CN113929250B - 一种冷轧反渗透浓水零排放工艺及处理系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种冷轧反渗透浓水零排放工艺，包括：所述冷轧反渗透浓水通过进水泵进入吸附塔；吸附塔中放置混合改性膨润土，混合改性膨润土占整个吸附塔的80～95％；冷轧反渗透浓水在吸附塔中的停留时间为35～55min；随后，冷轧反渗透浓水通过高压泵进入碟管式反渗透装置；高压泵的压力在76～123bar，碟管式反渗透装置的废水回收率在65～82％之间，脱盐率在98.1～98.6％之间，水通量为231～253L/h；浓缩水通过提升泵进入蒸发结晶系统，蒸发结晶后产生无机盐。本发明提出了冷轧反渗透浓水的零排放技术方案，实现了蒸发结晶产物达到工业盐标准的要求。因此本发明属于钢铁绿色环保生产工艺，具有良好的社会效益和环境效益。

Description

一种冷轧反渗透浓水零排放工艺及处理系统
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水零排放的技术和方法。
背景技术
废水回用是废水处理的最终目标，是企业节能减排的实施手段。目前简单的冷轧废水回用技术已经无法满足企业要求，将生化处理后的冷轧废水进行深度处理后回用是必然的趋势。
国内的冷轧废水深度处理技术是采用反渗透和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水的处理。目前宝钢采用超滤+反渗透深度处理冷轧废水。
因此，反渗透工艺产生的污染物如果未经处理而直接排放，势必会对水体环境产生极大的危害。采用蒸发结晶工艺进行浓水的零排放处理，在处理之前必须去除浓水中的杂质，产生的结晶盐才能达到工业盐标准(GBT 5462-2016)，否则结晶盐需要按照危险化学品处理。
如果不采用纳滤分盐技术，浓缩水结晶产物纯度低、杂质多，需按危险废弃物处置，费用约3000～8000元/吨，大大增加吨水处理成本。
本发明的目的就是根据了冷轧反渗透浓水的水质水量情况，有效去除浓水中的杂质，确保结晶盐符合工业盐标准。开发冷轧反渗透浓水的零排放工艺和装置，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。
发明内容
因此，本发明要解决的技术问题是，根据冷轧反渗透浓水的水质水量情况，有效去除浓水中的杂质，同时确保结晶盐符合工业盐标准。
本发明的技术方案是，一种冷轧反渗透浓水零排放工艺，包括以下步骤：
a.所述冷轧反渗透浓水通过进水泵进入吸附塔；吸附塔中放置混合改性膨润土，混合改性膨润土占整个吸附塔的80～95％；冷轧反渗透浓水在吸附塔中的停留时间为35～55min；所述混合改性膨润土比表面积为26.4～35.6m2/g，对冷轧反渗透浓水中锰离子的吸附量为0.6～1.95mg/g，钙离子的吸附量为1.3～2.3mg/g；
b.随后，冷轧反渗透浓水通过高压泵进入碟管式反渗透装置；高压泵的压力在76～123bar，碟管式反渗透装置的废水回收率在65～82％之间，脱盐率在98.1～98.6％之间，水通量为231～253L/h；
c.浓缩水通过提升泵进入蒸发结晶系统，蒸发结晶后产生无机盐。
待处理的冷轧反渗透浓水的水质锰离子为1.1～2.3mg/L，钙离子为2.9～6.4mg/L，电导率为43480～67790μS/cm。
经过吸附塔后，冷轧反渗透浓水的水质锰离子为0.1～0.3mg/L，钙离子为0.2～0.9mg/L；混合改性膨润土的主要功能为在吸附冷轧反渗透浓水中的锰离子和钙离子，高浓度的锰离子和钙离子会导致后续碟管式反渗透严重的结垢和污堵，甚至是设备瘫痪。去除了锰离子和钙离子后，后续的膜运行过程中，减轻重金属和钙离子对膜污染的影响，最后工艺产生的结晶盐的杂质更少，纯度更高，可以制备得到工业化的无机盐，而不是杂盐。
碟管式反渗透装置主要的功能是浓缩反渗透浓水，越少的浓缩水进入蒸发结晶系统，运行的成本越便宜。因为在整个零排放工艺中，蒸发结晶设备运行成本是最高的。
碟管式反渗透装置产水电导率在789～2345μS/cm，可以直接回用于生产工艺。
经过碟管式反渗透装置处理后，碟管式反渗透装置浓缩水电导率在112311～143256μS/cm之间。
根据本发明的一种冷轧反渗透浓水零排放工艺，优选的是，步骤b所述的碟管式反渗透转置主要由RO膜片、导流盘、中心拉杆、外壳、两端法兰组成；所述RO膜片和导流盘叠放在一起，用中心拉杆和两端的端盖法兰进行固定，然后置入耐压外壳中，就形成一个碟管式反渗透装置。
碟管式反渗透转置还包括各种密封件及联接螺栓部件。
根据本发明的一种冷轧反渗透浓水零排放工艺，优选的是，步骤c所产生的无机盐氯化钠含量(质量百分比)在92～97％之间，钙镁离子在0.1～0.5％之间，水不溶物在0.05～0.3％之间。上述标准达到工业盐标准。
根据本发明的一种冷轧反渗透浓水零排放工艺，优选的是，
步骤a所述混合改性膨润土的制备方法是：
1)采用颗粒状膨润土和硅藻土，膨润土比表面积为13.2～19.7m2/g，膨润土和硅藻土按质量比16:2～3形成混合物，在反应器中放入氯化钠溶液，按液固比3～5:1加入混合物，反应器加热至45～55℃，恒温浸泡8～10h，随后过滤，烘干干燥2～3h制得改性膨润土前驱体Ⅰ；
2)将改性膨润土前驱体Ⅰ浸入氢氧化钠溶液，在每升混合溶液中逐滴加入二乙烯三胺基丙基三甲氧基硅烷0.5～2.2mL，在常温下搅拌均匀，过滤，70-90℃干燥4～5h，制备得到混合改性膨润土。
改性膨润土前驱体Ⅰ和氢氧化钠溶液的混合比例是1：2～5。
本发明针对冷轧反渗透浓水的水质特性，开发制备了混合改性膨润土。
氯化钠改性使膨润土晶层间距增大，疏通孔道，增加比表面积进而增加了吸附点位。
有机硅烷可在膨润土空隙中可起到“分子桥”的作用，进一步增加膨润土的吸附能力；制备得到的混合改性膨润土比表面积为26.4～35.6m2/g，对冷轧反渗透浓水中锰离子的吸附量为0.6～1.95mg/g，钙离子的吸附量为1.3～2.3mg/g；
根据本发明的一种冷轧反渗透浓水零排放工艺，进一步地，步骤1)所述膨润土粒径为100～200目，硅藻土粒径为100～200目。
根据本发明的一种冷轧反渗透浓水零排放工艺，进一步地，步骤1)所述氯化钠溶液的质量浓度为1～10％；步骤2)所述氢氧化钠溶液的质量浓度为3～15％。
更进一步的，氯化钠溶液的质量浓度为4～5％。更进一步地，步骤2)所述氢氧化钠溶液的质量浓度为6～11％。
根据本发明的一种冷轧反渗透浓水零排放工艺，进一步地，步骤1)所述烘干干燥的温度是100-110℃。
根据本发明的一种冷轧反渗透浓水零排放工艺，进一步地，步骤2)所述搅拌速度是30-100转/min。步骤2)所述搅拌时间为50～90min。更优选的是，搅拌速度是45～65转/min。
本发明还提供了上述冷轧反渗透浓水零排放工艺的处理系统，
包括进水泵、与进水泵连接的吸附塔，所述吸附塔内放置有混合改性膨润土，吸附塔出口处连接高压泵，高压泵连接碟管式反渗透装置，碟管式反渗透装置连接提升泵、提升泵连接蒸发结晶系统。
根据本发明的一种冷轧反渗透浓水零排放工艺的处理系统，优选的是，所述的碟管式反渗透转置主要由RO膜片、导流盘、中心拉杆、外壳、两端法兰组成；在耐压外壳内，所述RO膜片和导流盘叠放在一起，用中心拉杆和两端的端盖法兰进行固定。
有益效果：
本发明提供了一种冷轧反渗透浓水的零排放系统，采用本发明的零排放系统，经过处理后，碟管式反渗透装置产水电导率在789～2345μS/cm，可以直接回用于生产工艺。最后蒸发结晶后产生无机盐。所产生的无机盐氯化钠质量百分比含量在92～97％之间，钙镁离子在0.1～0.5％之间，水不溶物在0.05～0.3％之间，达到工业盐标准，可以有效回收利用。
如果不采用此工艺方案，产生的氯化钠纯度低，为氯化钠杂盐，按照国内现行的法律法规，氯化钠杂盐为危险化学品，每吨的处理价格为3000～8000元。
本发明一次性投资低，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工艺。
附图说明
图1是一种冷轧反渗透浓水的零排放工艺系统。
图中，进水泵1、吸附塔2、混合改性膨润土3、高压泵4、碟管式反渗透装置5、提升泵6、蒸发结晶系统7。
具体实施方式
实施例1：
如图1所示，一种冷轧反渗透浓水的零排放工艺系统，包括进水泵1、吸附塔2、混合改性膨润土3、高压泵4、碟管式反渗透装置5、提升泵6、蒸发结晶系统7。
所述冷轧反渗透浓水的水质锰离子为1.1mg/L，钙离子为2.9mg/L，电导率为49234μS/cm。
所述冷轧反渗透浓水通过进水泵进入吸附塔。吸附塔中放置混合改性膨润土，混合改性膨润土占整个吸附塔的95％。冷轧反渗透浓水在吸附塔中的停留时间为55min。经过吸附塔后，冷轧反渗透浓水的水质锰离子为0.1mg/L，钙离子为0.2mg/L。混合改性膨润土的主要功能为在吸附冷轧反渗透浓水中的锰离子和钙离子，去除了锰离子和钙离子后，后续的膜运行过程中，减轻重金属和钙离子对膜污染的影响，最后工艺产生的结晶盐的杂质更少，纯度更高，可以制备得到工业化的无机盐，而不是杂盐。
本发明针对冷轧反渗透浓水的水质特性，开发制备了混合改性膨润土。混合改性膨润土的制备：1)筛选粒径为200目的膨润土和200目硅藻土，膨润土比表面积为13.7m2/g膨润土和硅藻土按质量比16:3形成混合物，在反应器中放入质量比4％氯化钠溶液，按液固比5:1加入混合物，反应器加热至45℃，恒温浸泡8h，随后过滤，在105℃干燥2h制得改性膨润土前驱体Ⅰ。氯化钠改性使膨润土晶层间距增大，疏通孔道，增加比表面积进而增加了吸附点位。2)将改性膨润土前驱体Ⅰ浸入质量百分比为6％氢氧化钠溶液，改性膨润土前驱体Ⅰ和氢氧化钠溶液的混合比例是1：4，在每升混合溶液中逐滴加入二乙烯三胺基丙基三甲氧基硅烷0.5mL，在常温下以45转/min搅拌50～90min，过滤，80℃干燥4h，制备得到混合改性改性膨润土。有机硅烷可在膨润土空隙中可起到“分子桥”的作用，进一步增加膨润土的吸附能力。制备得到的混合改性膨润土比表面积为26.9m2/g，对冷轧反渗透浓水中锰离子的吸附量为0.8mg/g，钙离子的吸附量为1.9mg/g。
随后，冷轧反渗透浓水通过高压泵进入碟管式反渗透装置。高压泵的压力在79bar。碟管式反渗透转置主要由RO膜片、导流盘、中心拉杆、外壳、两端法兰各种密封件及联接螺栓等部件组成。把过滤膜片(即RO膜片)和导流盘叠放在一起，用中心拉杆和端盖法兰进行固定，然后置入耐压外壳中，就形成一个碟管式反渗透装置。碟管式反渗透装置的废水回收率在72％之间，脱盐率在98.5％之间，水通量为237L/h，碟管式反渗透装置产水电导率在1123μS/cm，可以直接回用于生产工艺。碟管式反渗透装置浓缩水电导率在112453μS/cm之间。
浓缩水通过提升泵进入蒸发结题系统，蒸发结晶后产生无机盐。所产生的无机盐氯化钠含量(质量百分比)在94.3％之间，钙镁离子在0.3％之间，水不溶物在0.09％之间，达到工业盐标准。
实施例2
如图1所示，一种冷轧反渗透浓水的零排放工艺系统，包括进水泵1、吸附塔2、混合改性膨润土3、高压泵4、碟管式反渗透装置5、提升泵6、蒸发结晶系统7。
所述冷轧反渗透浓水的水质锰离子为2.3mg/L，钙离子为6.4mg/L，电导率为65550μS/cm。
所述冷轧反渗透浓水通过进水泵进入吸附塔。吸附塔中放置混合改性膨润土，混合改性膨润土占整个吸附塔的91％。冷轧反渗透浓水在吸附塔中的停留时间为55min。经过吸附塔后，冷轧反渗透浓水的水质锰离子为0.3mg/L，钙离子为0.9mg/L。混合改性膨润土的主要功能为在吸附冷轧反渗透浓水中的锰离子和钙离子，去除了锰离子和钙离子后，后续的膜运行过程中，减轻重金属和钙离子对膜污染的影响，最后工艺产生的结晶盐的杂质更少，纯度更高，可以制备得到工业化的无机盐，而不是杂盐。
本发明针对冷轧反渗透浓水的水质特性，开发制备了混合改性膨润土。混合改性膨润土的制备：1)筛选粒径为200目的膨润土和200目硅藻土，膨润土比表面积为19.7m2/g膨润土和硅藻土按质量比16:3形成混合物，在反应器中放入质量比5％氯化钠溶液，按液固比5:1加入混合物，反应器加热至55℃，恒温浸泡10h，随后过滤，在105℃干燥3h制得改性膨润土前驱体Ⅰ。氯化钠改性使膨润土晶层间距增大，疏通孔道，增加比表面积进而增加了吸附点位。2)将改性膨润土前驱体Ⅰ浸入质量百分比为11％氢氧化钠溶液，改性膨润土前驱体Ⅰ和氢氧化钠溶液的混合比例是1：2，在每升混合溶液中逐滴加入二乙烯三胺基丙基三甲氧基硅烷2.2mL，在常温下以65转/min搅拌90min，过滤，80℃干燥5h，制备得到混合改性改性膨润土。有机硅烷可在膨润土空隙中可起到“分子桥”的作用，进一步增加膨润土的吸附能力。制备得到的混合改性膨润土比表面积为35.6m2/g，对冷轧反渗透浓水中锰离子的吸附量为1.95mg/g，钙离子的吸附量为2.3mg/g。
随后，冷轧反渗透浓水通过高压泵进入碟管式反渗透装置。高压泵的压力在123bar。碟管式反渗透转置主要由RO膜片、导流盘、中心拉杆、外壳、两端法兰各种密封件及联接螺栓等部件组成。把过滤膜片(即RO膜片)和导流盘叠放在一起，用中心拉杆和端盖法兰进行固定，然后置入耐压外壳中，就形成一个碟管式反渗透装置。碟管式反渗透装置的废水回收率在82％之间，脱盐率在98.3％之间，水通量为253L/h，碟管式反渗透装置产水电导率在2005μS/cm，可以直接回用于生产工艺。碟管式反渗透装置浓缩水电导率在124356μS/cm之间。
浓缩水通过提升泵进入蒸发结题系统，蒸发结晶后产生无机盐。所产生的无机盐氯化钠含量(质量百分比)在96％之间，钙镁离子在0.2％，水不溶物在0.09％，达到工业盐标准。
实施例3
如图1所示，一种冷轧反渗透浓水的零排放工艺系统，包括进水泵1、吸附塔2、混合改性膨润土3、高压泵4、碟管式反渗透装置5、提升泵6、蒸发结晶系统7。
所述冷轧反渗透浓水的水质锰离子为1.9mg/L，钙离子为4.7mg/L，电导率为56290μS/cm。
所述冷轧反渗透浓水通过进水泵进入吸附塔。吸附塔中放置混合改性膨润土，混合改性膨润土占整个吸附塔的90％。冷轧反渗透浓水在吸附塔中的停留时间为45min。经过吸附塔后，冷轧反渗透浓水的水质锰离子为0.2mg/L，钙离子为0.7mg/L。混合改性膨润土的主要功能为在吸附冷轧反渗透浓水中的锰离子和钙离子，去除了锰离子和钙离子后，后续的膜运行过程中，减轻重金属和钙离子对膜污染的影响，最后工艺产生的结晶盐的杂质更少，纯度更高，可以制备得到工业化的无机盐，而不是杂盐。
本发明针对冷轧反渗透浓水的水质特性，开发制备了混合改性膨润土。混合改性膨润土的制备：1)筛选粒径为150目的膨润土和150目硅藻土，膨润土比表面积为17.5m2/g膨润土和硅藻土按质量比16:2形成混合物，在反应器中放入质量比4.5％氯化钠溶液，按液固比4:1加入混合物，反应器加热至50℃，恒温浸泡9h，随后过滤，在105℃干燥2.5h制得改性膨润土前驱体Ⅰ。氯化钠改性使膨润土晶层间距增大，疏通孔道，增加比表面积进而增加了吸附点位。2)将改性膨润土前驱体Ⅰ浸入质量百分比为8％氢氧化钠溶液，改性膨润土前驱体Ⅰ和氢氧化钠溶液的混合比例是1：5，在每升混合溶液中逐滴加入二乙烯三胺基丙基三甲氧基硅烷1.7mL，在常温下以55转/min搅拌65min，过滤，80℃干燥4.5h，制备得到混合改性改性膨润土。制备得到的混合改性膨润土比表面积为31.2m2/g，对冷轧反渗透浓水中锰离子的吸附量为1.25mg/g，钙离子的吸附量为1.9mg/g。
随后，冷轧反渗透浓水通过高压泵进入碟管式反渗透装置。高压泵的压力在88bar。碟管式反渗透转置主要由RO膜片、导流盘、中心拉杆、外壳、两端法兰各种密封件及联接螺栓等部件组成。把过滤膜片(即RO膜片)和导流盘叠放在一起，用中心拉杆和端盖法兰进行固定，然后置入耐压外壳中，就形成一个碟管式反渗透装置。碟管式反渗透装置的废水回收率在76％之间，脱盐率在98.3％之间，水通量为241L/h，碟管式反渗透装置产水电导率在1452μS/cm，可以直接回用于生产工艺。碟管式反渗透装置浓缩水电导率在124521μS/cm之间。
浓缩水通过提升泵进入蒸发结题系统，蒸发结晶后产生无机盐。所产生的无机盐氯化钠含量(质量百分比)在95％之间，钙镁离子在0.3％之间，水不溶物在0.1％之间，达到工业盐标准。
综上所述，本发明所述的冷轧反渗透浓水零排放处理系统实现了废水零排放，本发明工艺一次性投资低，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 (9)

1.一种冷轧反渗透浓水零排放工艺，其特征在于：包括以下步骤：
a. 所述冷轧反渗透浓水通过进水泵进入吸附塔；吸附塔中放置混合改性膨润土，混合改性膨润土占整个吸附塔的80~95%；冷轧反渗透浓水在吸附塔中的停留时间为35~55 min；所述混合改性膨润土比表面积为26.4~35.6 m2/g，对冷轧反渗透浓水中锰离子的吸附量为0.6~1.95 mg/g，钙离子的吸附量为1.3~2.3 mg/g；所述混合改性膨润土的制备方法是：
1）采用颗粒状膨润土和硅藻土，膨润土比表面积为13.2~19.7 m2/g，膨润土和硅藻土按质量比16:2~3形成混合物，在反应器中放入氯化钠溶液，按液固比3~5:1加入混合物，反应器加热至45~55 ℃，恒温浸泡8~10 h，随后过滤，烘干干燥2~3 h制得改性膨润土前驱体Ⅰ；
2）将改性膨润土前驱体Ⅰ浸入氢氧化钠溶液，在每升混合溶液中逐滴加入二乙烯三胺基丙基三甲氧基硅烷0.5~2.2 mL，在常温下搅拌均匀，过滤，70-90℃干燥4~5 h，制备得到混合改性膨润土；
b. 随后，冷轧反渗透浓水通过高压泵进入碟管式反渗透装置；高压泵的压力在76~123bar，碟管式反渗透装置的废水回收率在65~82%之间，脱盐率在98.1~98.6%之间，水通量为231~253 L/h；
c．浓缩水通过提升泵进入蒸发结晶系统，蒸发结晶后产生无机盐。
2.根据权利要求1所述的一种冷轧反渗透浓水零排放工艺，其特征在于：
步骤b所述的碟管式反渗透装置主要由RO膜片、导流盘、中心拉杆、外壳、两端法兰组成；所述RO膜片和导流盘叠放在一起，用中心拉杆和两端的端盖法兰进行固定，然后置入耐压外壳中，就形成一个碟管式反渗透装置。
3.根据权利要求1所述的一种冷轧反渗透浓水零排放工艺，其特征在于：步骤c所产生的无机盐氯化钠质量百分比含量在92~97%之间，钙镁离子在0.1~0.5%之间，水不溶物在0.05~0.3%之间。
4.根据权利要求1所述的一种冷轧反渗透浓水零排放工艺，其特征在于：步骤1）所述膨润土粒径为100~200 目，硅藻土粒径为100~200目。
5.根据权利要求1所述的一种冷轧反渗透浓水零排放工艺，其特征在于：步骤1）所述氯化钠溶液的质量浓度为1~10%；步骤2）所述氢氧化钠溶液的质量浓度为3~15%。
6.根据权利要求1所述的一种冷轧反渗透浓水零排放工艺，其特征在于：步骤1）所述烘干干燥的温度是100-110 ℃。
7.根据权利要求1所述的一种冷轧反渗透浓水零排放工艺，其特征在于：
步骤2）所述搅拌速度是30-100转/min；步骤2）所述搅拌时间为50~90 min。
8.根据权利要求1所述冷轧反渗透浓水零排放工艺的处理系统，其特征在于：
包括进水泵、与进水泵连接的吸附塔，所述吸附塔内放置有混合改性膨润土，吸附塔出口处连接高压泵，高压泵连接碟管式反渗透装置，碟管式反渗透装置连接提升泵、提升泵连接蒸发结晶系统。
9.根据权利要求8所述的处理系统，其特征在于：
所述的碟管式反渗透装置主要由RO膜片、导流盘、中心拉杆、外壳、两端法兰组成；在耐压外壳内，所述RO膜片和导流盘叠放在一起，用中心拉杆和两端的端盖法兰进行固定。
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