李凱 王澤 蔣穩(wěn) 吳天 陳震

（中鋼集團武漢安全環(huán)保研究院有限公司，湖北 武漢 430081）

0 引言

隨著科技的發(fā)展，各行業(yè)對冷軋板材的要求越來越高，金屬摻雜、表面潔凈和功能化涂層等技術(shù)頻繁的應(yīng)用在鋼鐵行業(yè)中，因此冷軋廢水的成分日趨復(fù)雜［1-3］。近年來，隨著我國“零排放”政策的提出，針對工業(yè)廢水的排放標(biāo)準(zhǔn)日益嚴格，鋼鐵行業(yè)廢水由于廢水量大、含鹽含油量高和污染物難降解等原因成為工業(yè)水污染治理的難點［4-6］，也是目前研究的熱點之一。本文針對目前武漢某鋼鐵冷軋廠冷軋光整機廢水排放量大、原水水質(zhì)污染物波動性大、污染程度高、生物難降解等問題，通過二級膜處理工藝對冷軋廠熱鍍鋅光整機廢水進行處理，實現(xiàn)廢水的減排和回用。本研究采用“二級膜分離技術(shù)”工藝處理冷軋廠光整機廢水，在通過小試實驗驗證膜技術(shù)能夠有效處理冷軋廢水后［7］，目前進行工業(yè)放大的中試試驗，探討該工藝運用于冷軋廢水處理的可行性，以期為冷軋廢水處理的工程應(yīng)用提供技術(shù)參考。

1 試驗材料與方法

1.1 濃縮液水質(zhì)

本文以某冷軋廠熱鍍鋅光整機相關(guān)的廢水為研究對象，通過二級膜處理工藝，實現(xiàn)廢水的資源化利用。光整機相關(guān)的廢水產(chǎn)生工藝如圖1所示。

圖1 冷軋廠熱鍍鋅工藝相關(guān)的廢水產(chǎn)生過程

儲水罐體積為27 m3，分為脫鹽水儲罐（12 m3）、光整液儲罐（5 m3）、光整液和脫鹽水混合液儲罐（10 m3）。儲水罐中的水有3個去向：光整機、擠干輥、拉矯機。整個過程產(chǎn)生4種廢水：光整機低壓沖洗水、光整機高壓沖洗水、擠干輥沖洗水、拉矯機（張緊輥）沖洗水。其中，308CGL1生產(chǎn)線中光整機低壓沖洗水3.66 m3/h、光整機高壓沖洗水4.2 m3/h、擠干輥沖洗水3 m3/h、拉矯機（張緊輥）沖洗水2.1 m3/h；308CGL2生產(chǎn)線中光整機低壓沖洗水2.94 m3/h、光整機高壓沖洗水4.2 m3/h、擠干輥沖洗水3 m3/h、拉矯機（張緊輥）沖洗水2.1 m3/h。CGL1和CGL2累計廢水產(chǎn)生情況：光整機低壓沖洗水6.6 m3/h、光整機高壓沖洗水8.4 m3/h、擠干輥沖洗水6 m3/h、拉矯機（張緊輥）沖洗水4.2 m3/h。

中試試驗前對試驗原水的水質(zhì)進行分析，結(jié)果如表1所示。

表1 光整機廢水主要水質(zhì)指標(biāo)

1.2 中試設(shè)備

試驗的工藝流程如圖2所示。試驗采用二級膜處理工藝，一級膜處理能力為150 L/h，二級膜處理能力為120 L/h。

圖2 中試試驗處理工藝流程

本裝置中膜單元均采用PTFE外壓式膜組件，PTFE外壓式膜材料為親水后的高結(jié)晶性聚四氟乙烯，膜孔徑為0.32，最大跨膜壓力為60 kPa。冷軋光整機沖洗廢水在進水泵的作用下通過進水箱到一級膜處理單元，一般進水壓力為20~50 kPa，過濾處理后的出水通過產(chǎn)水泵注入到產(chǎn)水箱中，產(chǎn)水箱分別連接一級膜處理單元回流泵和二級膜處理的進水泵，回流泵主要用于膜材料的清洗，PTFE膜的過濾時間為20~40 min。膜單元的鼓風(fēng)機主要用于膜材料的空氣清洗過程，氣洗過程中每組膜空氣流量＞200 L/min，清洗壓強設(shè)置為50 kPa。

1.3 試驗方法

有機物的測定方法：色譜柱（250 mm×4.6 mm），進樣量：20，自動進樣；分流比為20∶1；柱溫：25℃，流動相：乙腈與水的體積比為4∶6。

濁度的測定：試驗中濁度通過上海雷磁-濁度儀WZS-186進行檢測。

化學(xué)需氧量的測定：實驗中化學(xué)需氧量的測定通過《水質(zhì)化學(xué)需氧量的測定重鉻酸鹽法》（HJ 828—2017）進行測定。

電導(dǎo)率的測定：試驗中電導(dǎo)率的測定通過上海雷磁DDS-307實驗室水質(zhì)電導(dǎo)率測試儀測量。

2 結(jié)果與分析

2.1 水質(zhì)處理結(jié)果分析

采用液相色譜對使用前后的的光整液進行了分析，分析結(jié)果如圖3所示。

圖3 處理前后水質(zhì)的液相色譜（LC）分析

水質(zhì)液相測量結(jié)果表明，原水中有機物成分較為復(fù)雜，且含量較高，通過一級膜處理后的產(chǎn)水，有機物成分單一，色譜圖形僅出現(xiàn)3個峰面積較小的峰，二次產(chǎn)水沒有峰的出現(xiàn)，說明一級產(chǎn)水中含有微量的有機物，二級過濾已經(jīng)消除所有有機物。

膜處理工藝主要通過膜孔對水質(zhì)中雜質(zhì)進行截留，達到去污的效果。本次試驗通過對處理前后水質(zhì)的濁度、COD和電導(dǎo)率的測定，研究二級膜處理技術(shù)對冷軋廠光整機廢水處理效果，結(jié)果如圖4—圖6所示。由圖4可知，經(jīng)過連續(xù)14 d的水質(zhì)監(jiān)測，廢水原水中濁度為22~40 NTU，濁度波動范圍大。經(jīng)過一級膜過濾后，產(chǎn)水濁度范圍為6~13 NTU，二級產(chǎn)水濁度為2~5 NTU，二級膜過濾對水質(zhì)濁度的去除率超過85%，且出水水質(zhì)穩(wěn)定性強。由圖5可知，原水COD范圍為2 600~5 700 mg/L，經(jīng)過二級膜處理后，水質(zhì)中COD值穩(wěn)定在15 mg/L左右，COD的去除率超過99.4%，結(jié)合圖3中液相色譜結(jié)果表明，PTFE膜對水體中有機物具有很好的去除效果。由圖6可知，原水中電導(dǎo)率范圍為240~460 ms/cm，經(jīng)過二級膜處理后，產(chǎn)水電導(dǎo)率穩(wěn)定在11~17 ms/cm，電導(dǎo)率的去除率超過93%。通過水質(zhì)監(jiān)測結(jié)果發(fā)現(xiàn)出水水質(zhì)偏堿性，可能是由于酸堿度對電導(dǎo)率的測量造成影響。

圖4 水質(zhì)濁度分析

圖5 水質(zhì)COD分析

圖6 水質(zhì)電導(dǎo)率分析

實驗結(jié)果表明，產(chǎn)水水質(zhì)中濁度、COD和電導(dǎo)率的排放均滿足《鋼鐵工業(yè)水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 13456—2012）排放標(biāo)準(zhǔn)。從處理效果上分析，本試驗已經(jīng)達到了預(yù)期的目的。經(jīng)過二級膜處理后的產(chǎn)水達到了脫鹽水的水質(zhì)要求，一級膜產(chǎn)水中光整液的濃度和使用前配制的光整液濃度相近，可以直接返回使用，實現(xiàn)回收光整液的目的。因此，采用兩級膜工藝處理光整機沖洗廢水是可行的。

2.2 膜單元運行穩(wěn)定性分析

本次試驗主要研究運行壓力和回收率對產(chǎn)水流量的影響。圖7和圖8分別為運行壓力和回收率對產(chǎn)水流量的影響。

圖7 運行壓力對產(chǎn)水流量的影響

圖8 回收率對產(chǎn)水流量的影響

圖7的研究結(jié)果表明運行壓力越大，產(chǎn)水流量越大，且流量的穩(wěn)定性較強，但是PTFE膜的最大跨膜壓力為60 kPa，因此現(xiàn)場運行過程中一般進水壓力控制在20~50 kPa，當(dāng)運行壓力為45 kPa時，產(chǎn)水流量穩(wěn)定在1.5 L/min，當(dāng)運行壓力為30 kPa時，產(chǎn)水流量穩(wěn)定在1.25 L/min，現(xiàn)場可通過膜組件的并聯(lián)來實現(xiàn)每天的處理量。

圖8的研究結(jié)果表明當(dāng)產(chǎn)水回收率為80%時，產(chǎn)水流量可以超過1.8 L/min，且回收率越高產(chǎn)水的流量越大。

3 結(jié)論

1）PTFE膜對有機物具有很好的去除效果，二級膜處理后的產(chǎn)水COD去除率超過99.4%。

2）二級膜處理工藝對水質(zhì)中濁度和電導(dǎo)率具有較高的去除率，去除率分別超過85%和93%。

3）經(jīng)過二級膜處理后的出水水質(zhì)滿足《鋼鐵工業(yè)水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 13456—2012）排放標(biāo)準(zhǔn)，因此適用于冷軋廠廢水的處理。

4）PTFE膜的最大跨膜壓力為60 kPa，現(xiàn)場運行過程中一般進水壓力控制在20~50 kPa，當(dāng)運行壓力為45 kPa時，產(chǎn)水流量穩(wěn)定在1.5 L/min，現(xiàn)場運行過程中可以通過膜組件并聯(lián)方式來滿足廢水的處理量。