双膜法技术在钢铁行业废水回用应用中的机会与挑战

摘要： 钢铁企业废水由于污染物组成复杂，采用反渗透技术进行脱盐来深度回用废水目前还存在一定的挑战。采用传统的预处理技术往往无法提供稳定的，合格的反渗透进水，从而影响反渗透膜的运行寿命和增加反渗透系统的运行费用。采用以“多介质过滤器＋超滤”为核心的预处理工艺来处理钢铁废水，可以提高RO进水水质，保证SDI15小于3，同时多介质过滤器可以有效的降低后续超滤膜的污染负荷，从而降低超滤的清洗频率，减少运行费用。同时通过案例研究发现，针对以轧钢和冶炼废水为主的钢铁废水，超滤之前的前处理可以有效的降低原水中的“铁和油”的含量，从而有效的保护“UF+RO”的双膜法系统的长期稳定运行。
关键词：超滤；反渗透；钢铁废水；膜法水处理；废水回用

 我国工业取新水量占全国取水量的20%，钢铁取新水量约占全国工业用新水量的2.2%；在火电、石油石化、纺织、造纸等高耗水工业中，钢铁工业耗新水量名列第五，平均吨钢耗水量为14立方米左右[1]。作为世界上最缺水的13个国家之一，水，是制约我国钢铁工业发展的重要因素。钢铁工业还是污染大户，钢铁废水含有工业废渣、油、苯、酚等有机物，有害物质主要是炼焦环节中产生的，另外，像轧钢过程中，水会变成酸性，如果不加处理排放到环境中，会给人类以及各种动植物带来有害影响[2]。 近些年来，为了减少钢铁企业的废水排放量，减少吨钢的新水耗水量，越来越多的企业寻求高效的废水处理及回用技术。膜法处理技术就是一种有效的分离技术，经过超滤和反渗透等技术可以去处细菌、悬浮物、鞭毛虫、酵母、蛋白质、病毒、杀虫剂、颜料、胶体和盐等污染物。可以处理轧钢废水、炼油废水、电厂循环水和市政污水等。膜法水处理技术的最大优势在于对杂质的去处率高，处理后的水质不仅以达标排放为目的，且可以实现废水回用，彻底消除或大幅降低化学药剂的使用，避免二次污染；系统自动化程度和可靠性高，占地面积小；与其它水处理技术相比处理费用相当。但是，目前由于膜法技术在钢铁行业废水回用领域的应用还未普及，因此对于双膜法技术处理钢铁废水这种复杂水质还存在一定的挑战。本文将以某钢厂废水回用改造工程为案例，详细研究钢铁废水，尤其是冶炼和轧钢废水采用双膜法技术进行深度处理回用的工艺设计和实际运行情况分析，同时也可以查看中国污水处理工程网更多关于钢厂废水处理的技术文档。

1 项目介绍及水质特点分析
  该钢厂在2001年就建成了一套以轧钢废水、冶炼废水以及部分生活污水为水源的反渗透除盐系统，产水主要用作不锈钢冷轧工序的工艺用水 ，设计反渗透能力1400m3/h。由于该废水水源复杂，它包括冶炼和轧钢两种废水，同时包括部分生活污水。原水水源的复杂性使得该废水回用系统在设计时对工艺的把握上就存在风险性，因为当时在国内没有类似的复杂废水水质的膜法回用处理经验，无法借鉴其它系统的设计和运行经验。在2006年时，根据5年的运行经验，针对这种复杂的废水水质特性，对该系统进行了改造，改造主要的工作集中在反渗透预处理部分，因为目前膜法市场存在一种共识，即反渗透系统运行的好坏主要决定于预处理系统是否能有效的保护反渗透运行，比如，SDI15能否小于4。
表 1. 系统设计水质：

从表1可知，原水的设计指标存在几个特点：
（1） 高含盐量（电导率<3300μs/cm），高硬度（总硬度<1200 mg/l）,高的硬度限制了一段RO工艺的回收率，一般设计值为75％，同时为了避免RO的结垢倾向，尤其是一级二段RO的垢化倾向，有必要在RO前添加阻垢剂来延缓硬度在RO膜表面的结垢。
（2） 高污染指标：从原水水质指标分析，废水中含有高的铁（3～6 mg/l），油（5-10 mg/l），以及高的COD指标。高的铁含量往往引起膜的铁污染，无论是超滤还是RO膜在这种水源中都存在这个风险。因此，这对这种水源，可以采用“氧化＋沉淀”工艺将Fe含量降低的0.5 mg/l以下,甚至为0 mg/l。从膜系统长期温度运行的角度考虑，油应该避免进入膜系统，包括UF和RO,在本案中油的含量最高可达10mg/l，这对于膜的运行存在较大的风险，容易发生膜的污堵，而且油污染很难采用常规的化学试剂进行有效的清洗。另外,高的COD对于膜系统的运行影响较大，主要表现在：（a）引起有机物污染；(b)引起微生物污染；对于废水水质，在高COD条件下尤其容易引起微生物污染，而生物污染是引起反渗透系统污堵的最普遍现象。同时，由于目前市场上的反渗透膜基本上都是PA膜，PA膜的特点之一是不能耐受高的氧化剂，因此在RO系统前不能通过大剂量的氧化杀菌氛围来控制微生物的生长，所以生物污染是目前膜法废水回用中最需解决的问题（见图1）

针对以上这种水质特点，本案采用了如下工艺路线：

 2 工艺路线介绍
2.1前处理工艺介绍
 前处理系统主要目的是去除水中的大部分铁、锰、悬浮物、胶体、悬浮物及部分有机物等，减轻预处理系统的负担和提高其产水水质。前处理系统主要包括：曝气氧化池系统、次氯酸钠加药系统、机械反应沉淀池系统、絮凝剂加药系统、助凝剂加药系统、斜板沉淀池等，详见表2。
表2. 前处理设备表