一種鋼鐵廠高硬度高堿度濃鹽水處理工藝和裝置的制作方法

本發明涉及一種鋼鐵廠高硬度高堿度濃鹽水處理工藝和裝置，即采用加藥除硬度-管式微濾膜-調pH-反滲透濃縮-潑渣或熱悶消納濃水來處理濃鹽水的工藝和裝置。

背景技術：

鋼鐵工業是資源、能源消耗最多的行業之一，在生產中需要用到大量的優質水資源，以循環冷卻用水為主。由于循環冷卻水過程中水分大量蒸發，造成水中鹽分、有機物等的濃縮。因此無論是采取何種處理、分離或濃縮的方式，最后總是有一部分水是鹽分含量遠高于進水，也就遠高于當地地下水或者地表水的鹽分含量。這部分濃鹽水水如果直接排放，將對當地水質產生明顯影響，造成鹽堿化、水生物死亡、水生態破壞等后果。因此通常只有將多余的鹽分變為固相，達到鹽分的整體平衡，才是科學合理的處置方式。兩種方法較為合理，一種是將這部分高鹽度的水進行蒸發結晶，形成固體；一種是將濃鹽水繼續濃縮使其量減小，用于鋼廠潑渣等工序進行消納。而蒸發結晶由于成本太高，目前較為可行的是濃鹽水減量化消納的方法。

一些地區的濃鹽水硬度很高，有一些堿度、硫酸根含量也很高，這樣的水質如果不經處理直接使用反滲透膜進行繼續濃縮，將會析出大量沉淀物而造成膜系統很快污堵癱瘓。但由于缺乏成熟可靠的濃鹽水濃縮減量化工藝，因此目前很多企業的濃鹽水并未進行減量化處理，仍然是處理后直接排放。

也有一些企業對高硬度高堿度濃鹽水進行除硬預處理后使用膜法或熱法濃縮，其預處理流程一般為：向高硬度高堿度濃鹽水投加氫氧化鈣去除暫時硬度，而后投加碳酸鈉及少量氫氧化鈉去除永久硬度，而后進入沉淀池進行沉淀，上清液進入過濾器進行過濾，而后進入pH調節池將pH調至中性，而后進入反滲透進行濃縮。該工藝存在占地面積大，流程長，預處理出水水質較差，造成反滲透污堵嚴重，清洗周期過短，膜壽命縮短等問題。

技術實現要素：

針對上述高硬度高堿度濃鹽水處理的問題，本發明提供一種鋼鐵廠高硬度高堿度濃鹽水處理的工藝。本發明的目的是提供一種成熟可靠的鋼鐵廠高硬度高堿度濃鹽水處理工藝，解決目前高硬度高堿度濃鹽水只能處理排放，影響企業當地水生態環境的問題。

本發明采用的技術方案如下：一種鋼鐵廠高硬度高堿度濃鹽水減量處理工藝，其包括如下步驟：

(1)高硬度高堿度濃鹽水首先進入除硬加藥反應裝置進行加藥和混合攪拌，其中投加藥劑為氫氧化鈉和/或氫氧化鈣，藥劑與高硬度高堿度濃鹽水進行充分反應生成不溶的碳酸鈣、氫氧化鎂沉淀；

(2)步驟(1)中經過加藥混合后的溶液進入濃縮沉淀池，之后從該池進入管式膜裝置，優選為管式微濾膜裝置進行過濾，過濾后的濃縮液，回到濃縮沉淀池與池中溶液形成混合懸濁液，同時濃縮沉淀池定期排放沉淀物；

(3)通過管式膜裝置過濾后的經過除硬度的產水進入pH調節池；在pH調節池中加入鹽酸或硫酸調節pH至中性；

(4)pH調節池處理后的溶液，而后進入反滲透裝置進行再濃縮；反滲透裝置的產水作為工業新水進行回收利用，反滲透裝置的濃水送至鋼鐵廠潑渣或做鋼渣熱悶處理使用；優選，濃水水量比步驟(1)的高硬度高堿度濃鹽水水量減少80％或80％以上。

其中，除硬加藥反應裝置為加藥除硬反應池，其為兩級，兩級加藥除硬反應池總停留時間在1分鐘-2小時，優選為10分鐘-1.8小時，濃縮沉淀池的停留時間在2分鐘-2小時，優選為10分鐘-2小時，濃縮沉淀池內的懸濁液含固量在0.1％-10％，優先為3-5％；管式微濾膜的過濾孔徑在0.01微米-1微米之間，優選為0.1-0.3微米，pH調節池的停留時間在1分鐘-8小時，優選為10分鐘-7小時，優選為15分鐘，pH調節池調節后pH值在6.0-8.5。

其中，步驟(1)的進入除硬加藥反應裝置進行加藥和混合攪拌以進行pH調節分為兩步，第一步主要使碳酸鈣沉淀，第二步主要使剩余的氫氧化鎂沉淀，除硬加藥反應裝置為加藥混合反應池的形式，相應的加藥混合反應池也分為兩級，每級混合反應池停留時間在1分鐘-1小時，優選為5-50分鐘，優選為15分鐘，所使用的藥劑也分為兩步投加，第一級加入氫氧化鈣或氫氧化鈉，將pH調節到9.8-10.8，優選將pH調節到10，第一級除硬加藥量在100-2000mg/L，優選為200-1500mg/L；第二級加入氫氧化鈉，將pH調節到11-12，第二級除硬加藥量在100-2000mg/L，優選為200-1500mg/L。

本發明還涉及一種鋼鐵廠高硬度高堿度濃鹽水減量處理裝置，其包括除硬加藥反應裝置、濃縮沉淀池、管式膜裝置、pH調節池、反滲透系統，其中除硬加藥反應裝置與濃縮沉淀池連接，濃縮沉淀池與管式膜裝置連接，管式膜裝置與pH調節池連接，pH調節池與反滲透系統連接，高硬度高堿度濃鹽水首先進入除硬加藥反應裝置進行加藥和混合攪拌，其中投加藥劑為氫氧化鈉和/或氫氧化鈣，藥劑與高硬度高堿度濃鹽水進行充分反應生成不溶的碳酸鈣、氫氧化鎂沉淀；加藥混合后的溶液進入濃縮沉淀池，之后從該池進入管式膜裝置，優選為管式微濾膜裝置進行過濾，過濾后的濃縮液，回到濃縮沉淀池與池中溶液形成混合懸濁液，同時濃縮沉淀池定期排放沉淀物；通過管式膜裝置過濾后的經過除硬度的產水進入pH調節池；在pH調節池中加入鹽酸或硫酸調節pH至中性；pH調節池處理后的溶液，而后進入反滲透裝置進行再濃縮；反滲透裝置的產水作為工業新水進行回收利用，反滲透裝置的濃水送至鋼鐵廠潑渣或做鋼渣熱悶處理使用；優選，濃水水量比原始高硬度高堿度濃鹽水水量減少80％或80％以上。

其中，除硬加藥反應裝置為加藥除硬反應池，其為兩級，兩級加藥除硬反應池總停留時間在1分鐘-2小時，優選為10分鐘-1.8小時，濃縮沉淀池的停留時間在2分鐘-2小時，優選為10分鐘-2小時，濃縮沉淀池內的懸濁液含固量在0.1％-10％，優先為3-5％；管式微濾膜的過濾孔徑在0.01微米-1微米之間，優選為0.1-0.3微米，pH調節池的停留時間在1分鐘-8小時，優選為10分鐘-7小時，優選為15分鐘，pH調節池調節后pH值在6.0-8.5。

其中，進入除硬加藥反應裝置進行加藥和混合攪拌以進行pH調節分為兩步，第一步主要使碳酸鈣沉淀，第二步主要使剩余的氫氧化鎂沉淀，除硬加藥反應裝置為加藥混合反應池的形式，相應的加藥混合反應池也分為兩級，每級混合反應池停留時間在1分鐘-1小時，優選為5-50分鐘，優選為15分鐘，所使用的藥劑也分為兩步投加，第一級加入氫氧化鈣或氫氧化鈉，將pH調節到9.8-10.8，優選將pH調節到10，第一級除硬加藥量在100-2000mg/L，優選為200-1500mg/L；第二級加入氫氧化鈉，將pH調節到11-12，第二級除硬加藥量在100-2000mg/L，優選為200-1500mg/L。

其中，高硬度高堿度濃鹽水首先進入除硬加藥裝置進行加藥和混合攪拌，其中投加藥劑為氫氧化鈉、氫氧化鈣的其中一種或多種，藥劑與高硬度高堿度濃鹽水進行充分反應生成不溶的碳酸鈣、氫氧化鎂沉淀。其原理是：通過投加含有氫氧根的可溶性鹽，使得水中溶解的氫氧根含量增加，并且造成pH的升高，使得水中的碳酸緩沖系統平衡移動，以碳酸氫根為主的堿度大量轉化為碳酸根。根據溶度積飽和的原理，能夠與氫氧根、碳酸根產生難溶鹽的陽離子，如鈣離子、鎂離子、鐵離子、銅離子等，都會因為超過飽和度而形成沉淀從水體析出。由于溶度積是由電離的各個離子乘積計算，因此在后端反滲透膜生產時，濃水中的離子濃度均可以濃縮數倍，而溶度積則會升高達數十倍甚至上百倍，如果前端硬度去除率不夠高，則會在反滲透濃縮過程中大量析出沉淀或結晶體附著堵塞在膜系統內，造成膜清洗周期急劇縮短。因此加藥除硬需要在計算設定去除率時綜合考慮到后端反滲透的產水率、所調節的pH值、進膜時水中所含堿度/硫酸根/磷酸根等離子含量,以及膜面上的濃差極化等因素。

在設計合理的加藥量與加藥種類后，通過加藥除硬反應與管式膜的過濾作用，可以將水中的懸浮物質、膠體、細菌與大型病毒以及一些大分子量的有機物或聚合物過濾去除，免去了后續反滲透受到污堵的風險；可以將水中溶解形態的鈣鎂離子、鐵離子、鋁離子等以生成氫氧化物沉淀物或碳酸鹽沉淀物的形式過濾去除，免去了后續反滲透受到這些物質沉積或結晶造成污堵的風險；同時，如果高硬度高堿度濃鹽水中含有少量的有機污染物，在調節到pH呈強堿性時，會與氫氧根發生皂化等反應，使有機污染物失去粘附性，從而避免了對微濾膜和反滲透膜的有機物污染。

經過加藥和混合攪拌的高硬度高堿度濃鹽水進入濃縮沉淀池。加藥除硬裝置的停留時間根據水質和反應沉淀類型確定，在1分鐘-2小時之間確定最優值，原則是選擇確保沉淀物充分析出的最低停留時間。

而后，經過加藥混合的高硬度高堿度濃鹽水進入濃縮沉淀池。濃縮沉淀池的高硬度高堿度濃鹽水與沉淀物所形成的混合液進入管式微濾膜進行循環過濾，經過除硬度的產水進入pH調節池，濃液返回濃縮沉淀池，同時池底定期排放沉淀物。沉淀物采用連續排放或定期排放，濃縮沉淀池內的溶液，其含固量控制在0.1％-10％。

pH調節池對經過除硬的來水進行連續調節和穩定pH，一般控制調節后pH在6.0-8.5。調節pH后的濃鹽水進入反滲透膜進行鹽分的濃縮，反滲透的產水作為工業新水回用或再凈化成為鍋爐用水使用，濃鹽水進行蒸發結晶或用于潑渣等工藝進行消納。反滲透的結構依據進水水質與期望的濃水含鹽量來設計，可以設計兩級或多級，以及兩段或多段。控制反滲透系統的濃鹽水的含鹽量達到20000-100000mg/l，濃水送至鋼鐵廠潑渣或做鋼渣熱悶處理使用。

本處理工藝和現有濃鹽水不處理直接排放相比，具有如下優點：(1)避免了打破周邊水環境的鹽平衡，以及引起土地和河床鹽堿化；(2)避免了引起水生態災難。

本處理工藝和現有蒸發結晶及常規除硬預處理相比，具有如下優點：(1)除硬處理后硬度更低，由碳酸體系引起的堿度更小，因此在反滲透高倍數濃縮時也沒有沉淀析出的風險，避免了反滲透膜的無機沉淀物污染；(2)管式膜過濾后的出水水質相比常規沉淀過濾預處理，出水水質更好，過濾去除了全部懸浮物質、膠體、細菌與大型病毒以及一些大分子量的有機物或聚合物，免去了后續反滲透受到污堵的風險；(3)處理工藝流程大為簡化，且主體設備均為標準模塊化設備，設計安裝維護更便捷快速；(4)設施占地面積大為減小；(5)由于預處理水質遠遠好于常規除硬預處理，因此反滲透濃縮可以使濃水達到更高的含鹽量，更小的濃水流量，并且使反滲透具有更長的使用壽命和清洗周期。(6)濃水送至鋼鐵廠潑渣或做鋼渣熱悶處理使用，通過前端的減量化，可以做到濃水水量足夠小，鋼渣熱悶或潑渣工藝可以完全接收使用消納，做到了無濃水外排。

附圖說明

圖1是鋼鐵廠高硬度高堿度濃鹽水處理工藝流程圖。

具體實施方式

如圖1所示，高硬度高堿度濃鹽水處理裝置包括除硬加藥反應裝置、濃縮沉淀池、管式膜裝置、pH調節池、反滲透系統，其中除硬加藥反應裝置與濃縮沉淀池連接，濃縮沉淀池與管式膜裝置連接，管式膜裝置與pH調節池連接，pH調節池與反滲透系統連接，高硬度高堿度濃鹽水首先進入除硬加藥反應裝置進行加藥和混合攪拌，其中投加藥劑為氫氧化鈉和/或氫氧化鈣，藥劑與高硬度高堿度濃鹽水進行充分反應生成不溶的碳酸鈣、氫氧化鎂沉淀；加藥混合后的溶液進入濃縮沉淀池，之后從該池進入管式膜裝置，優選為管式微濾膜裝置進行過濾，過濾后的濃縮液，回到濃縮沉淀池與池中溶液形成混合懸濁液，同時濃縮沉淀池底部排污口定期排放沉淀物；通過管式膜裝置過濾后的經過除硬度的產水進入pH調節池；在pH調節池中加入鹽酸或硫酸調節pH至中性；pH調節池處理后的溶液，而后進入反滲透裝置進行再濃縮；反滲透裝置的產水作為工業新水進行回收利用，反滲透裝置的濃水送至鋼鐵廠潑渣或做鋼渣熱悶處理使用；優選，濃水水量比原始高硬度高堿度濃鹽水水量減少80％或80％以上。處理工藝為：(1)高硬度高堿度濃鹽水首先進入加藥除硬反應裝置進行加藥和混合攪拌；(2)經過加藥混合的高硬度高堿度濃鹽水進入濃縮沉淀池；(3)濃縮沉淀池的高硬度高堿度濃鹽水與沉淀物所形成的混合液進入管式微濾膜進行循環過濾，經過除硬度的產水進入pH調節池，濃液返回濃縮沉淀池；(4)pH調節池的濃鹽水加入鹽酸調節pH至6-8.5,而后進入反滲透裝置進行再濃縮；(5)反滲透裝置的產水作為工業新水回收利用，濃縮后的高濃鹽水水量比原濃鹽水減少80％以上。(6)濃水送至鋼鐵廠潑渣或做鋼渣熱悶處理使用。

其中，高硬度高堿度濃鹽水首先進入除硬加藥裝置(1)進行加藥和混合攪拌，其中投加藥劑為氫氧化鈉、氫氧化鈣的其中一種或多種，藥劑與高硬度高堿度濃鹽水進行充分反應生成不溶的碳酸鈣、氫氧化鎂沉淀。

經過加藥和混合攪拌的高硬度高堿度濃鹽水進入濃縮沉淀池。加藥除硬裝置的停留時間根據水質和反應沉淀類型確定，在1分鐘-2小時之間確定最優值，原則是選擇確保沉淀物充分析出的最低停留時間。

而后，經過加藥混合的高硬度高堿度濃鹽水進入濃縮沉淀池。濃縮沉淀池的高硬度高堿度濃鹽水與沉淀物所形成的混合液進入管式微濾膜進行循環過濾，經過除硬度的產水進入pH調節池，濃液返回濃縮沉淀池，同時池底定期排放沉淀物。沉淀物采用連續排放或定期排放，濃縮沉淀池內的溶液，其含固量控制在0.1％-10％。

pH調節池對經過除硬的來水進行連續調節和穩定pH，一般控制調節后pH在6.0-8.5。調節pH后的濃鹽水進入反滲透膜進行鹽分的濃縮，反滲透的產水作為工業新水回用或再凈化成為鍋爐用水使用，濃鹽水進行蒸發結晶或用于潑渣等工藝進行消納。反滲透的結構依據進水水質與期望的濃水含鹽量來設計，可以設計兩級或多級，以及兩段或多段。控制反滲透系統的濃鹽水的含鹽量達到20000-100000mg/l。

為了對發明進一步詳細說明，采用的實施例如下。其中實施例是按照前述的反應原理進行的。

實施例1

相關水質見下表。

(1)高硬度高堿度濃鹽水首先進入加藥除硬反應裝置進行兩級加藥，第一級投加100mg/L的氫氧化鈣，混合反應1分鐘，保持池內pH在9.8以上；第二級投加100mg/L的氫氧化鈉，混合反應1分鐘，保持池內pH在11左右；(2)經過加藥混合的高硬度高堿度濃鹽水進入濃縮沉淀池，濃縮沉淀池停留時間為2分鐘，控制固體含量在0.1％；(3)濃縮沉淀池的高硬度高堿度濃鹽水與沉淀物所形成的混合液進入管式微濾膜進行循環過濾，經過除硬度的產水進入pH調節池，濃液返回濃縮沉淀池；(4)pH調節池的濃鹽水加入鹽酸調節pH至6.0,而后進入反滲透裝置進行再濃縮；(5)反滲透裝置的產水作為工業新水回收利用，濃縮后的高濃鹽水用于煉鐵潑渣。

表1 實施例1各工序水質表

實施例2

相關水質見下表。

(1)高硬度高堿度濃鹽水首先進入加藥除硬反應裝置進行兩級加藥，第一級投加2000mg/L的氫氧化鈉，混合反應60分鐘，保持池內pH在10.8左右；第二級投加2000mg/L的氫氧化鈉，混合反應60分鐘，保持池內pH在12左右；(2)經過加藥混合的高硬度高堿度濃鹽水進入濃縮沉淀池，濃縮沉淀池停留時間為120分鐘，控制固體含量在10％；(3)濃縮沉淀池的高硬度高堿度濃鹽水與沉淀物所形成的混合液進入管式微濾膜進行循環過濾，經過除硬度的產水進入pH調節池，濃液返回濃縮沉淀池；(4)pH調節池的濃鹽水加入鹽酸調節pH至8.5,而后進入反滲透裝置進行再濃縮；(5)反滲透裝置的產水作為工業新水回收利用，濃縮后的高濃鹽水用于鋼渣熱悶。

表2 實施例2各工序水質表

實施例3

相關水質見下表。

(1)高硬度高堿度濃鹽水首先進入加藥除硬反應裝置進行兩級加藥，第一級投加810mg/L的氫氧化鈉，混合反應15分鐘，保持池內pH在10.3左右；第二級投加442mg/L的氫氧化鈉，混合反應15分鐘，保持池內pH在11.3左右；(2)經過加藥混合的高硬度高堿度濃鹽水進入濃縮沉淀池，濃縮沉淀池停留時間為30分鐘，控制固體含量在4％-5％之間；(3)濃縮沉淀池的高硬度高堿度濃鹽水與沉淀物所形成的混合液進入管式微濾膜進行循環過濾，經過除硬度的產水進入pH調節池，濃液返回濃縮沉淀池；(4)pH調節池的濃鹽水加入鹽酸調節pH至6.35,而后進入反滲透裝置進行再濃縮；(5)反滲透裝置的產水作為工業新水回收利用，濃縮后的高濃鹽水用于鋼渣熱悶。

表3 實施例3各工序水質表。