应用MBR处理钢铁业冷轧含油废水之研究

【摘要】膜技术在工业废水处理中的运用已经有了很长的历史，目前被广泛应用于各行各业的工业废水处理中。本文作者主要就其在钢铁行业废水处理中的应用进行了分析，介绍了相关的处理技术，并就去发展前景进行了展望。

【关键词】膜技术；工业废水；处理；运用

中图分类号：[F287.2] 文献标识码：A 文章编号：

引言

钢铁企业的污(废)水由于污染物成分复杂，在进行反渗透脱盐处理时，若只采用常规水处理工艺(如:中和、生化处理、混凝、澄清、介质过滤等)作为反渗透的预处理，往往无法满足反渗透系统的进水水质要求，造成反渗透装置的快速污堵及频繁清洗。在常规水处理工艺的基础上结合超滤处理工艺作为反渗透的预处理，则能够大大降低反渗透装置的污堵速度及清洗频率，保证反渗透系统的长期、稳定运行，为钢铁企业提供可替代新鲜水、锅炉用水、工业工艺用水的高品质回用水。

1废水处理及回用技术现状分析

钢铁企业工序复杂，各工序产生的废水种类也不相同，有采矿废水、焦化废水、烧结废水、炼铁废水、炼钢废水和轧钢废水等。目前，钢铁企业采用的废水回用技术有串级用水、循环用水、一水多用和分级使用等废水重复利用技术。根据废水处理回用技术机理，分为物理法、化学法、物理化学法和生物化学法等。由于钢铁废水成分复杂、水量大，选择适当的技术集成和工艺组合时，必须考虑废水来源和回用用途。目前钢铁企业废水回用处理工艺有用于工业循环冷却水的混凝沉降-砂滤-离子交换工艺和混凝沉淀-过滤-膜处理工艺等，这些水源为来自钢铁企业处理后的外排水、二级处理后的城市污水和淡化后的海水等。与其它的回用处理工艺相比，使用膜组合工艺具有富集和分离效率高、运行费用低、不存在二次污染的优点，能显著改善废水处理的工作环境，增加系统出水水质的稳定性。

2膜分离技术在钢铁废水处理中的应用

膜分离技术具有高效、节能、无污染、操作方便、占地面积小等优点，并且其出水水质好，物理分离能耗低。近年来在中水回用及工业用水循环利用方面的研究和应用取得了一些进展。膜分离的原理是利用选择性透过膜为分离介质，在外界推动力（如浓度差、压力差、电位差等）作用下，原料中组分通过选择性透过膜，以达到分离、提纯的目的。目前，膜技术在工业废水回用中应用最多的主要是微滤、超滤和反渗透及组合工艺，三者均是以外界压力差作为推动力，对溶液中溶质和溶剂进行分离、分级、提纯和富集，表1列出了各种膜的适用范围。

表1几种膜分离特点

2.1 微滤、超滤在钢铁废水中的应用

微滤、超滤能够有效地去除废水中的悬浮物、胶体和微生物，具有较好的除浊效果。常用微滤或超滤取代二沉池，截留钢铁废水中含有的悬浮物、胶体和油类。冷轧废水是冷轧钢材在轧制前对热轧板进行化学处理、酸洗去除钢材表面的氧化铁皮、漂洗钝化、冷却轧辊用的乳化液、碱性溶液脱脂、湿式平整等产生的酸、碱、油类及含铬重金属废水。冷轧废水种类多，污染物成分复杂，尤其冷轧废水中的乳化液废水，油脂浓度高、化学稳定性好，是含油废水体系中处理难度较大的一种废水，用膜法能有效地去除轧钢废水中油类、悬浮物，降低下级废水处理单元的负荷。南京化工大学膜科学技术研究所张国胜[1]等人采用0．2μm氧化锆无机膜处理钢铁厂冷轧乳化液废水，通过对操作参数和处理过程的优化，膜通量为100L／（m2・h），油的质量浓度从5 000 mg／L降至10mg／L以下，截留率大于99％，出水中油质量分数小于0．001％，成功用于工业化。

2.2 反渗透在钢铁废水中的应用

反渗透主要用来去除废水中溶解的无机盐，用于废水的深度处理和回用。例如，太原钢铁公司建成我国最大的反渗透膜法工业废水回用工程改造净环水软水站，其一级反渗透装置除盐水用于不锈钢冷轧系统，设计最大产水量1 410 m3／h，反渗透系统回收率在75％以上，除盐率在97％以上；二级反渗透和混床处理后供发电厂中压锅炉使用，设计最大产水量300 m3／h，回收率在85％以上，除盐率在97％以上。该装置年节水1 400万t，成为中国冶金行业节水的示范工程[2]。

2.3 膜组合工艺在钢铁废水中的应用

膜组合工艺是指膜与物理、化学、生物等处理方法组合的工艺，用于废水处理的膜组合工艺很多，典型的有超滤-反渗透的双膜法处理工艺和膜-生物组合的膜生物反应器（mbr）处理工艺。

例如，包钢给水厂五车间用超滤-反渗透双膜法工艺代替原热轧供水系统采用的砂滤-反渗透的工艺生产脱盐水和除盐水，避免了系统原水水质随季节变化幅度大，造成反渗透预处理出水水质不稳定，影响反渗透系统的稳定运行。该超滤系统运行后，出水浊度稳定在0．3 NTU以下，SDI值保持小于2，满足反渗透的进水水质要求，在相同水源的情况下，超滤出水SDI值、浊度均低于传统的砂滤。

MBR是将膜技术与微生物技术相结合的一种先进的废水处理方法，该法利用膜的高效截留作用，克服了传统活性污泥法中污泥膨胀对处理效果的影响，还可以将污水中可生化性差的乳化液、悬浮物、胶体进行截留，灵活控制反应器水力停留时间和污泥停留时间，增加了曝气池活性污泥的浓度，提高生物的降解速率，降低了比负荷率，基本上实现无剩余污泥排放，出水悬浮物和浊度接近于零，可以直接回用，实现污水资源化。

MBR由于其特有的优势，在钢铁废水处理中的应用也很普遍，例如广州钢铁集团下属某公司冷轧工程废水站生化处理单元选用了浸没式膜生物反应器工艺，取得了成功，到目前为止，运行平稳，出水水质稳定，为后续废水深度处理回用奠定了坚实的基础。

3 膜处理技术在钢铁废水处理中存在的问题

3.1膜污染问题

钢铁厂废水水量、水质不稳定给处理带来较大的困难，增加了预处理单元的难度。在工艺设计时采用的水质分析资料不全，工艺设计不当，使得工程运行后，预处理单元的出水水质不能满足后续反渗透单元的进水要求，膜污染严重，统清洗频繁，既缩短了膜的寿命，又增加了运行成本。据统计，在钢铁废水回用处理中，因高COD导致的有机污染和微生物污染高达45%以上[3]。废水中油类导致的膜污染很难采用常规的化学试剂进行有效清洗。因此解决膜污染的关键一是设计合理的工艺保证反渗透单元的进水水质，二是选用抗污染性能好的膜组件。

3.2 浓盐水利用问题

反渗透膜在钢铁废水深度除盐处理时，系统会产生25%~30%的浓盐水。对于规模较小的除盐水项目，因其浓盐水量较少，一般可以通过浇洒道路、原料喷洒、焖渣、反冲洗滤池等方式进行利用。但是，随着反渗透技术在钢铁企业废水回用应用规模的扩大，由此产生的大量浓盐水仅靠上述利用方式尚有大量剩余，如何合理利用这些浓盐水成为研究人员的重点关注问题之一，这也是真正实现钢铁企业废水零排放亟需解决的关键问题之一。

尽管存在这些问题，但我想，只要我们加强对相关技术的研究与改进，未来，膜技术在钢铁废水处理中的应用将会越来越广泛，效果也会更加显著。

4 工程实例分析

某钢铁厂位于一个相对缺水城市，每年一到夏季，该钢铁厂就因为缺水影响到生产。为了节约用水，改善环境，其需要进行水处理系统的改造。改造后的供水厂除盐水站分为前处理、预处理、反渗透和混床系统四部分。系统以反渗透脱盐为核心。曝气氧化池和机械反应沉淀池为前处理，多介质过滤器和SFP超滤为预处理，用于保证反渗透系统的正常运行。混床为精处理，保证系统产水符合锅炉用水的要求。

污、废水进入曝气氧化池后，通过两台鼓风机向水中溶入氧，使二价铁离子转化为三价铁离子，在曝气的同时投加次氯酸钠提高对二价铁的氧化能力及杀菌效果。曝气氧化池出水加碱后经提升进入机械搅拌反应池。在机械搅拌池入口顺序投加几种絮凝剂后，在斜板沉淀进行絮体和水的分离。前处理系统的主要目的是去除水中的大部分铁、锰、悬浮物、胶体、悬浮物、部分暂时硬度及有机物，减轻预处理系统的负担和提高其产水水质。

沉淀池出水经提升进入多介质过滤器，也可直接旁路进入超滤系统。过滤器出水经自清洗过滤器进入超滤系统，也可直接旁路进入保安过滤器。预处理系统可进一步去除水中的铁、锰、悬浮物、胶体、色度、浊度、细菌微生物、有机物等妨碍后续反渗透运行的杂质。超滤出水投加还原剂、阻垢剂、酸后，经高压泵进入一级反渗透装置。一级反渗透主要去除水中大部分的溶解盐类、SiO2、胶体、有机物等。产水除部分外供用作钢厂工艺用水外，另一部分加碱后经二级高压泵进入二级反渗透，进一步去除溶解盐、SiO2、TOC等。二级反渗透产水再经混床系统，产品水直接用于高压锅炉补给水。

结束语

随着膜材料、膜组件设计的不断改进和人们对膜污染机理研究的不断深入，膜分离技术目前所面对的膜抗污染差、投资高等不足之处将被逐步解决，使其在钢铁废水处理和回用领域有更大的发展潜力。因此，我们可以利用膜技术的优势，进一步扩大应用膜过程与物理、化学、生物过程相结合的回用处理工艺。这样不但能缓解钢铁企业对新鲜水源的要求，又能使污水成为重要的水源，既减轻对水体的污染，改善水环境，又能实现环境效益、社会效益和经济效益的和谐统一。

参考文献

[1]张国胜,谷和平.无机陶瓷膜处理冷轧乳化液废水[J].高校化学工程学报,2008，12（3）.

[2]张爽,宋靖国,陈文清.膜分离技术在工业废水处理中的应用[J].资源开发与市场. 2009(04)

[3]黄德智.膜技术在工业废水处理中的应用[J].广东化工.2010(05)

[4]杨德敏.膜技术在工业废水处理中的应用现状及展望[A]. 2010年膜法市政水处理技术研讨会论文集[C]. 2010