CN110002510A - 一种钢铁酸洗废水处理的集成工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明属水处理领域，尤其涉及一种钢铁酸洗废水处理的集成工艺，其特征在于，采用陶瓷微滤膜对自沉淀池的上清液进行过滤，去除悬浮物和胶体物质；经过陶瓷微滤***的透过液进入三级耐酸纳滤分离***进行净化，其中被一级纳滤***和二级纳滤***截留的浓缩液富含FeSO4，将其输送至冷冻结晶釜中，采用促结晶技术引发促进结晶，得工业级绿矾；透过三级纳滤***的透过液采用膜蒸馏技术进行浓缩。本发明采用结合耐酸纳滤、膜蒸馏、及低温冷冻结晶的集成工艺，处理钢铁酸洗废水，所得的绿矾结晶盐可满足工业使用，高品质酸可用直接回用，从而降低了废酸、中和产生的固体废弃物对环境的污染，实现了有用物质的回收，达到了近零排放的目的。

Description

一种钢铁酸洗废水处理的集成工艺
技术领域
本发明涉及一种酸性废水处理工艺，尤其涉及一种钢铁酸洗废水处理的集成工艺，属于酸性废水处理领域。
背景技术
钢铁元件毛坯在表面电镀、喷涂前一般都要经过酸洗，以清除表面的氧化物，因而产生酸洗废液和酸洗废水。其中酸洗废液含酸浓度较高，可回收再生酸。而大量的冲洗水，即酸洗废水含酸量较低，用来回收则很不经济，所以作为废水外排。不同的元件加工产生的酸性废液含量不同，如清洗钢铁工件或毛坯产生的废液中含有硫酸（H2SO4）100-150 g/L、硫酸亚铁（FeSO4）30-250 g/L，另有氧化铁皮和油污等。采用盐酸清洗钢铁元件，废液中一般含氯化亚铁（FeCl2）280-150 g/L、盐酸（HCl）10-50 g/L。
含酸废水的主要危害是对生物造成危害：进入水体会毒害水生生物和动物；流经土壤会使土壤酸化，难以修复，近而影响农作物生长。另，酸洗废水中还含有大量的重金属离子，由水体进入生物如鱼类、粮食作物等，人类食用后会在人体内累积，有严重的致癌作用。
钢铁酸洗废水处理可采用如下几种方法处理：中和、渗析法、硫酸铁盐法、有机溶液萃取、离子交换等，有机溶剂萃取和离子交换尚处于试验研究阶段，工业应用较多的是中和、硫酸铁盐法、和渗析。
中和法是向废水中添加消石灰将废水进行中和，简单易行，但管理繁琐，不易控制，废水处理量受到限制；废水中的硫酸、水、FeO、Fe3O4和FeSO4未能被利用；处理过程中生成的气体扩散会引起二次污染；污泥量大，产生难以处理的固体废弃物，进而污染地下水***。渗析法可以回收废酸和提取铁，但耗电量较高。硫酸铁盐法则是将硫酸废液与铁屑置于一个反应槽中充分反应，再将溶液加热到100 dd℃，反应2 h，再加热浓缩后自然冷却，使硫酸亚铁结晶析出，最后由甩干机脱水烘干。该法可以从酸洗废水中回收低、中、高三级硫酸亚铁，供工农业、医药、化学试剂用。具有简单易操作、投资少、费用低等优点，但只能回收硫酸亚铁，不能回收硫酸，处理能力小、产品质量差、生产周期长。
纳滤（NF）是一种可在较低压力下运行地、介于超滤（UF）和反渗透（RO）的一种膜分离技术，纳滤膜有效地截留大分子物质及多价离子，而透过单价离子，因而如通过纳滤过程可实现酸回收、生物质分离、水纯化等目的。采用耐酸性纳滤膜处理酸性废水具有很大潜力，且经济效益可观。
膜蒸馏（MD）是近年来出现的一种新的膜分离工艺，采用疏水微孔膜对含非挥发溶质的水溶液进行分离的一种膜技术。当膜两侧存在一定的温差时，由于蒸汽压的不同，水蒸气分子透过微孔在膜另一侧冷凝下来，使溶液逐步浓缩。这一工艺可充分利用工厂废热、地热、或太阳能等廉价能源，且易于与其它技术集成、易于自动化、设备简单，正成为一种有实用意义的分离工艺。
发明内容
本发明针对现有钢铁酸洗废水处理方法的不足，提供一种采用结合耐酸纳滤、膜蒸馏、及低温冷冻结晶的集成工艺，用于处理含H2SO4的钢铁酸洗废水。所得的绿矾结晶盐可满足工业使用，高品质酸可用直接回用，从而降低了废酸、中和产生的固体废弃物对环境的污染，实现了有用物质的回收，达到了近零排放的目的。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：
采用陶瓷微滤（MF）膜对自沉淀池的上清液进行过滤，去除悬浮物和胶体物质；经过陶瓷微滤（MF）***的透过液进入三级耐酸纳滤(NF)分离***进行净化，其中被一级纳滤***（NF1）和二级纳滤***（NF2）截留的浓缩液富含FeSO4，将其输送至冷冻结晶釜中，采用促结晶技术引发促进结晶，得工业级绿矾（FeSO4 ·7H2O）；透过三级纳滤（NF3）***的透过液采用膜蒸馏技术进行浓缩。
进一步地，本发明一种含硫酸钢铁酸洗废水回收处理工艺，所述陶瓷微滤（MF）采用的膜材质可以是氧化铝质、氧化钛质、氧化锆质、或其复合材料，其孔径范围：0.1~10 µm。
进一步地，本发明一种含硫酸钢铁酸洗废水回收处理工艺，耐酸纳滤膜可以为中性、两性、或荷电（荷正或负电荷），截留分子量（MWCO，范围： 180~2000 Da。
进一步地，本发明一种含硫酸钢铁酸洗废水回收处理工艺，三级NF操作压力分别为：4.8-5.5 MPa、4.5-5.0 MPa、及4.0-5.0 MPa。
进一步地，本发明一种含硫酸钢铁酸洗废水回收处理工艺，耐酸膜分离***可以为二级纳滤分离***。
进一步地，本发明一种含硫酸钢铁酸洗废水回收处理工艺，冷冻结晶釜中设置的促结晶技术采用超声或/和投加晶种引发促进结晶。
进一步地，本发明一种含硫酸钢铁酸洗废水回收处理工艺，低温结晶过程的温度控制在1~8 ℃。
进一步地，本发明一种含硫酸钢铁酸洗废水回收处理工艺，用于浓缩透过三级纳滤（NF3）***的透过液的膜蒸馏工序采用疏水的内压式中空纤维微孔膜，膜材质为聚四氟乙烯（PTFE），内径为0.3~0.5 mm，外径为1.5~2.5 mm。
进一步地，本发明一种含硫酸钢铁酸洗废水回收处理工艺，所述膜蒸馏工序属低温膜蒸馏技术，热侧温度为40~60 ℃，可以利用太阳能、地热、或工业废热。
在初沉池、结晶釜、耐酸纳滤膜离***的进水口和产水口、高浓度酸液均设有在线监测控制器，实时监测硫酸及硫酸盐浓度，以便实时监控设备和***运行情况。
本发明的有益效果是：采用冷冻结晶得到的绿矾可满足工业使用，净化后的硫酸经膜蒸馏浓缩至30-80 wt.%。得到高品质硫酸，可用直接回用，从而降低了废酸、中和产生的固体废弃物对环境的污染，实现了有用物质的回收，达到了近零排放的目的。
附图说明
图1为钢铁酸洗废水处理工艺流程图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
实施例 1
取硫酸酸洗废液 1 m3，经检测，硫酸浓度：180 g/L，Fe2+浓度: 30 g/L。该废液首先经过初沉池，去除废水中的可沉物和漂浮物；初沉池的上清液进入陶瓷微滤***，去除胶体物质。微滤***所采用的陶瓷微滤膜为采用干压成型法制备的、耐酸碱的、添加了SiO2和TiO2的氧化铝陶瓷微滤膜，有效孔径：0.2 µm。陶瓷微滤***透过液进入三级耐酸纳滤分离***，对废酸溶液进行净化：一级、二级纳滤浓缩液进入冷冻结晶***，得工业级绿矾（FeSO4·7H2O）。废酸溶液经过三级纳滤分离后，Fe2+浓度降低至：0.24 mg/L, 硫酸浓度：200 g/L，得较洁净硫酸水溶液。耐酸纳滤分离工序采用以色列AMS公司的A3012耐酸纳滤膜，MWCO：180 Da,三级NF操作压力分别为：5.5 MPa、4.8 MPa、及4.5 MPa。三级纳滤后，较洁净硫酸水溶液进入二段膜蒸馏***，负压下操作，热源为工厂废热。经二段膜蒸馏***后，硫酸浓度浓缩至：400-420 g/L。膜蒸馏***采用超疏水的聚四氟乙烯（PTFE）中空纤维微孔膜，有效膜孔径：0.3 µm，内径：1.2 mm，外径：2.5 mm。
实施例 2
取不锈钢酸洗废硫酸液 10 m3 ，经检测，硫酸浓度：160 g/L，Fe2+浓度: 45.8 g/L，总铬浓度：16.0 g/L，镍离子：6.7g/L，锰离子：0.72 g/L。该废液经二级沉淀池后，上清液进入陶瓷微滤***，微滤***所采用的陶瓷微滤膜为氧化锆陶瓷微滤膜，有效孔径：0.3 µm。微滤透过液进入三级耐酸纳滤膜分离***，此处所采用的耐酸纳滤膜为美国GE耐酸纳滤膜Duracid NF8040F35。三级纳滤分离***操作压力分别为：5.0 MPa、4.8 MPa、及4.5 MPa。
一级、二级纳滤浓缩液进入冷冻结晶***，得工业级绿矾（FeSO4 ·7H2O）。三级纳滤后，硫酸溶液中金属离子浓度含量如下，Fe2+浓度: 0.3 mg/L, 总铬浓度：0.1 mg/L，镍离子：0.05 mg/L，锰离子：0.02 mg/L；硫酸浓度：185.4 g/L。较洁净硫酸水溶液进入二段膜蒸馏***，负压下操作，热源为地热。经二段膜蒸馏***后，硫酸浓度浓缩至：340 g/L。膜蒸馏***采用疏水化的聚酰亚胺微孔复合膜，平均孔径：0.26 µm，孔隙率：85.5%，内径：1.2 mm，外径：2.5 mm，其透过系数为2.2×10-3 kg/(m2·h·Pa) 。膜蒸馏***操作温度：60-70 ℃。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种钢铁酸洗废水处理的集成工艺，其特征在于：采用陶瓷微滤（MF）膜对自沉淀池的上清液进行过滤，去除悬浮物和胶体物质；经过陶瓷微滤（MF）***的透过液进入三级耐酸纳滤(NF)分离***进行净化，其中被一级纳滤***（NF1）和二级纳滤***（NF2）截留的浓缩液富含FeSO4，将其输送至冷冻结晶釜中，采用促结晶技术引发促进结晶，得工业级绿矾（FeSO4 ·7H2O）；透过三级纳滤（NF3）***的透过液采用膜蒸馏技术进行浓缩。
2.根据权利要求1所述的一种含硫酸钢铁酸洗废水回收处理工艺，其特征在于：所述陶瓷微滤（MF）采用的膜材质可以是氧化铝质、氧化钛质、氧化锆质、或其复合材料，其孔径范围：0.1~10 µm。
3.根据权利要求1所述的一种含硫酸钢铁酸洗废水回收处理工艺，其特征在于：耐酸纳滤膜可以为中性、两性、或荷电（荷正或负电荷），截留分子量（MWCO，范围： 180~2000 Da。
4.根据权利要求1或3所述的一种含硫酸钢铁酸洗废水回收处理工艺，其特征在于：三级NF操作压力分别为：4.8-5.5 MPa、4.5-5.0 MPa、及4.0-5.0 MPa。
5.根据权利要求1所述的一种钢铁酸洗废水处理的集成工艺，其特征在于耐酸膜分离***可以为二级纳滤分离***。
6.根据权利要求1所述一种钢铁酸洗废水处理的集成工艺，其特征在于冷冻结晶釜中设置的促结晶技术采用超声或/和投加晶种引发促进结晶。
7.根据权利要求1所述的一种钢铁酸洗废水处理的集成工艺，其特征在于：低温结晶过程的温度控制在1~8 ℃。
8.根据权利要求1所述一种钢铁酸洗废水处理的集成工艺，其特征在于：用于浓缩透过三级纳滤（NF3）***的透过液的膜蒸馏工序采用疏水的内压式中空纤维微孔膜，膜材质为聚四氟乙烯（PTFE），内径为0.3~0.5 mm，外径为1.5~2.5 mm。
9.根据权利要求1所述工艺，其特征在于：所述膜蒸馏工序属低温膜蒸馏技术，热侧温度为40~60 ℃，可以利用太阳能、地热、或工业废热。
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