[发明专利]一种不锈钢冷轧酸性废水浓缩液零排放方法

说明书

技术领域

本发明属于水处理技术领域，具体涉及一种不锈钢冷轧酸性废水浓缩液的零排放方法。

背景技术

钢铁行业属于水资源消耗大户，因此实施废水回用是钢铁企业降低吨钢耗新水和吨钢废水排放量，贯彻国家节能减排政策的一项重要措施。钢铁行业废水的一个特点就是电导率高，而大部分的用户都对电导率有一定的要求。钢铁企业目前普遍采用的混凝、沉淀、过滤以及生物、化学处理等工艺对水中的溶解性无机离子基本没有去除效果，经处理后的废水只能回用于一些对水质要求不高的场合，这在很大程度上限制了废水的回用量。如果能将废水经脱盐处理降低电导率后就可以回用于高水质要求的用户，这样将会大大降低钢铁企业的吨钢耗水和吨钢废水排放量。

国内一些缺水比较严重的钢铁企业如太钢、唐钢、邯钢等均建成了废水脱盐回用工程，但是其废水水源大多为钢铁企业炼钢、轧钢等工艺的循环冷却水，该部分废水的电导率不高，一般在3000μs/cm以下，硬度也不高，因此其脱盐回用工艺相对比较简单。

冷轧废水，尤其是酸性废水是钢铁企业较难回用的废水之一，该废水具有水质变化大，电导率和硬度高等特点。碳钢企业酸洗大多为盐酸酸洗，盐酸的再生工艺也比较成熟，因此进入废水处理系统的只是清洗的稀酸废水。而对于不锈钢冷轧企业来讲，其酸洗工艺决定了其冷轧酸性废水的复杂性，不锈钢冷轧大多采用混酸清洗，包括硝酸、硫酸以及氢氟酸等，同时不锈钢企业一般既生产不锈钢，又生产碳钢，因此废水中也含有盐酸。混酸再生系统比较复杂，工艺也不是很稳定，当混酸再生系统不能正常工作时部分浓酸也会进入废水处理系统，这就造成废水的酸性很强，pH有时在1以下，此时需要投加大量的氢氧化钙来中和废水的酸性，因此中和后的不锈钢冷轧酸性废水电导率和钙离子产生的硬度都远高于碳钢冷轧酸性废水。对于不锈钢冷轧酸性废水，钢铁企业普遍采用的处理工艺就是中和、沉淀、过滤后排放。

将不锈钢冷轧酸性废水进行脱盐处理后，产生的合格水可以回用于生产，但是同时也会产生部分浓缩液，相比于脱盐之前的原水，浓缩液中各项离子的含量得到成倍的浓缩。浓缩液中的超标因子主要是硝酸盐氮，其含量甚至可以高达10000mg/L以上。去除硝酸盐氮最有效的方法就是生物反硝化脱氮，反硝化过程需要消耗大量的碳源，一般认为污水中BOD5/NO3-N＞3～5时碳源是充足的。不锈钢冷轧酸性废水浓缩液中几乎是不包含有机碳源的，因此需要外加碳源，甲醇是最常用的外加碳源。每反硝化1g的硝酸盐氮，理论上需要消耗2.47g的甲醇，甲醇的价格大致在5500～6000元/吨，因此如果用甲醇作为外加碳源，按照硝酸盐氮浓度10000mg/L计算，甲醇的理论药剂成本在136-149元/吨。

膜蒸馏(membrane distillation，简称MD)是近年来发展起来的一种新型膜分离技术。膜蒸馏是膜技术与蒸馏过程相结合的膜分离过程，它以疏水微孔膜为介质，膜的一侧与热的待处理的溶液直接接触(称为热侧)，另一侧直接或间接地与冷的水溶液接触(称为冷侧)。热侧溶液中易挥发的组分在膜面处汽化，通过膜进入冷侧并被冷凝成液相，其他组分则被疏水膜阻挡在热侧，从而实现混合物分离或提纯的目的。

不锈钢冷轧酸性废水反渗透浓缩液中的无机盐分是非挥发性的，当浓缩液被加热时，其中的水形成水蒸汽，采用膜蒸馏工艺时水蒸汽透过疏水性的膜孔，经冷凝后产生纯水；液相浓缩液不能穿透膜而被截留，由此浓缩液得到进一步的浓缩，同时产生纯水可供生产工艺使用。膜蒸馏工艺需要将浓缩液整体加热，需要消耗大量的能量，但是其所需的能源品质不高，当现场有可以利用的低品位热源如废热、低压蒸汽等时，可以大大降低膜蒸馏的成本。

膜蒸馏技术可以浓缩液做进一步的浓缩，但随着其中盐分浓度的升高，当达到盐的饱和溶解度时变会发生结晶，在膜蒸馏膜的表面形成结晶，造成膜的堵塞和润湿，使得通量降低，产水水质恶化。因此当盐分的浓度接近饱和溶解度时，就要停止浓缩。

蒸发结晶工艺是采用加热的方法，在沸腾状态下，使溶液中的水分或其它具有挥发性的溶剂气化移除，其溶液中的溶质数量不变，从而使溶液浓缩，当溶质的浓度超过其溶度积时，溶质以晶体的形式析出。蒸发结晶工艺用于废水浓缩时，产生的蒸馏水可以回用于生产，盐类以固体的形式析出。可以真正实现废水零排放。

查阅已有的专利及文献资料，目前还没有针对不锈钢冷轧酸性废水反渗透浓缩液零排放技术方面的报道。

发明内容