一体化生化池按照实际大小平均分为6格，停留时间为36小时，平均每格6小时。
第一格和第二格放置椭圆型浮动生物填料，主要材质为聚乙烯，半径为10.2mm，密度为0.81g·cm-2，比表面积为500m2/m3，拉伸强度为23MPa，堆积密度为90kg·m-3。椭圆型浮动悬浮生物填料易挂膜、适应性强、比表面积大，运转方便。第一格和第二格中污泥浓度维持在3500mg/L。通过水解酸化过程，冷轧反渗透浓盐水的生化性大大提高，COD为190mg/L，BOD为82mg/L BOD/COD的值从原来的0.16变为0.43，COD的去除率为18％。
第三格放置改性斜方沸石，改性斜方沸石粒径为10mm，比表面积为8.3m2/g，饱和吸附容量为1.2mmol/L，离子交换选择性系数aNH4,Na为1.6。第三格中污泥浓度维持在4500mg/L。冷轧反渗透浓盐水经过第三格后出水氨氮为3.2mg/L
第四格溶解氧溶度为0.2mg/L，污泥浓度为5100mg/L。在第四格中投加丙酸、乙酸钠、三氯化铁等混合碳源营养液。丙酸、乙酸钠、三氯化铁的碳源营养液质量百分比为50：45：5，碳源营养液投加量为50mg/L，冷轧反渗透浓盐水经过第四格后出水的硝氮为9mg/L。
第五格为底部安置微孔曝气系统，保持水中的溶解氧溶度为3.2mg/L。污泥浓度为5300mg/L，BOD污泥负荷0.4kgBOD5/(kgMLSS·d)，污泥泥龄为40天。冷轧反渗透浓盐水经过第五格后出水的COD为51mg/L。
第六格为沉淀池，沉淀池底部有回流泵，经过前端处理的废水和污泥在生物沉淀池进行泥水分离。部分污泥污泥沉淀后通过污泥回流泵流入第五格，通过回流来控制第五个的污泥浓度和污泥泥龄，部分污泥脱水后外运，经沉淀后的上清液流入混凝沉淀池。
冷轧反渗透浓盐水经过一体化生化池后进入混凝沉淀池，本例采用的混凝剂是三氯化铁，投加量是900mg/l。
冷轧反渗透浓盐水经过混凝沉淀后可以直接排放。经过前段工艺处理，冷轧反渗透浓盐水中PH为7.8，总氮为12mg/L，硝酸盐氮为7mg/L，氨氮为2mg/L，COD为39mg/L，总铁为0.3mg/L，总镍为0.02mg/L，总锌为0.3mg/L，总铬为0.02mg/L，总铅为0.01mg/L，总铜0.01mg/L，各项指标满足最严格的国家规定的废水排放标准。实施例2
实施例2中冷轧废水反渗透浓盐水的水质：电导率为13000μs/cm，氯离子为2890mg/L，硫酸离子为613mg/L，PH为10，总氮为56mg/L，硝酸盐氮为40mg/L，氨氮为11mg/L，COD为163mg/L，BOD为29mg/L，总铁为11mg/L，总镍为1.1mg/L，总锌为2.1mg/L，总铬为0.3mg/L，总铅为0.3mg/L，总铜0.5mg/L，水温为37度。
冷轧反渗透浓水进入板式换热器，出水水温控制为21度之间。
再进入纳米零价铁渣反应器。本例中的纳米零价铁渣反应器滤料层中石英砂的占滤料的体积比为15％，水渣为15％，纳米零价铁渣是50％，钙基改性膨润土是20％。冷轧反渗透浓盐水在纳米零价铁渣反应器中的流速是8m/h，反冲洗膨胀率为80％，反冲洗周期96小时。
所述石英砂粒径是2.5mm，均匀度91％，SiO2含量98.5％。渣水渣的粒径是8.0mm，均匀度是95％。
所述纳米零价铁渣比表面积为87m2/g，铁的固含量为72g/L，表面纳米粒径为112nm。
所述钙基改性膨润土粒径是11.0mm，吸水率是120％，胶质含量是9ml/g，阳离子交换容量是1.1mmol/g，湿态抗压强度32kPa。
冷轧反渗透浓盐水经过纳米零价铁渣反应器后，冷轧反渗透浓盐水出水总铁为0.4mg/L，总镍为0.01mg/L，总锌为0.2mg/L，总铬为0.02mg/L，总铅为0.01mg/L，总铜0.01mg/L。
冷轧浓水经过纳米零价铁渣反应器后进入PH曝气还原池，投加废酸后PH为8.1，同时投加0.1mg/L的亚硫酸氢钠。反应池的底部微孔曝气装置的曝气强度为3m3(空气)/m3(废水)。废水在调节池中停留的时间是7min。
冷轧反渗透浓水然后进入一体化反硝化脱COD生化池。所述一体化生化池按照实际大小平均分为6格，停留时间为36小时，平均每格6小时。
第一格和第二格放置椭圆型浮动生物填料，主要材质为聚乙烯，半径为12.5mm，密度为1.1g·cm-2，比表面积为600m2/m3，拉伸强度为45MPa，堆积密度为110kg·m-3。椭圆型浮动悬浮生物填料易挂膜、适应性强、比表面积大，运转方便。第一格和第二格中污泥浓度维持在3800mg/L。通过水解酸化过程，冷轧反渗透浓盐水的生化性大大提高，COD为147mg/L，BOD为68mg/L BOD/COD的值从原来的0.18变为0.46，COD的去除率为10％。
第三格放置改性斜方沸石，改性斜方沸石粒径为12.7mm，比表面积为9.1m2/g，饱和吸附容量为1.1mmol/L，离子交换选择性系数aNH4,Na为2.3。第三格中污泥浓度维持在4700mg/L。冷轧反渗透浓盐水经过第三格后出水氨氮为1.8mg/L
第四格溶解氧溶度为0.2mg/L，污泥浓度为4800mg/L。在第四格中投加丙酸、乙酸钠、三氯化铁等混合碳源营养液。丙酸、乙酸钠、三氯化铁的碳源营养液质量百分比为50：45：5，碳源营养液投加量为40mg/L，冷轧反渗透浓盐水经过第四格后出水的硝氮为8mg/L。
第五格为底部安置微孔曝气系统，保持水中的溶解氧溶度为3.6mg/L。污泥浓度为5100mg/L，BOD污泥负荷0.4kgBOD5/(kgMLSS·d)，污泥泥龄为40天。冷轧反渗透浓盐水经过第五格后出水的COD为36mg/L。
第六格为沉淀池，沉淀池底部有回流泵，经过前端处理的废水和污泥在生物沉淀池进行泥水分离。部分污泥污泥沉淀后通过污泥回流泵流入第五格，通过回流来控制第五个的污泥浓度和污泥泥龄，部分污泥脱水后外运，经沉淀后的上清液流入混凝沉淀池。
冷轧反渗透浓盐水经过一体化生化池后进入混凝沉淀池，本例采用的混凝剂是硫酸铝，投加量是600mg/l。
冷轧反渗透浓盐水经过混凝沉淀后可以直接排放。经过前段工艺处理，冷轧反渗透浓盐水中PH为7.9，总氮为11mg/L，硝酸盐氮为7mg/L，氨氮为1.1mg/L，COD为27mg/L，总铁为0.3mg/L，总镍为0.01mg/L，总锌为0.2mg/L，总铬为0.02mg/L，总铅为0.01mg/L，总铜0.01mg/L，各项指标满足最严格的国家规定的废水排放标准。
综上所述，本发明所述的冷轧反渗透浓盐水的处理系统实现了冷轧浓盐水的达标排放，本发明工艺一次性投资低；废液处理效果稳定；生产运行成本低；自动化程度高，操作简单。本发明充分体现了节能减排的效果，是环境友好型的绿色钢铁生产工艺。
当然，本技术领域内的一般技术人员应当认识到，上述实施例仅是用来说明本发明，而非用作对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围内，对上述实施例的变换、变形都将落在本发明权利要求的范围内。
Claims (10)
1.一种冷轧反渗透浓盐水的处理系统，其特征在于，所述处理系统通过管路依次连接：板式换热器、一级提升泵、纳米零价铁渣反应器、二级提升泵、PH曝气还原池、三级提升泵、一体化反硝化脱COD生化池、混凝沉淀池；在所述纳米零价铁渣反应器内部装有炉渣，所述滤渣自下而上依次为石英砂层、水渣层、纳米零价铁渣层、钙基改性膨润土层，所述纳米零价铁渣为纳米级粉末。
2.根据权利要求1所述冷轧反渗透浓盐水的处理系统，其特征在于，所述滤料中石英砂的占滤料的体积比为2％～18％，水渣为5％～17％，纳米零价铁渣是40～60％，钙基改性膨润土是10％～25％。
3.根据权利要求1-2任一项所述冷轧反渗透浓盐水的处理系统，其特征在于，所述纳米零价铁渣比表面积为60～150m2/g，铁的固含量为50～98g/L，表面纳米粒径为45～120nm。
4.根据权利要求1-2任一项所述冷轧反渗透浓盐水的处理系统，其特征在于，所述石英砂粒径是1.0～3.0mm，均匀度90％～98％，SiO2含量98.3％～99.5％；
所述水渣化学成分主要为以质量百分比计CaO：32～45％；SiO2：22～41％；Al2O3：5～15％；MgO：2～15％；FeO：0.5～1.0％，水渣的粒径是0.5～12.0mm，均匀度是85％～98％；
所述钙基改性膨润土粒径是1.2～15.0mm，吸水率是50％～350％，胶质含量是2～
15ml/g，阳离子交换容量是0.3～1.2mmol/g，湿态抗压强度10～35kPa。
5.根据权利要求1所述冷轧反渗透浓盐水的处理系统，其特征在于，所述一体化反硝化脱COD生化池分为六个格；第一格内置有浮动填料、第二格内置有浮动填料、第三格内置有改性斜方沸石填料、第四格内置有机械搅拌、第五格的底部设置有微孔曝气、第六格为沉淀池；
所述浮动填料为聚乙烯，半径为8.7～15.2mm，密度为0.43～1.21g·cm-2，比表面积为300～800m2/m3，拉伸强度为21～52MPa，堆积密度为75～150kg·m-3；
所述改性斜方沸石，粒径为5～15mm，比表面积为6.0～9.5m2/g，饱和吸附容量为0.7～1.2mmol/L，离子交换选择性系数aNH4,Na为1.3～2.6。
6.根据权利要求1所述冷轧反渗透浓盐水的处理系统，其特征在于，冷轧反渗透浓盐水经过所述纳米零价铁渣反应器后，冷轧反渗透浓盐水中总铁低于2mg/L，总镍低于0.05mg/L，总锌低于1.0mg/L，总铬低于0.1mg/L，总铅低于0.1mg/L，总铜0.3mg/L。
7.一种冷轧反渗透浓盐水的处理方法，其特征在于，所述处理方法应用权利要求1所述冷轧反渗透浓盐水的处理系统，包括如下步骤：
(1)冷轧反渗透浓盐水进入板式换热器，使出水水温控制在16～30度；
(2)冷轧反渗透浓盐水经过板式换热器降低温度后进入用于吸附和还原冷轧反渗透浓水的各种重金属的纳米零价铁渣反应器；
(3)所述冷轧反渗透浓盐水经过纳米零价铁渣反应器后进入PH曝气还原池，PH曝气还原池中加入硫酸或氢氧化钠，调节浓水的PH在6～8；
(4)经过PH曝气还原调节池后的冷轧反渗透浓盐水，进入一体化反硝化脱COD生化池，水力停留时间为30～40小时；
(5)经过一体化生化池后的冷轧反渗透浓盐水进入混凝沉淀池，在所述混凝沉淀池投入混凝剂，经过混凝沉淀池后，所述冷轧反渗透浓盐水达到废水排放标准。
8.根据权利要求7所述冷轧反渗透浓盐水的处理方法，其特征在于，冷轧反渗透浓盐水在所述纳米零价铁渣反应器中的流速是5m/h～15m/h，反冲洗膨胀率为50％～100％，反冲洗周期56小时～96小时。
9.根据权利要求7所述冷轧反渗透浓盐水的处理方法，其特征在于，所述PH曝气还原调节池的底部装有微孔曝气装置，曝气强度为0.1～4m3空气/m3废水，废水在调节池中停留的时间是3～10min。
10.根据权利要求7所述冷轧反渗透浓盐水的处理方法，其特征在于，所述冷轧反渗透浓盐水经过所述纳米零价铁渣反应器后，冷轧反渗透浓盐水中总铁低于2mg/L，总镍低于0.05mg/L，总锌低于1.0mg/L，总铬低于0.1mg/L，总铅低于0.1mg/L，总铜0.3mg/L。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |