1、工程概況
1.1 廢水處理設(shè)計(jì)分析
某鋼鐵有限公司主要經(jīng)營(yíng)項(xiàng)目為焊絲、鋼絲、鋼絞線、鋼絲繩等優(yōu)質(zhì)金屬制品。在產(chǎn)品生產(chǎn)中會(huì)生成大量的酸洗廢水，該企業(yè)采用固液分離膜技術(shù)處理廢水的過程中，可以達(dá)到污水綜合排放的指標(biāo)，并能帶來較大的經(jīng)濟(jì)效益。因此該種廢水處理方式被該企業(yè)積極推廣使用。其中該企業(yè)對(duì)含酸廢水量進(jìn)行計(jì)算顯示為320m3/h。
1.2 廢水處理流程分析
工業(yè)生產(chǎn)中產(chǎn)生的酸洗廢水，排水集水井中，在酸水泵初次處理下，對(duì)廢水進(jìn)行提升，在石灰石固定濾床的作用下，進(jìn)行中和反應(yīng)，促使廢水在石灰石作用下，將PH值穩(wěn)定在4.5之間。隨后經(jīng)處理后的廢水排入隔油調(diào)節(jié)池中，實(shí)現(xiàn)對(duì)酸洗廢水的水質(zhì)和水量的調(diào)節(jié)。在隔油調(diào)節(jié)池的作用下除去浮油。隨后將除去浮油的酸洗廢水排入耐腐蝕化工泵中，進(jìn)行中和反應(yīng)。將廢水PH值設(shè)定在8.6左右，促使廢水中的Fe2+與Fe3+和OH-反應(yīng)生成Fe(OH)2和Fe(OH)3，并子啊攪拌作用下，防止生成物沉淀下來。然后在將處理后的廢水排入中間水池，經(jīng)緩沖作用后依靠潛污泵提升，流入固液膜分離器中。在固液膜處理器的作用下促使固體顆粒在濾膜作用下被截留，經(jīng)濾膜處理后的廢水進(jìn)入下個(gè)處理單元。當(dāng)固體顆粒積累到一定量時(shí)，利用以秒計(jì)的脈沖行反沖處理。一個(gè)過濾周期的定義為濾膜表面上的污泥被徹底清除干凈。分離器中的污泥稍作停留之后排入污泥池內(nèi)。將處理后的廢水利用重力作用流入回收池中，從而完成了酸洗廢水的整個(gè)處理流程。并將其處理后的廢水一部分用于工業(yè)生產(chǎn)中，一部分用來配制石灰乳，還有一部分將其達(dá)標(biāo)后排放。
1.3固液分離膜處理技術(shù)相關(guān)設(shè)計(jì)單元
固液分離膜處理技術(shù)主要構(gòu)筑物有集水井、石灰石固定濾床、隔油調(diào)節(jié)池、序批式中和反應(yīng)池、中間水池、回用水池以及污泥池。此外主要處理設(shè)備為耐酸泵、自吸酸洗泵、潛污泵、酸回調(diào)泵、離心泵、螺桿泵、回用水供水系統(tǒng)?？諌簷C(jī)、羅茨鼓風(fēng)機(jī)、輸送機(jī)、離心機(jī)以及絮凝劑投配裝置等。
2、處理設(shè)備運(yùn)行效果
該企業(yè)在固液分離膜技術(shù)工程竣工以來，各設(shè)備均正常運(yùn)行。其中外排廢水中的pH值、COD、SS、TP等指標(biāo)均達(dá)到了污水綜合排放的標(biāo)準(zhǔn)。其中污水中具體成分分析如下。
2.1 出水水質(zhì)分析
(1)總鐵：本次工程項(xiàng)目中，58~232mg/L為進(jìn)水總鐵濃度的波動(dòng)范圍，0.4mg/L以下為出水總鐵濃度穩(wěn)定范圍。造成以上結(jié)果的原因?yàn)楣桃耗じ咝У姆蛛x性質(zhì)。固液膜組建在膨化技術(shù)作用下，可以確保固液分離膜孔徑的均勻。從而保障細(xì)小顆粒不能透過分離膜。促使Fe(OH)2和Fe(OH)3沉淀物在固液分離膜的表面截留，將其全部除去。
(2)COD：COD的變化與總鐵變化情況呈現(xiàn)相似的特征，分析其變化沒有形成一定的規(guī)律，因?yàn)檫€原性亞鐵離子在廢水中大量出現(xiàn)，其測(cè)定COD時(shí)還原生成了重鉻酸跟。因此可以這樣認(rèn)為COD的除去就是亞鐵離子的去除過程。
(3)TP：金屬制品在加工作過程中的磷化程序是TP的主要生成 >
2.2 回用水質(zhì)分析
2.2.1 氯離子濃度在回收水質(zhì)中積累的影響
酸洗劑采用鹽酸時(shí)，會(huì)生成大量的Cl-。廢水在處理過程中Cl-要想完全除去存在較大困難。若將回用水作為漂洗水使用，Cl-會(huì)重新生成，并隨著酸洗后的金屬制品重新進(jìn)入廢水中，由此將Cl-的濃度不斷增加，這樣的過程被稱為積累效應(yīng)。作為活化陰離子的Cl-，可以在金屬表面缺陷處吸附。點(diǎn)蝕點(diǎn)位達(dá)到時(shí)，電場(chǎng)強(qiáng)度最高的位置在表面膜的薄弱部分，會(huì)溶解金屬表面微區(qū)，出現(xiàn)點(diǎn)蝕核心。氯離子在陽極極化條件下，會(huì)促使金屬發(fā)生孔蝕問題。此外，金屬表面蝕孔問題的可以伴隨氯離子濃度的上升，促使孔蝕電位下降，加深孔蝕問題的程度。分析其孔內(nèi)酸性環(huán)境出現(xiàn)的原因是因?yàn)镕eCl2水解造成的。針對(duì)以上問題就需要積極控制氯離子的濃度。采用固液分離技術(shù)處理酸洗廢水，可以將氯離子濃度控制在恒定水平，即使在某一時(shí)間段氯離子濃度增加的飛快，但是到達(dá)峰值時(shí)會(huì)出現(xiàn)逐漸下降的趨勢(shì)。出現(xiàn)上述變化主要的原因在于酸洗生產(chǎn)工藝自身的特點(diǎn)決定。因此再用固液分離膜技術(shù)處理污水時(shí)，需要定期更換酸液槽內(nèi)的鹽酸，降低鹽酸酸度。酸液槽中的鹽酸在更換完成后，會(huì)進(jìn)入正常生產(chǎn)程序，之后回用水中氯離子濃度會(huì)逐漸上升，并達(dá)到某個(gè)峰值，由此不斷循環(huán)。
2.2.2 CaCl2濃度在回收水質(zhì)中積累的影響
該企業(yè)生產(chǎn)中，F(xiàn)e2+、Cu2+、Zn2+等是鹽酸酸洗廢水中常見的陽離子，Cl-、PO43-等是鹽酸酸洗廢水中常見的陰離子。酸洗廢水中的重金屬離子和PO43-會(huì)在固液分離膜技術(shù)的應(yīng)用下，形成懸浮物，并將其除去。重金屬離子和PO43-的去除過程，主要是通過向廢水中加入Ca2+來實(shí)現(xiàn)，經(jīng)過相關(guān)化學(xué)反應(yīng)生成CaCl2鹽。本次研究生產(chǎn)中，該企業(yè)在加工金屬制品的過程中，其中有一條生產(chǎn)線為熱鍍錫處理工藝，該工藝主要目的是對(duì)金屬制品行熱度處理。具體操作流程為將金屬制品加熱到400℃以上，并在其表面行鍍錫處理操作。當(dāng)金屬構(gòu)件采用回用水來漂洗時(shí)，金屬構(gòu)件的表面會(huì)殘留大量的CaCl2，當(dāng)溫度達(dá)到260℃時(shí)，金屬構(gòu)件表面上會(huì)生成白色多孔狀無水CaCl2。以上操作可以因?yàn)榘咨嗫谞顭o水CaCl2的存在影響之后的鍍錫處理流程，進(jìn)而降低產(chǎn)品生產(chǎn)質(zhì)量。當(dāng)回用水比例維持在74%左右時(shí)，可以對(duì)CaCl2的濃度進(jìn)行檢測(cè)，由檢測(cè)結(jié)果可以看出CaCl2和氯離子濃度變化的趨勢(shì)具有相似性，分析其原因?yàn)镃a2+為回收用水中主要陽離子。該企業(yè)在對(duì)廢水處理過程中，發(fā)現(xiàn)將其回用水比例控制在74%左右時(shí)，對(duì)其產(chǎn)品造成的影響較小。并按照1.2m3/t漂洗用水量計(jì)算，得出新增耗水量為0.37m3/t，與同行業(yè)相比存在較大優(yōu)勢(shì)。
3、膜投入的資金成本分析
該企業(yè)再用固液分離膜技術(shù)處理廢水中，總的資金投入為1234萬元。其中資金投入主要應(yīng)用在膜組件更換費(fèi)用、設(shè)備折舊費(fèi)用、人工藥劑以及電費(fèi)上。對(duì)該企業(yè)運(yùn)行成本進(jìn)行分析，得出2.006元/m3為處理成本，0.433元/m3為電費(fèi)，0.082元/m3為人工費(fèi)，0.319元/m3為膜組件更換費(fèi)用等。如過按照70%的出水回收率以及7.6元/m3的工業(yè)用水費(fèi)用來計(jì)算，該企業(yè)可以每年節(jié)約自來用水量192.23×104m3，節(jié)約水費(fèi)為1423.8萬元。工程收益在將運(yùn)行費(fèi)用扣除之后，可以達(dá)到862.27萬元/a。由此可見，帶來的經(jīng)濟(jì)效益是如此巨大。工業(yè)生產(chǎn)中回用水比例穩(wěn)定在一定范圍，沒有出現(xiàn)明顯提高的原因是廢水中存在大量氯化鈣。在科學(xué)技術(shù)不斷提高的過程中，反滲透脫鹽酸技術(shù)也不斷的更新和完善，在技術(shù)不斷完善的前提下，膜組件的成本也呈現(xiàn)顯著降低的趨勢(shì)。當(dāng)工業(yè)生產(chǎn)部分出水脫鹽處理時(shí)，采用反滲透脫鹽技術(shù)，可以將回用水的比例適當(dāng)提高，由此將工業(yè)生產(chǎn)中的經(jīng)營(yíng)成本明顯降低，為工業(yè)生產(chǎn)帶來巨大的經(jīng)濟(jì)效益。
4、結(jié)論
鋼鐵行業(yè)中采用二級(jí)中和/固液分離膜技術(shù)處理酸洗廢水，與傳統(tǒng)廢水處理工藝相比具有較大有點(diǎn)。比如，污水處理工藝更加簡(jiǎn)單，避免了傳統(tǒng)工藝流程繁雜的問題。此外污水處理后的水質(zhì)有了較大提高，并能節(jié)約占地面積。對(duì)于污泥脫水困難的解決有重要意義。對(duì)工業(yè)生產(chǎn)帶來了較大便利。此外，該項(xiàng)污水處理技術(shù)的應(yīng)用，可以將酸洗廢水處理后的水質(zhì)達(dá)到污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)，并能將其處理后的污水應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)中，對(duì)于提高污水資源的利用率和經(jīng)濟(jì)效益有重要作用。最后，固液分離膜技術(shù)在處理污水過程中，可以節(jié)約工業(yè)污水處理的成本。本次研究中顯示，回用水的處理成本為2.006元/m3，經(jīng)固液分離膜技術(shù)的投入使用，促使新水耗量極大降低，相比于同行業(yè)有了較大節(jié)約?？梢詾槠髽I(yè)的發(fā)展節(jié)約更多經(jīng)濟(jì)成本。綜上所述，固液分離膜技術(shù)在處理酸洗廢水中可以被廣泛使用。( >
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