冷軋廢水零排放技術方案探討

黃 慧

（寶鋼工程技術集團有限公司 上海 200000）

引言

隨著我國環境管理政策和污水排放標準的日益嚴格，廢水零排放工藝已成為廢水深度處理與回用的主要發展方向。鋼鐵行業是我國水資源利用的耗水大戶，噸鋼新水消耗、工業水的重復利用率等耗水指標將成為鋼鐵企業可持續發展的重要環境影響評價指標[1]。近年來，環保部門對鋼鐵企業排水指標提出了更嚴格的標準，并且對廢水排放總量進行嚴格控制。冷軋廢水污染物種類繁多，處理難度大且處理后出水水質要求非常高，國內一線鋼鐵企業已開始摸索冷軋廢水零排放技術方案，實現真正意義上的冷軋廢水零排放。

1 廢水零排放技術

目前，國內零排放的主流工藝為膜法和熱法。熱法的主要包括多級閃蒸、多效蒸發和壓氣蒸餾。膜法包括：高壓反滲透、碟管反滲透、電滲析（離子交換膜）、正滲透等。單獨采用熱法，雖然能達到“零排放”的目的，但設備投資巨大且運行費用較高。采用“膜法+熱法”的組合工藝，可將廢水濃縮至30-40倍，成為超高鹽廢水再經過熱法處理，達到廢水的零排放。不僅最大程度的降低了投資成本，減少了能源消耗，又合理利用了一部分水資源。而膜法對進水水質要求較高，因此，零排放技術可分為三個階段：預處理階段、膜處理階段、蒸發結晶階段。零排放新技術如下：

1.1 碟管式反滲透（DTRO）

碟管式反滲透屬于特種反滲透膜元件，專門用來處理污染物濃度較高的廢水，最早使用于垃圾滲濾液。核心是碟片式膜片、導流盤、O型橡膠墊圈、中心拉桿和耐壓套管所組成的膜柱。進水通過導流通道進入底部導流盤中，并快速流經膜片，并轉到另一膜片，在膜表面形成切向流過濾，濃縮液最后從進料端法蘭處流出，透過液通過中心收集管排出，濃縮液與透過液被導流盤上的O型密封圈隔離[2]。碟管式反滲透具有通道寬、流程短、高速湍流過濾的特點，因此，膜元件不易結垢污染、清洗周期長、使用壽命。

1.2 電滲析（ED）

電滲析技術是在外加直流電場的驅動下，利用離子交換膜的選擇透過性，陰、陽離子分別向陽極和陰極移動，從而實現溶液淡化、濃縮、精制或純化等目的。電滲析反應器是由多層濃縮隔室和淡化隔室交替組成的，通過隔板邊緣特設的孔道，分別將各濃淡隔室的水流匯集成濃水和淡水系統，從而達到脫鹽的目的[3]。電滲析對懸浮物、油及硬度等較敏感，對COD、SiO2耐受性較高，但是電滲析脫鹽率較低，淡水需回到前端單元進行除鹽，且電滲析對有機物沒有截留效果，淡水需進行高級氧化降解有機物。濃水結晶鹽純度高，適用于有分鹽場所。

1.3 機械式蒸汽再壓縮技術（MVR）

機械式蒸汽再壓縮的原理是低溫位的蒸汽經壓縮機壓縮，溫度和壓力提高，熱焓增加，然后進入換熱器與物料進行換熱，充分利用了蒸汽的潛熱，達到節能效果，蒸發過程不需補充蒸汽。蒸發過程中，廢水中污染物容易附著在管束內表面，影響換熱效率，需要定期維護清洗。

2 冷軋廢水零排放技術方案

2.1 預處理階段

由于冷軋最終排放廢水主要污染物為CODcr、石油類、總鐵及硬度。最終排放廢水經沉淀過濾工藝后，增加高級氧化處理工藝，如臭氧氧化、電氧化等，盡可能的降低廢水中的有機物，保證后續膜處理系統運行。

根據廢水中硬度的種類及濃度的不同，選擇不同的軟化工藝，冷軋廢水硬度較高，一般需要采用二級軟化，藥劑軟化和離子交換樹脂軟化。藥劑軟化方法較為簡單，即為簡單的混凝沉淀工藝，根據廢水堿度不同，采用氫氧化鈉-純堿軟化法或石灰-純堿方法。軟化出水總硬度一般為50-80mg/L。離子交換樹脂軟化工藝用于去除水中鈣離子、鎂離子，使水中不易形成碳酸鹽垢及硫酸鹽垢，從而獲得軟化水。一般能將廢水中的總硬度降至1mg/L之下。為滿足離子交換樹脂的進水要求，軟化沉淀出水需增加過濾器及超濾裝置，去除廢水中懸浮物、膠體及大顆粒污染物。

2.2 膜處理階段

為保證反滲透系統的正常運行及區分硫酸鹽及氯化鹽，一般在反滲透前段增加一級納濾。納濾操作區間介于超濾與反滲透之間，能截留納米級的物質，能有效截留廢水中的有機物及高價離子（如硫酸根離子）。一方面可降低廢水中的有機污染物，將硫酸鈉與氯化鈉分離，便于后續分鹽結晶工藝。根據水質情況不同，納濾回收率一般達到85%-95%。納濾膜耐受COD的污染，COD去除率一般60~80%，保證了反滲透系統的正常運行。

反滲透是一種以壓力差為推動力，從溶液中分離出溶劑的膜分離操作。反滲透元件分別低壓抗污染膜元件及高壓抗污染膜元件。若冷軋廢水進水硬度不高，100-500mg/L，冷軋最終排放廢水經高級氧化處理后，可先采用二段低壓反滲透，對冷軋廢水進行一步濃縮，回收率達為70%-75%?？山档蛙浕到y處理規模，降低投資費用。

濃水高壓反滲透一般進水可溶性總固體（TDS）為5-8g/L，高壓反滲透運行較低較高，一般為抗污染型海水淡化反滲透膜元件。根據進水水質條件，回收率可做到75%-90%，濃水TDS達到30-50g/L。

碟管式反滲透（DTRO）與電滲析（ED）在業內均有較多的應用實例。一般而言，經120bar以上的碟管式反滲透（DTRO）與電滲析（ED），濃水TDS可濃縮至100g/L-16g/L，可取代蒸發器直接進入結晶器。ED淡水一般COD濃度較高，不滿足回用要求，需要增加高級氧化裝置，但ED濃水結晶鹽純度高，適用于有分鹽場所。DTRO定期需進行清洗，且在高壓系統中運行，對現場安裝維護要求較高。

2.3 蒸發結晶階段

由于蒸汽費用較高，在蒸汽富裕條件采用蒸汽換熱，一般采用機械式蒸汽再壓縮技術，蒸汽壓縮機用電能轉為熱能供蒸發器使用。蒸發器運行過程中，蒸汽在管外部，高鹽水在內壁。運行過程中發現產水量減少，表明設備污堵需要清洗。一般結垢發生器在管內壁，清洗較為困難，需要專業的清洗隊伍進行清洗作業。

結晶器給水罐溫度約為100℃，通過蒸汽換熱或蒸汽壓縮機，滿足循環液溫度在110℃左右。在循環過程中，部分母液送入離心脫水機脫水，產生結晶鹽，濾液回流至結晶器內。運行過程中需排出母液，母液可設母液干化系統，采用蒸汽蒸干處理。

2.4 冷軋廢水零排放工藝路線

零排放工藝路線的選擇分為混鹽還是分鹽工藝。其主要決定因素包括原水水質情況及工業鹽的銷路。若進水硫酸鹽含量較高，可考慮采用分鹽工藝，但分鹽工藝投資及運行成本均較高，若暫時無法解決工業鹽的銷路，建議采用混鹽處理，預留分鹽處理占地空間及工藝備用出路，待后續具備條件時再進行分鹽處理。圖1為冷軋廢水分鹽零排放的工藝流程圖。若采用混鹽工藝，納濾的濃水可直接與高壓反滲透濃水一并進入DTRO/ED處理。

圖1 冷軋廢水分鹽零排放工藝流程圖

3 運行成本及投資估算

3.1 藥劑成本估算

根據進水水質情況不同，藥劑成本也不相同，針對冷軋廢水常規進水水質情況，主要工藝段藥劑成本如下表所示：

3.2 能源介質費用估算

能源介質成本主要包括電耗、一次啟動蒸汽、工業水、壓縮空氣等，由于各區域能源介質費用不同，系統配置不同，噸水能源介質費用相差較大，混鹽工藝為3-4元/噸水，分鹽工藝5-7元。

3.3 固廢處理成本

廢水零排放工藝主要將廢水變為固體廢棄物，若不能合理利用，固廢處理成本很高。

結語

冷軋廢水種類多，前端工藝的處理效果，直接影響到后續廢水回用及零排放的技術方案及投資運行成本。廢水零排放技術是未來廢水處理行業的發展趨勢，但固體廢棄物處置問題是制約著零排放技術發展的關鍵問題。希望隨著將來廢水技術的發展，能提高工業鹽純度，達到資源循環利用，促進經濟與自然、社會的持續、健康、協調發展。