轧钢酸性废水深度处理回用技术研究.pdf

2024 年第 2 期总 第 270 期冶 金 动 力METALLURGICAL POWER轧钢酸性废水深度处理回用技术研究俞琴，舒纯，王丹（武钢有限能源环保部，湖北武汉 430080）【摘要】研究轧钢酸性废水深度处理工艺，采用两级电吸附处理轧钢酸性废水，对氯化物、亚铁离子去除效果良好，产水电导率可降至500 S/cm以下，脱盐率达97%以上，综合产水率达80%以上，产水液碱中和后，水质符合武钢回用水质标准，可进管网回用，减排效果良好，对提高产品市场竞争力和工序清洁生产水平具有重要意义。【关键词】轧钢；酸性废水；深度处理【中图分类号】X703 【文献标志码】B【文章编号】1006-6764（2024）02-0047-05 【开放科学（资源服务）标识码（OSID）】Research on Deep Treatment and Recycle Technology of Acidic Steel Rolling Wastewater YU Qin,SHU Chun,WANG Dan（Energy and Environmental Protection Department of Wuhan Iron and Steel Co.,Ltd.,Wuhan,Hubei 430080,China）【Abstract】This paper studies the deep treatment process of acidic wastewater from steel rolling,which uses two-stage electrosorption treatment,the removal of chloride and ferrous ions is good,the conductivity of the produced water can be reduced to less than 500 uS/cm,the desalination rate reaches more than 97%,and the comprehensive water yield reaches more than 80%.After the alkali neutralization of produced water,the water quality meets the recycled water quality standard of WISCO,and can be reused in the pipeline network with good emission reduction effect,which is of great significance to improve the competitiveness of products in the market and the level of clean production of the process.【Keywords】steel rolling;acidic wastewater;deep treatment前言废水指在生产过程中使用过，在质量上已不符合生产工艺要求，对该生产过程无进一步利用价值的水。废水排放可能对水体环境造成污染，所以废水需要适当处理，避免损害水体环境功能，即废水需要达标处理。废水深度处理回用是指采取进一步处理措施，使废水具备生产利用价值，通过资源化利用减排。1比较而言，用水工艺优化是解决如何少用水、少排水问题，是废水源头减排技术，而废水深度处理回用是如何让废水重新具有生产利用价值、实现资源化利用，是废水末端减排治理技术。废水深度处理回用是钢铁企业节水减排的重要措施，在业内基本形成共识，但如何解决冷轧（含硅钢）酸碱废水深度处理回用，还存在一系列技术困难，国家已将其列入节水型社会建设需攻克的技术课题。酸性废水主要来自酸轧机组、常化酸洗机组、酸再生站酸雾洗涤及冲洗排放的盐酸废水和CT机组产生的氧化镁废水，主要污染因子是铁离子和酸性污染，现有达标处理基本工艺为曝气中和氧化加石灰中和沉淀，出水可稳定达标，但电导率、硬度、氯离子均很高。1 轧钢酸性废水深度处理回用中试技术研究酸性废水深度处理回用困难，主要原因是其水质特征导致现有常用除盐工艺均不能直接应用。具体来说，直接对达标废水进行深度处理，除盐酸供排水472024 年第 2 期总 第 270 期冶 金 动 力METALLURGICAL POWER无法回收外，废水硬度过高导致常用双膜法工艺阻垢问题难以解决2，增加化学软化预处理可以解决阻垢问题，但软化成本高，高电导率废水的含盐量会进一步升高，导致反渗透膜进水压力大增，电耗和药剂成本高。如果酸性废水不经达标预处理，直接进行深度处理回用，其强酸性（盐酸）、高铁含量又导致反渗透膜易出现铁离子污染，水泵和管道在高压力状态下防腐蚀问题难以解决，运行不稳定，成本也较高。目前，国内还没有既能回收酸，又能实现酸废水深度处理回用的成熟解决方案，因此必需探索、运用与现有工艺原理不同的除盐新工艺。1.1 电吸附除盐技术及应用调研电吸附除盐技术又称电容性除盐技术，是近年出现的脱盐新工艺。其基本原理是基于电化学中的双电层理论，利用带电电极表面的电化学特性来实现水中带电粒子的去除、有机物的分解等。通过施加外加电压形成静电场，强制离子向带有相反电荷的电极处移动，对双电层进行充放电的控制，改变双电层处的离子浓度，从而实现对水溶液的除盐3。技术原理见图1。电吸附除盐技术由孙晓慰博士发明，目前还没有形成相关技术规范和标准。该技术在国内现场中试应用较多，还没有大规模应用，仅在中水、废水处理领域有少量工业化应用。宝山基地2030冷轧将该工艺用于冷轧废水串级利用系统，产水电导率为1 500 S/cm。梅山基地采用该工艺用于综合废水深度处理中试，青山基地氧气公司采用该工艺进行净化水脱盐中试，均取得了满意效果。从调研情况看，电吸附脱盐工艺相对目前应用较成熟的膜法脱盐工艺而言，突出优点是进水压力要求低、水质要求不高、预处理工艺简单、产水率高，适宜酸性条件运行，有可能适用酸性废水深度处理领域。其不足是脱盐率较低、产水水质存在一定波动。1.2 电吸附除盐工艺的进水水质要求电吸附除盐技术的核心电极材料为惰性碳材料，耐强酸、强碱。除盐装置采用通道式结构（通道宽度为毫米级），不易堵塞。电吸附除盐技术一般进水要求为：COD200 mg/L；oil5 mg/L；SS5 mg/L；浊度3 NTU；总硬度3 000 mg/L（但硬度越高，要求碱度越低）。根据进水水质要求，预处理较简单，采用常规过滤即可满足进水要求。从调研情况看，电吸附工艺操作及维护简便，在停机期间也无需对核心部件进行特别保养，使用寿命较膜工艺长，运行费用主要是使离子发生迁移的电耗，具体根据电导率、产水率、脱盐率等指标确定。对电导率2 000 S/cm以下的综合性工业废水，其运行成本低于膜工艺。1.3 电吸附脱盐工艺流程电吸附脱盐工艺流程为：来水 原水箱 保安过滤器 电吸附模块 净水池。工艺流程分为三个步骤：工作过程，再生过程，排污过程。工艺流程图见图2。（1）工作过程工作状态下，提升泵抽取原水池中的水，经过保安过滤器过滤，进入处于工作状态下的除盐模块，水中的离子被模块内电极吸附，通过的产水送到产水池，经外供水泵供到用水点。（2）再生过程是模块的反冲洗过程，用原水冲洗经过短接静置的模块，使电极再生。反冲洗后的水被送入中间水池，进入中间水池的水等待下一个周期排污用。（3）排污过程排污过程其本质和再生一样，是模块的一个反图1 电吸附脱盐工艺原理482024 年第 2 期总 第 270 期冶 金 动 力METALLURGICAL POWER冲洗程序，但水源有区别，排污过程用的是中间水池的水，即再生之后的浓水，这是一个有效的节水过程。因为经过再生之后的浓水尚未达到饱和，所以用再生后产生的浓水再次冲洗模块，就节省了冲洗过程中的用水量，提高了产水率。2 现场中试中试地点：能环部某水站。中试时间：2018年12月7日2019年1月16日。废水来源：轧钢酸性废水（用罐车送至中试地点）。水质化验：由能环部和技术中心进行水质分析，具体检测进水、出水、浓水的pH值、电导率、氯离子、总硬度、总碱度、COD等指标，每天12次。中试工艺流程见图3。2.1 主要中试装置中试装置主要由以下设备组成。电吸附除盐模块：2套（高盐、低盐各1套），规模0.20.5 m3/h。整流电源柜：将380 V交流电变成0360 V的直流电，为电吸附模块供电。PLC控制柜：自动控制中试装置的运行。石英砂过滤器：主要是过滤降低水中的悬浮物和浊度。精密过滤器：精度50 m，3套。水泵：流量1 m3/h，扬程 20 m，功率 0.37 kW，3台。水箱：0.9 m0.9 m，5个。电吸附中试装置见图4。2.2酸性废水电吸附深度处理中试结果2.2.1 电导率去除效果由表1可看出，电吸附工艺对酸性废水一级产水的电导率平均从28 977 S/cm降到3 359 S/cm，图3 电吸附技术深度处理酸性废水中试工艺流程图图4 电吸附中试装置图2 电吸附脱盐工艺流程图492024 年第 2 期总 第 270 期冶 金 动 力METALLURGICAL POWER平均去除率为84.8%。由表2可看出，电吸附工艺使酸性废水二级产水的电导率平均从26 620 S/cm降到441 S/cm，平均去除率为98.3%。2.2.2 氯化物去除效果由表3可看出，电吸附工艺对酸性废水一级产水的氯化物平均从 3 682 mg/L降到 670 mg/L，平均去除率为81.8%。由表4可看出，电吸附工艺对酸性废水二级产水的氯化物平均从4 225 mg/L降到135.8 mg/L，平均去除率为96.8%。2.2.3 总硬度去除效果由表5可看出，电吸附工艺对酸性废水一级产水的总硬度平均从442 mg/L降到65 mg/L，平均去除率为85.2%。由表6可看出，电吸附工艺对酸性废水二级产水的总硬度平均从480 mg/L降到9 mg/L，平均去除率为98%。2.2.4 COD的去除效果由表7可看出，电吸附工艺对酸性废水一级产水的 COD 平均从 227.9 mg/L 降到 41.92 mg/L，平均去除率为81.6%。由表8可看出，电吸附工艺对酸性废水二级产水的COD平均从255.7 mg/L降到36.9 mg/L，平均去除率为85.6%。2.2.5 总铁的去除效果表1 一级产水电导率去除效果数值最大值最小值平均值原水/(S/cm)52 90014 13028 977浓水/(S/cm)97 30045 70064 023一级产水/(S/cm)7 7702 0203 359去除率/%88.578.284.8表2 二级产水电导率去除效果数值最大值最小值平均值原水/(S/cm)52 90014 13026 620浓水/(S/cm)97 30043 70059 583二级产水/(S/cm)938173.7441去除率/%98.898.298.3表3 一级脱盐氯化物统计表数值最大值最小值平均值原水/(mg/L)7 6622 6943 682浓水/(mg/L)27 0315 05211 058产水/(mg/L)1 117110.8670去除率/%95.271.981.8表4 酸性废水二级脱盐氯化物统计表数值最大值最小值平均值原水/(mg/L)7 6222 6944 225浓水/(mg/L)27 0315 05211 704产水/(mg/L)323.566.47135.8去除率/%97.894.996.8表5 酸性废水一级脱盐总硬度统计表数值最大值最小值平均值原水/(mg/L)700200442浓水/(mg/L)1 80070887产水/(mg/L)1308.465去除率/%97.235.085.2表6 酸性废水二级脱盐总硬度统计表数值最大值最小值平均值原水/(mg/L)700200480浓水/(mg/L)1 600500960产水/(mg/L)1859去除率/%99.291.098.0表7 酸性废水一级脱盐COD统计表数值最大值最小值平均值原水/(mg/L)363.6152.2227.9浓水/(mg/L)856.9458.8620.7产水/(mg/L)88.7921.1441.92去除率/%92.471.181.6表8 酸性废水二级脱盐COD统计表数值最大值最小值平均值原水/(mg/L)339.7160.4255.7浓水/(mg/L)794.9458.8613.7产水/(mg/L)93.5112.6636.90去除率/%94.672.585.6表9 酸性废水一级脱盐总铁统计表数值最大值最小值平均值原水/(mg/L)2 570774.21 314浓水/(mg/L)16 5203 0335 600产水/(mg/L)488134.4222去除率/%95.879.283.1502024 年第 2 期总 第 270 期冶 金 动 力METALLURGICAL POWER由表9可看出，电吸附工艺对酸性废水一级产水的总铁平均从 1 314 mg/L降到 222 mg/L，平均去除率为83.1%。由表10可看出，电吸附工艺对酸性废水二级产水的总铁平均从1 359 mg/L降到19 mg/L，平均去除率为98.6%。电吸附工艺处理轧钢酸性废水后产水pH值由1.59上升到2.41，仍为酸性，无法直接回用，加入液碱，将 pH 值提高到 8，并经絮凝沉淀后，总铁为 0.8 mg/L，低于1 mg/L，其余指标均无明显变化，总铁也满足了回用要求。3 轧钢酸性废水深度处理回用建议（1）酸性废水深度处理回用，建议采用两级电吸附脱盐工艺，产水水质符合武钢回用水质标准，可减排酸废水80%。（2）电吸附脱盐进水压力约0.2 MPa，不加阻垢剂，水泵和管道不需特殊防腐，两级脱盐新增吨水运行成本10元以内，远低于酸再生和高浓盐水再生处理成本。（3）为了降低电吸附脱盐工艺电耗，酸废水电导率宜控制在13 000 S/cm以下。4 结论采用两级电吸附处理轧钢酸性废水，对氯化物、总硬度、总铁等去除效果良好，产水电导率可降至500 S/cm以下，脱盐率达97%以上，产水用液碱中和及絮凝后，水质符合武钢回用水质标准，可进管网回用。（1）二级产水电导率的平均去除率为98.3%，平均值441 S/cm（500 S/cm），满足目前武钢回用水的电导率标准。（2）二级产水氯化物的平均去除率为96.8%，平均值135.8 mg/L（200 mg/L），满足目前武钢回用水的氯化物标准。（3）二级产水总硬度的平均去除率为 98%，平均值9 mg/L（200 mg/L），满足目前武钢回用水的总硬度标准。（4）二级产水COD的平均去除率为85.6%，平均值 36.9 mg/L（50 mg/L），满足目前武钢回用水的COD标准。（5）二级产水总铁的平均去除率为98.6%，平均值 19 mg/L，经 pH 值调节及絮凝沉淀后总铁为 0.8 mg/L（1 mg/L），满足目前武钢回用水的总铁标准。参 考 文 献 1 金熙，项成林，齐冬子.工业水处理技术问答（第四版）M.北京：2010.2 徐淼，冯海军，刘晓亮，等.二级中和/固液分离膜技术处理酸洗废水与回用 J.中国给水排水，2011，27（16）：88-92.3 陈静，李玉道，李小平.曝气生物过滤-多介质过滤-电吸附工艺处理炼油废水 J.石化技术与应用.2014，26（2）：184-188.收稿日期：2024-02-26作者简介：俞琴（1973-），女，高级工程师，现从事供排水技术工作。表10 酸性废水二级脱盐总铁统计表数值最大值最小值平均值原水/(mg/L)2 570774.21 359浓水/(mg/L)21 0483 0336 641产水/(mg/L)33.848.319去除率/%99.196.498.651