1 典型钢厂污水回用技术
1.1 曝气生物滤池
曝气生物滤池 (BAF-Biological Aerated Fil-ters) 借鉴了污水处理接触氧化法和给水快滤池的设计思路, 在高比表面积的滤池上形成活性生物膜, 来氧化降解污水中的有机物;同时, 通过滤料过滤及生物絮凝作用, 截留污水中的悬浮物。
1.2 微滤 (MF) 、超滤 (U F) 、反渗透 (RO)
微滤micro-filtration (MF) 、超滤ultrafiltration (UF) 、反渗透reverse osmosis (RO) 都属于压差驱动型膜分离技术, 膜分离方法在污水回用这个领域的应用已达到实用阶段。微滤MF过滤孔径为0.1μm~1μm, 主要通过机械截留、吸附截留和架桥作用, 去除悬浮物。
超滤UF膜典型孔径在0.002μm~0.1μm之间, 对大分子有机物、细菌和大多数病毒、胶体、淤泥等具有极高的去除率, 越来越多的被用作RO的预处理。超滤对二级出水的COD和BOD去除率大于50%。
反渗透RO是应用逆向渗透原理实现溶质和溶剂分离的技术。近年来, 抗污染低压复合膜的大量应用, 使RO以较快的速度进入污水回用处理领域。反渗透对二级出水的脱盐率98%左右, 水的回收率89%左右, COD和BOD的去除率85%左右, 细菌去除率90%以上。反渗透对含氯化合物、氮化物和磷也有优良的脱除性能。
1.3 膜生物反应器M B R (M e m b r a n e B i o-Reactor)
膜生物反应器 (Membrane Bioreactor简称MBR) 是一种新型的污水处理技术, 是传统的污水生物处理技术与膜分离技术相结合的产物[7]。与传统工艺相比, MBR的固液分离效果好, 出水悬浮物和浊度接近于零, COD脱出率高。它是将中空纤维膜元件直接放入曝气池中进行泥水分离, 利用膜的选择透过性实现曝气池中的生物富集, 使得生物处理效率大幅度提高, 同时生物处理后的污水经膜分离后得到洁净的回用水。MBR技术是污水处理及污水资源化的一项新的重要技术。
2 膜技术在钢厂废水领域的应用概况
2.1 膜技术应用于废水处理的特点与优势
与其它污染控制技术相比, 膜技术的主要优点之一是可直接现场循环, 污染物可在无化学或物理变化的情况下被脱水或浓缩, 而处理后的水或回收的物料可直接回用到生产工艺中去。其特点及优势如下。
(1) 连续过程, 可实现自动化和无间歇运行; (2) 低能耗, 无相变和温度的变化; (3) 组件设计无规模限制; (4) 维修简单; (5) 对被处理物无形态或化学影响; (6) 独立的膜屏障能保证污染物的物理分离; (7) 设备紧凑、占地少。
2.2 各种膜技术在工业废水领域的应用概况
2.2.1 微滤
利用微滤技术进行废水处理时, 微滤膜可以截留水体中的悬浮物、细菌、部分病毒、大尺度的胶体。对于水质较好的工业排放水, MF过程可以单独作为深度处理, 能生产高质量的回用中水。MF也常常和絮凝沉淀等其他工艺组合使用, 作为反渗透或纳滤的预处理工序。近年来, 在传统微滤基础上发展起来的连续微滤技术 (CMF) 大大提高了微滤膜分离工艺的效率和实用性。
MF采用适当的预处理方法可用于下列废水废液的处理: (1) 重金属离子去除, 包括金属加工废水、印刷电路废水、半导体工业废水、棱电站废水等废水中重金属离子的去除; (2) 贵金属 (如珠宝加工业、摄影业等废水中贵金属的回收) ; (3) 日化废水 (如洗衣房废水) 处理; (4) 地下水 (如有害废水场、小水体、水池清洁、泉或井) 的清理。
2.2.2 超滤
超滤膜不仅能够通过去除废水中的悬浮物、细菌和病毒而净化废水, 而且还能够回收废水中有用的大分子物质, 因此超滤已成为工业废水处理中采用的主要膜分离技术。超滤在工业废水处理方面的应用是十分广泛的, 特别是在处理汽车、仪表工业的涂漆废水、金属加工业的漂洗水以及从食品工业废水中回收蛋白质、淀粉等方面都十分有效。
2.2.3 纳滤
纳滤对2价和多价离子及有机物有较高的分离效果, 它的最大应用领域是水的软化和有机物的脱除。在某些行业也颇具优势, 如有机合成工业废液的处理, 染料的脱盐、纯化与浓缩, 酸液、碱液的处理, 含有机溶剂的废液处理, 石油开采和提炼过程中的油水分离和灌注水处理, 放射性废水处理等。
此外, 纳滤膜在医药、生化、食品、化工物料水溶液的分离、精制或浓缩过程中的应用也是近来研究的热点。
2.2.4 反渗透
它是近20年来发展起来的膜技术, 现已被广泛地用于水质除盐和污水治理等方面。由此可达到两个目的: (1) 从含盐水中制取淡水; (2) 浓缩污水中的溶解态污染物质, 处理后的污水直接排放或重复利用。
近年来, 反渗透在海水、苦咸水淡化、纯水和超纯水的制备、城市给水处理以及城市污水和工业废水处理等方面均有普遍应用, 尤其在海水、苦咸水淡化方面的应用最为普遍。在废水处理领域中, R0主要用于处理电镀废水、酸性矿山废水、城市污水、照楣洗印废水和放射性废水等。
2.2.5 其它膜处理技术
渗析、电渗析技术常用于脱盐和水的软化。液膜是一种新兴技术, 处于早期研究阶段。几种膜分离法的组合使用 (即集成膜) 也是近几年来的一项新技术。
2.3 小结
反渗透膜运行压力高, 有良好的截留性, 能将大多数无机离子从水中去除, 脱盐、浓缩效果好;纳滤膜具有松散的表面结构, 对低浓度的盐类有很高的去除效果, 可在较低的压力下实现较高的水通量, 它对有机污染物、天然有机物有好的去除效果, 但由于去除大部分硬度, 出水会对管网产生腐蚀;超滤膜虽无脱盐性能, 但能截留水中的细菌、病毒、胶体和大分子微粒, 而水和低分子量溶质则允许透过膜, 超滤膜的平均孔径介于反渗透膜与微孔过滤膜之间, 超滤和微孔过滤运行压力低, 它们之间只是孔径不同, 都可截留水中大部分悬浮物、胶体和细菌, 其作用相当于以除浊为目的的传统处理工艺, 但微滤膜有较高的渗透率, 能应用于超滤难以满足的大处理量的情况。
3 反渗透膜技术原理
反渗透膜分离技术是一高效节能技术。它是将进料中的水 (溶剂) 和离子 (或小分子) 分离, 从而达到纯化水质的目的。该过程无相变, 一般不需加热, 工艺过程简单, 能耗低, 操作控制容易, 应用范围广泛。该技术由于渗透压的影响, 对进水离子浓度有所限制, 另外, 对结垢、污染、PH和氧化剂的控制要求严格。
3.1 工艺原理
对透过的物质具有选择性的薄膜称为半透膜, 一般将只能透过溶剂而不能透过溶质的薄膜称之为理想的半透膜, 当把相同体积的稀溶液 (如淡水) 和浓溶液 (如盐水) 分别置于半透膜的两侧时, 稀溶液中溶剂将自然穿过半透膜而自发地向浓溶液一侧流动, 这一现象称为渗透。当渗透达到平衡时, 浓溶液一侧的液面会比稀溶液的液面高出一定高度, 即形成一个压差, 此压差即为渗透压。渗透压的大小取决于溶液的固有性质, 若在浓溶液一侧施加一个大于渗透压的压力时, 溶剂的流动方向将与原来的渗透方向相反, 开始从浓溶液向稀溶液一侧流动, 这一过程称为反渗透, 如图1所示。
装置利用上述原理, 利用高压泵将预处理水增压后, 借助半透膜的选择截留作用, 将原水中的无机离子、细菌、病毒、有机物及胶体等杂质去除, 以获得高质量的纯净水。
3.2 工艺流程
5μ保安滤器将预处理后水中5μ以上的固体颗粒除去, 防止反渗透膜被堵塞或表面被划伤, 同时又能保护高压泵免受损坏。
当保安滤器进出口压差为初始值的5~6倍, 即0.0 5 M P a~0.1 M P a (经验值0.1 M P a~0.1 5 M P a也可) 时, 或使反渗透高压泵进口压力太低无法启动时需检查滤器、滤芯污染情况, 必要时应及时更换滤芯。每次更换滤芯后, 必须先冲洗5分钟并将冲洗水排掉。
摘要：本文基于笔者多年从事钢厂循环冷却排污水的相关环境工程治理的工作经验, 以反渗透技术应用于钢厂冷却水回收利用方法为研究对象, 分析了膜技术在钢厂废水领域中的应用主导地位, 给出发了反渗透技术的相关原理, 全文是笔者长期工作基础上的理论升华, 相信对从事相关工作的同行有着重要的参考价值和借鉴意义。
关键词：反渗透技术,钢厂,冷却回收,膜技术
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