膜分离技术处理酸洗废水

1.项目概述

1.1废水处理设计分析

某钢铁公司的主要经营项目是焊丝、钢丝、钢绞线、钢丝绳等优质金属制品。产品生产过程中会产生大量的酸洗废水。在采用固液分离膜技术处理废水的过程中，该企业可达到废水综合排放的目标，并带来巨大的经济效益。因此，这种废水处理方法被该企业积极推广和使用。该企业计算的含酸废水量显示为320m3/h。

1.2废水处理工艺分析

工业生产中的酸洗废水排入排水坑。在酸水泵的初步处理下，废水被提升，在石灰石固定滤床的作用下，进行中和反应，使废水的PH值在石灰石的作用下稳定在4.5之间。之后，处理后的废水排入隔油调节池，以调节酸洗废水的水质和水量。在隔油调节池的作用下清除浮油。然后将去除浮油的酸洗废水排入耐腐蚀化工泵进行中和反应。设定废水的PH值在8.6左右，使废水中的Fe2+与Fe3+和OH-反应生成Fe(OH)2和Fe(OH)3，在搅拌的作用下防止产物沉淀。然后，处理后的废水排入中间池，经缓冲后由潜污泵提升，流入固液膜分离器。在固液膜处理器的作用下，固体颗粒在滤膜的作用下被截留，经过滤膜处理的废水进入下一个处理单元。当固体颗粒累积到一定量时，以秒为单位的脉冲用于反冲处理。过滤循环定义为滤膜表面的污泥被完全清除。短暂停留后，分离器中的污泥被排放到污泥罐中。处理后的废水靠重力流入回收池，从而完成酸洗废水的整个处理过程。处理后的废水一部分用于工业生产，一部分用于配制石灰乳，另一部分达标排放。

1.3固液分离膜处理技术相关设计单位

固液分离膜处理技术的主要构筑物有集水井、石灰石固定滤床、隔油调节池、序批式中和反应池、中间池、回收池和污泥池。此外，主要处理设备有耐酸泵、自吸酸洗泵、潜污泵、酸回收泵、离心泵、螺杆泵和中水供应系统。空气压缩机、罗茨风机、输送机、离心机和絮凝剂加药装置等。

2.加工设备的运行效果

该企业固液分离膜技术项目建成以来，所有设备运行正常。其中，排放废水中的pH值、COD、SS、TP等指标均达到废水综合排放标准。污水中的具体成分分析如下。

2.1污水质量分析

(1)总铁:本项目中，58~232mg/L为进水总铁浓度的波动范围，小于0.4mg/L为出水总铁浓度的稳定范围。产生上述结果的原因是固液膜的高效分离特性。固液成膜可以保证固液分离膜在膨化技术的作用下孔径均匀。从而确保微粒不能穿透分离膜。促进Fe(OH)2和Fe(OH)3沉淀在固液分离膜表面被捕获并完全除去。

(2)COD:COD的变化与总铁的变化相似，其变化无规律可循，因为废水中富含还原性亚铁离子，测定COD时还原生成重铬酸根离子。因此，可以认为COD的去除是亚铁离子的去除过程。

(3)TP:金属制品在加工过程中的磷化工序是TP的主要来源。TP主要通过磷化槽溢流和产品夹带进入废水系统。本项目磷化液的主要成分是Zn2+和磷酸盐。生产过程与废水中总磷含量有着重要的关系。在生产过程不确定性的影响下，废水中TP浓度也具有不确定性的特征。因此，没有发现TP处理的规律性。对该企业项目的分析表明，废水经二级中和/固液分离膜技术处理后，出水TP

2.2循环水水质分析

2.2.1氯离子浓度累积对再生水水质的影响

用盐酸作酸洗剂时，会产生大量的Cl-。在废水处理过程中，很难完全去除Cl-。如果用循环水作为漂洗水，Cl-会再生，Cl-的浓度会随着酸洗后的金属制品不断增加，这就是所谓的积累效应。Cl-作为活性阴离子，可以吸附在金属表面缺陷上。到达点蚀点时，电场强度较高的位置在表面膜的薄弱部位，会溶解金属表面的微区，导致点蚀核心。氯离子在阳极极化下会引起金属的点蚀。此外，金属表面的点蚀问题可伴有氯离子浓度的增加，导致点蚀电位降低，加深点蚀程度。据分析，孔隙中的酸性环境是由FeCl2水解造成的。要解决上述问题，必须积极控制氯离子的浓度。采用固液分离技术处理酸洗废水，可以将氯离子浓度控制在恒定水平。即使氯离子浓度在一定时间内迅速升高，但达到峰值后会逐渐降低。以上变化主要是由于酸洗工艺本身的特点。因此，采用固液分离膜技术处理污水时，需要定期更换酸槽中的盐酸，以降低盐酸的酸度。酸浴中的盐酸置换完成后，将进入正常的生产过程，然后循环水中的氯离子浓度逐渐升高，达到一定的峰值，如此不断循环。

2.2.2影响2.2.2再生水水质中CaCl2浓度的积累

在该企业生产中，Fe2+、Cu2+、Zn2+等是盐酸酸洗废水中常见的阳离子，Cl-、PO43-等是盐酸酸洗废水中常见的阴离子。酸洗废水中的重金属离子和PO43-会形成悬浮固体，应用固液分离膜技术去除。重金属离子和PO43-的去除过程主要是通过向废水中加入Ca2+来实现的，并通过相关的化学反应生成CaCl2盐。在本次科研生产中，该企业金属制品加工过程中，其中一条生产线是热镀锡工艺，其主要目的是对金属制品进行热处理。具体操作流程是将金属制品加热到400℃以上，在其表面镀锡。当用循环水冲洗金属部件时，大量的CaCl2将保留在金属部件的表面上。当温度达到260℃时，金属构件表面会形成白色多孔无水CaCl2。上述操作会因白色多孔无水CaCl2的存在而影响后续镀锡工艺，进一步降低产品生产质量。当循环水的比例保持在74%左右时，可以检测到CaCl2的浓度。从检测结果可以看出，CaCl2和氯离子浓度的变化趋势是相似的，原因是Ca2+是循环水中的主要阳离子。企业在废水处理过程中发现，当回用水比例控制在74%左右时，对其产品影响不大。按照1.2m3/t的漂洗用水量计算，新增用水量为0.37m3/t，与同行业相比有很大优势。

3.膜投资的资本成本分析

企业采用固液分离膜技术处理废水，总资金投资1234万元。其中，资金投入主要用于膜组件更换费用、设备折旧费、人工试剂和电费。通过分析该企业的运行成本，得出2.006元/m3为处理成本，0.433元/m3为电费，0.082元/m3为人工成本，0.319元/m3为膜组件更换成本。如果按照70%的出水回收率和7.6元/m3的工业用水成本计算，该企业每年可节约自来水192.23×104m3，节约水费1423.8万元。扣除运营成本，项目收益可达862.27万元/a，可见经济效益如此之大。工业生产中循环水的比例稳定在一定范围内，之所以没有明显增加，是因为废水中有大量的氯化钙。随着科学技术的不断进步，反渗透脱氯技术也在不断更新和完善。在技术不断进步的前提下，膜组件的成本也呈现出大幅降低的趋势。当工业生产的部分出水进行脱盐处理时，反渗透脱盐技术可以适当提高循环水的比例，从而显著降低工业生产中的运行成本，给工业生产带来巨大的经济效益。

4.结论

采用两级中和/固液分离膜技术处理钢铁行业酸洗废水，与传统废水处理工艺相比具有很大优势。比如污水处理工艺更简单，避免了传统工艺流程的复杂问题。另外污水处理之后，水质有了很大的提升，还可以节省占地面积。解决污泥脱水问题具有重要意义。给工业生产带来了极大的便利。此外，该污水处理技术的应用可使酸洗废水水质达到废水综合排放标准，处理后的废水可应用于工业生产，对提高废水资源利用率和经济效益具有重要作用。后来的固液分离膜技术在污水处理过程中可以节省工业污水处理的成本。本研究表明，中水处理成本为2.006元/m3，固液分离膜技术的应用大大降低了新鲜水的消耗，与同行业相比大大节约。可以为企业的发展节约更多的经济成本。综上所述，固液分离膜技术可以广泛应用于酸洗废水的处理。(资料来源:山东省临沂市蒙阴县环保局环境监测站、山东省临沂市蒙阴县环保局)

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