CN112194309A - 一种钢铁行业浓盐水资源化利用系统及其方法 - Google Patents

一种钢铁行业浓盐水资源化利用系统及其方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种钢铁行业浓盐水资源化利用系统及其方法，所述钢铁行业浓盐水资源化利用系统包括依次设置的第一过滤设备(1)、化学处理设备(2)、吸附净化单元(3)、磁絮凝沉淀净化单元(4)、第二过滤设备(5)和协同资源化单元(6)，协同资源化单元(6)能够将第二过滤设备(5)排出的最终浓缩浓盐水制备混凝土。该钢铁行业浓盐水资源化利用系统及其方法能够将处理过程中用到的一些原料和产生的副产物(例如非磁性污泥)，都可以作为钢铁行业生产的原料，从而在实现水资源资源化的同时，实现全部副产物的资源化。

Description

一种钢铁行业浓盐水资源化利用系统及其方法
技术领域
本发明涉及一种钢铁行业的污水处理技术领域，具体的是一种钢铁行业浓盐水资源化利用系统，还是一种钢铁行业浓盐水资源化利用方法。
背景技术
在钢铁行业中，反渗透工艺在废水深度处理中应用广泛。在钢铁企业综合废水进水工况下，反渗透的产水回收率一般控制在70％左右，另30％左右作为浓盐水排出系统。浓盐水是反渗透除盐工艺不可避免的产物，含有很高的有机物和盐浓度。随着环保政策日趋严格，30％的浓盐水既无法达标排放至自然水体中，又无法在钢铁企业中完全消纳。部分钢铁企业将无法消纳的浓盐水混入钢铁行业全厂水系统中，易导致循环水系统因盐分富集而崩溃。反渗透浓盐水的合理处置已经成为制约钢铁行业水资源可持续发展的重要瓶颈。
发明内容
为了回收利用钢铁行业的浓盐水，本发明提供了一种钢铁行业浓盐水资源化利用系统及其方法，该钢铁行业浓盐水资源化利用系统及其方法能够将钢铁行业浓盐水处理后作为生产水回用，实现水资源的回收利用，具有行业适应性强、处理过程高效、资源化程度高、运行成本低等优点。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种钢铁行业浓盐水资源化利用系统，包括依次设置的第一过滤设备、化学处理设备、吸附净化单元、磁絮凝沉淀净化单元、第二过滤设备和协同资源化单元，协同资源化单元能够将第二过滤设备排出的最终浓缩浓盐水制备混凝土。
第一过滤设备含有依次设置的第一反渗透单元、纳滤单元和第二反渗透单元，第一反渗透单元的浓水出口端与纳滤单元的入口端通过排水管道直接连接。
所述排水管道设置有水质监测系统，该水质监测系统监测的内容包括总有机碳、三维荧光和疏水性中性有机物；纳滤单元含有首部过滤段、中间过滤段和尾部过滤段，第一反渗透单元、首部过滤段、中间过滤段、尾部过滤段和第二反渗透单元依次连接。
首部过滤段排出的首段浓缩液能够回流至首部过滤段的进水端，中间过滤段排出的中间段浓缩液能够回流至中间过滤段的进水端和首部过滤段的进水端，尾部过滤段排出的尾段浓缩液能够回流至尾部过滤段的进水端、中间过滤段的进水端和首部过滤段的进水端。
化学处理设备含有此次依次设置的化学除硬单元和pH调节单元，pH调节单元位于化学除硬单元和吸附净化单元之间。
化学除硬单元能够将第一过滤设备排出的浓盐水中的钙镁离子转换为颗粒并排出，所述颗粒的直径为0.5mm-1mm。
吸附净化单元中填充有模块化吸附填料，模块化吸附填料中含有焦炭粉，所述焦炭粉的粒径小于8mm。
磁絮凝沉淀净化单元含有依次设置的混合澄清反应池、沉淀池和污泥分离设备，絮凝药剂、磁性载体颗粒和吸附净化单元排出的浓盐水在混合澄清反应池中混合并生成磁性絮绒状污泥混合液，沉淀池能够沉淀出所述磁性絮绒状污泥混合液中的磁性絮绒状污泥，污泥分离设备能够将磁性絮绒状污泥分离为非磁性污泥和所述磁性载体颗粒。
第二过滤设备含有精过滤单元、保安过滤单元和第三反渗透单元，磁絮凝沉淀净化单元、精过滤单元、保安过滤单元和第三反渗透单元和协同资源化单元依次排列。
一种钢铁行业浓盐水资源化利用方法，所述钢铁行业浓盐水资源化利用方法采用了上述的钢铁行业浓盐水资源化利用系统，所述钢铁行业浓盐水资源化利用方法包括以下步骤：
步骤1、来料浓盐水进入第一过滤设备中过滤；
步骤2、第一过滤设备排出的过滤后浓盐水进入化学处理设备中去除钙镁离子以及调节pH值；
步骤3、化学处理设备排出的处理后浓盐水进入吸附净化单元中净化；
步骤4、吸附净化单元排出的净化后浓盐水进入磁絮凝沉淀净化单元中处理；
步骤5、磁絮凝沉淀净化单元排出的含盐沉淀净水进入第二过滤设备中过滤；
步骤6、第二过滤设备排出的最终浓缩浓盐水进入协同资源化单元制备混凝土。
本发明的有益效果是：
1、该钢铁行业浓盐水资源化利用系统及其方法能够将钢铁行业浓盐水处理后作为生产水回用，实现水资源的回收利用，具有行业适应性强、处理过程高效、资源化程度高、运行成本低等优点，对促进钢铁行业节水减排和绿色可持续发展具有重要的意义。
2、该钢铁行业浓盐水资源化利用系统及其方法能够将处理过程中用到的一些原料和产生的副产物(例如化学除硬单元球状碳酸钙镁颗粒、磁絮凝沉淀净化单元非磁性污泥和吸附净化单元饱和焦炭粉)，都可以作为钢铁行业生产的原料，从而在实现水资源资源化的同时，实现全部副产物的资源化。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
图1是本发明所述钢铁行业浓盐水资源化利用系统的示意图。
图2是纳滤单元的示意图。
图3是吸附净化单元的示意图。
图4是磁絮凝沉淀单元的示意图。
图5是本发明所述钢铁行业浓盐水资源化利用方法的流程示意图。
1、第一过滤设备；2、化学处理设备；3、吸附净化单元；4、磁絮凝沉淀净化单元；5、第二过滤设备；6、协同资源化单元；
11、第一反渗透单元；12、纳滤单元；13、第二反渗透单元；
121、首部过滤段；122、中间过滤段；123、尾部过滤段；
21、化学除硬单元；22、pH调节单元；。
31、模块化吸附填料；
41、混合澄清反应池；42、沉淀池；43、污泥分离设备；
51、精过滤单元；52、保安过滤单元；53、第三反渗透单元。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
一种钢铁行业浓盐水资源化利用系统，包括依次设置的第一过滤设备1、化学处理设备2、吸附净化单元3、磁絮凝沉淀净化单元4、第二过滤设备5和协同资源化单元6，协同资源化单元6能够将第二过滤设备5排出的最终浓缩浓盐水制备混凝土，如图1所示。
第一过滤设备1、化学处理设备2、吸附净化单元3、磁絮凝沉淀净化单元4、第二过滤设备5和协同资源化单元6之间采用管道连接，所述钢铁行业浓盐水经过多次过滤、净化和分离后处理水可以作为生产水回用，所述浓盐水中盐分和最终浓缩浓盐水都可以作为钢铁行业生产的原料，从而在实现水资源资源化的同时，实现全部副产物的资源化利用，不产生二次污染。
在本实施例中，第一过滤设备1含有依次设置的第一反渗透单元11、纳滤单元12和第二反渗透单元13，第一反渗透单元11的出口端与纳滤单元12的入口端通过排水管道直接连接。所述排水管道设置有水质监测系统，该水质监测系统监测的项目和方式包括总有机碳(TOC)在线监测、三维荧光在线监测和疏水性中性有机物(HON)实验室监测。
第一反渗透单元11、纳滤单元12和第二反渗透单元13均可以采用现有技术产品，第一反渗透单元11可以将来料浓盐水第一次过滤生成第一反渗过滤浓盐水，该第一反渗过滤浓盐水进入纳滤单元12生成纳滤浓盐水和纳滤产水，纳滤产水进入第二反渗透单元13生成第二反渗过滤浓盐水和第二反渗产水，该第二反渗产水可以作为水资源返回厂区重新使用。
在本实施例中，纳滤单元12含有首部过滤段121、中间过滤段122和尾部过滤段123，第一反渗透单元11、首部过滤段121、中间过滤段122、尾部过滤段123和第二反渗透单元13依次连接。纳滤单元12的进水直接引自第一反渗透单元11排出的第一反渗过滤浓盐水，即纳滤单元12的入口端与第一反渗透单元11的出口端通过管道之间连通，纳滤单元12以第一反渗透单元11的排水剩余压力为驱动力，纳滤单元12采用循环回流运行模式。
具体的，首部过滤段121排出的首段浓缩液能够回流至首部过滤段121的进水端，中间过滤段122排出的中间段浓缩液能够回流至中间过滤段122的进水端和首部过滤段121的进水端，尾部过滤段123排出的尾段浓缩液能够回流至尾部过滤段123的进水端、中间过滤段122的进水端和首部过滤段121的进水端，如图2所示。这样设计可以增加膜表面的错流速度，缓解膜表面有机物富集引起的浓差极化，有效控制膜污堵。详细内容可以参见中国专利文献CN 206308076 U，授权公告日期2017年7月7日，公开的《一种工业浓盐水处理用纳滤膜过滤装置》。
在本实施例中，化学处理设备2含有此次依次设置的化学除硬单元21和pH调节单元22，pH调节单元22位于化学除硬单元21和吸附净化单元3之间。化学除硬单元21和pH调节单元22均可以采用现有技术产品，纳滤单元12产生的纳滤浓盐水和第二反渗透单元13产生的第二反渗过滤浓盐水全部进入化学除硬单元21。
化学除硬单元21采用两级两相自结晶流化床系统，化学除硬单元21可以根据水质特点设置氢氧化钠、氢氧化钙和碳酸钠药剂投加装置和剂量，详细内容可以参见中国专利文献CN 106630084 A，公开日期2017年5月10日，公开的一种《两级两相流化床自结晶处理高氟、高硬度废水方法及系统》。化学除硬单元21能够将第一过滤设备1排出的浓盐水(即纳滤单元12产生的纳滤浓盐水和第二反渗透单元13产生的第二反渗过滤浓盐水)中的钙镁离子转换为球状的碳酸钙镁颗粒并排出，所述碳酸钙镁颗粒的直径为0.5mm-1mm。所述碳酸钙镁颗粒可作为钢铁行业高炉烧结工序生产原料。
化学除硬单元21能够将第一过滤设备1排出的浓盐水转换为除硬盐水和碳酸钙镁颗粒，该碳酸钙镁颗粒排出后，所述除硬盐水进入pH调节单元22，pH调节单元22能够检测所述除硬盐水的pH值，pH调节单元22能够根据所述除硬盐水的pH值向所述除硬盐水中加入酸或碱，从而将所述除硬盐水的pH值控制在所需的范围内，pH调节单元22将所述除硬盐水转换为pH调节盐水排出。
在本实施例中，吸附净化单元3中填充有模块化吸附填料31，吸附净化单元3可以采用现有技术产品，模块化吸附填料31中含有为焦炭粉，所述焦炭粉的粒径小于8mm，如图3所示。吸附净化单元3的作用在于吸附所述pH调节单元出水中的COD，吸附净化单元3采用底部进水顶部出水的结构。所述焦炭粉吸附饱和后，将整个模块化吸附填料31从吸附净化单元3取出，饱和焦炭粉可作为钢铁行业小球烧结工序生产原料。
在本实施例中，磁絮凝沉淀净化单元4含有依次设置的混合澄清反应池41、沉淀池42和污泥分离设备43，如图4所示，絮凝药剂、磁性载体颗粒和吸附净化单元3排出的浓盐水在混合澄清反应池41中混合并生成磁性絮绒状污泥混合液，沉淀池42能够沉淀出所述磁性絮绒状污泥混合液中的磁性絮绒状污泥和含盐沉淀净水，污泥分离设备43能够将磁性絮绒状污泥分离为非磁性污泥和所述磁性载体颗粒。即磁絮凝沉淀净化单元4将吸附净化单元3排出的浓盐水转换为含盐沉淀净水和非磁性污泥。
磁絮凝沉淀净化单元4可以采用现有技术产品，例如中国专利文献CN109467171A，公开日期2019年3月15日，公开的《一种磁絮凝水体净化设备》。沉淀池42能够沉淀分离出所述磁性絮绒状污泥混合液中的磁性絮绒状污泥和含盐沉淀净水，所述磁性絮绒状污泥沉淀至沉淀池42的沉淀区底部锥斗中，所述磁性絮绒状污泥进入污泥分离设备43，污泥分离设备43将磁性絮绒状污泥分离为非磁性污泥和所述磁性载体颗粒，该磁性载体颗粒可以循环回用至混合澄清反应池41。所述非磁性污泥可作为钢铁行业炼铁烧结工序的生产原料。
在本实施例中，第二过滤设备5含有精过滤单元51、保安过滤单元52和第三反渗透单元53，磁絮凝沉淀净化单元4、精过滤单元51、保安过滤单元52和第三反渗透单元53和协同资源化单元6依次排列。精过滤单元51、保安过滤单元52和第三反渗透单元53均可以采用现有技术产品。保安过滤单元52带有自动清洗和压差报警滤芯过滤器，详细内容可以参见中国专利文献CN 207119193 U，授权公告日期2018年3月20日，公开的一种《用于浓盐水的滤芯过滤装置》。
磁絮凝沉淀净化单元4产生的含盐沉淀净水进入精过滤单元51转换为精过滤盐水，该精过滤盐水进入保安过滤单元52转换为保安过滤盐水，该保安过滤盐水进入第三反渗透单元53转换为最终浓缩浓盐水和第三反渗透产水，该最终浓缩浓盐水进入协同资源化单元6，该第三反渗透产水可以作为水资源返回厂区重新使用。协同资源化单元6可以采用现有技术产品，协同资源化单元6以制备混凝土为目标，协同资源化单元6可以将所述浓缩浓盐水与高炉炉渣、转炉炉渣、脱硫石膏等钢铁工业副产物加工成混凝土，从而实现全部资源化。
下面介绍一种钢铁行业浓盐水资源化利用方法，所述钢铁行业浓盐水资源化利用方法采用了上述的钢铁行业浓盐水资源化利用系统，所述钢铁行业浓盐水资源化利用方法包括以下步骤，如图5所示：
步骤1、来料浓盐水进入第一过滤设备1中过滤。
第一过滤设备1含有依次设置的第一反渗透单元11、纳滤单元12和第二反渗透单元13，第一反渗透单元11将来料浓盐水转换为第一反渗过滤浓盐水，该第一反渗过滤浓盐水进入纳滤单元12转换为纳滤浓盐水和纳滤产水，纳滤产水进入第二反渗透单元13转换为第二反渗过滤浓盐水和反渗产水，该反渗产水可以作为水资源返回厂区重新使用。
步骤2、第一过滤设备1排出的过滤后浓盐水进入化学处理设备2中去除钙镁离子以及调节pH值。
化学处理设备2依次含有化学除硬单元21和pH调节单元22，第一过滤设备1排出的过滤后浓盐水(即所述纳滤浓盐水和第二反渗过滤浓盐水)首先进入化学除硬单元21，化学除硬单元21能够将第一过滤设备1排出的浓盐水转换为除硬盐水和碳酸钙镁颗粒，所述碳酸钙镁颗粒可作为钢铁行业高炉烧结工序生产原料。
所述除硬盐水进入pH调节单元22，pH调节单元22将所述除硬盐水转换为pH调节盐水排出。
步骤3、化学处理设备2排出的处理后浓盐水进入吸附净化单元3中净化。
吸附净化单元3中含有模块化吸附填料31，模块化吸附填料31中含有为焦炭粉，吸附净化单元3吸附所述pH调节单元出水中的COD。所述焦炭粉吸附饱和后，将整个模块化吸附填料31从吸附净化单元3取出，饱和焦炭粉可作为钢铁行业小球烧结工序生产原料。
步骤4、吸附净化单元3排出的净化后浓盐水进入磁絮凝沉淀净化单元4中处理。
磁絮凝沉淀净化单元4含有依次设置的混合澄清反应池41、沉淀池42和污泥分离设备43，磁絮凝沉淀净化单元4将吸附净化单元3排出的净化后浓盐水转换为含盐沉淀净水和非磁性污泥，所述非磁性污泥可作为钢铁行业炼铁烧结工序的生产原料。
步骤5、磁絮凝沉淀净化单元4排出的含盐沉淀净水进入第二过滤设备5中过滤。
第二过滤设备5含有精过滤单元51、保安过滤单元52和第三反渗透单元53，所述含盐沉淀净水进入精过滤单元51转换为精过滤盐水，该精过滤盐水进入保安过滤单元52转换为保安过滤盐水，该保安过滤盐水进入第三反渗透单元53转换为最终浓缩浓盐水和第三反渗透产水，该第三反渗透产水可以作为水资源返回厂区重新使用。
步骤6、第二过滤设备5排出的最终浓缩浓盐水进入协同资源化单元6制备混凝土。
该最终浓缩浓盐水进入协同资源化单元6，协同资源化单元6可以将所述浓缩浓盐水与高炉炉渣、转炉炉渣、脱硫石膏等钢铁工业副产物加工成混凝土，从而实现全部资源化。协同资源化单元6可以采用现有的利用钢渣制造混凝土的设备。
以上所述，仅为本发明的具体实施例，不能以其限定发明实施的范围，所以其等同组件的置换，或依本发明专利保护范围所作的等同变化与修饰，都应仍属于本专利涵盖的范畴。另外，本发明中的技术特征与技术特征之间、技术特征与技术方案、技术方案与技术方案之间均可以自由组合使用。

Claims (10)

1.一种钢铁行业浓盐水资源化利用系统，其特征在于，所述钢铁行业浓盐水资源化利用系统包括依次设置的第一过滤设备(1)、化学处理设备(2)、吸附净化单元(3)、磁絮凝沉淀净化单元(4)、第二过滤设备(5)和协同资源化单元(6)，协同资源化单元(6)能够将第二过滤设备(5)排出的最终浓缩浓盐水制备混凝土。
2.根据权利要求1所述的钢铁行业浓盐水资源化利用系统，其特征在于，第一过滤设备(1)含有依次设置的第一反渗透单元(11)、纳滤单元(12)和第二反渗透单元(13)，第一反渗透单元(11)的浓水出口端与纳滤单元(12)的入口端通过排水管道直接连接。
3.根据权利要求2所述的钢铁行业浓盐水资源化利用系统，其特征在于，所述排水管道设置有水质监测系统，该水质监测系统监测的内容包括总有机碳、三维荧光和疏水性中性有机物；
纳滤单元(12)含有首部过滤段(121)、中间过滤段(122)和尾部过滤段(123)，第一反渗透单元(11)、首部过滤段(121)、中间过滤段(122)、尾部过滤段(123)和第二反渗透单元(13)依次连接。
4.根据权利要求3所述的钢铁行业浓盐水资源化利用系统，其特征在于，首部过滤段(121)排出的首段浓缩液能够回流至首部过滤段(121)的进水端，中间过滤段(122)排出的中间段浓缩液能够回流至中间过滤段(122)的进水端和首部过滤段(121)的进水端，尾部过滤段(123)排出的尾段浓缩液能够回流至尾部过滤段(123)的进水端、中间过滤段(122)的进水端和首部过滤段(121)的进水端。
5.根据权利要求1所述的钢铁行业浓盐水资源化利用系统，其特征在于，化学处理设备(2)含有此次依次设置的化学除硬单元(21)和pH调节单元(22)，pH调节单元(22)位于化学除硬单元(21)和吸附净化单元(3)之间。
6.根据权利要求5所述的钢铁行业浓盐水资源化利用系统，其特征在于，化学除硬单元(21)能够将第一过滤设备(1)排出的浓盐水中的钙镁离子转换为颗粒并排出，所述颗粒的直径为0.5mm-1mm。
7.根据权利要求1所述的钢铁行业浓盐水资源化利用系统，其特征在于，吸附净化单元(3)中填充有模块化吸附填料(31)，模块化吸附填料(31)中含有焦炭粉，所述焦炭粉的粒径小于8mm。
8.根据权利要求1所述的钢铁行业浓盐水资源化利用系统，其特征在于，磁絮凝沉淀净化单元(4)含有依次设置的混合澄清反应池(41)、沉淀池(42)和污泥分离设备(43)，絮凝药剂、磁性载体颗粒和吸附净化单元(3)排出的浓盐水在混合澄清反应池(41)中混合并生成磁性絮绒状污泥混合液，沉淀池(42)能够沉淀出所述磁性絮绒状污泥混合液中的磁性絮绒状污泥，污泥分离设备(43)能够将磁性絮绒状污泥分离为非磁性污泥和所述磁性载体颗粒。
9.根据权利要求1所述的钢铁行业浓盐水资源化利用系统，其特征在于，第二过滤设备(5)含有精过滤单元(51)、保安过滤单元(52)和第三反渗透单元(53)，磁絮凝沉淀净化单元(4)、精过滤单元(51)、保安过滤单元(52)和第三反渗透单元(53)和协同资源化单元(6)依次排列。
10.一种钢铁行业浓盐水资源化利用方法，其特征在于，所述钢铁行业浓盐水资源化利用方法采用了权利要求1所述的钢铁行业浓盐水资源化利用系统，所述钢铁行业浓盐水资源化利用方法包括以下步骤：
步骤1、来料浓盐水进入第一过滤设备(1)中过滤；
步骤2、第一过滤设备(1)排出的过滤后浓盐水进入化学处理设备(2)中去除钙镁离子以及调节pH值；
步骤3、化学处理设备(2)排出的处理后浓盐水进入吸附净化单元(3)中净化；
步骤4、吸附净化单元(3)排出的净化后浓盐水进入磁絮凝沉淀净化单元(4)中处理；
步骤5、磁絮凝沉淀净化单元(4)排出的含盐沉淀净水进入第二过滤设备(5)中过滤；
步骤6、第二过滤设备(5)排出的最终浓缩浓盐水进入协同资源化单元(6)制备混凝土。
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