數(shù)據(jù)顯示，2013年我國(guó)粗鋼產(chǎn)量達(dá)到7.82億噸，超過(guò)了全球總產(chǎn)量的50%，鋼鐵行業(yè)用水約占全國(guó)工業(yè)用水量的14%。鋼鐵行業(yè)是全國(guó)的用水大戶，反滲透膜技術(shù)為鋼鐵行業(yè)節(jié)水減排。

     

     隨著水資源短缺局面的加劇，鋼鐵企業(yè)通過(guò)采用串級(jí)用水、循環(huán)用水、一水多用和分級(jí)使用等方式提高了廢水重復(fù)利用率，而這些方式實(shí)現(xiàn)的重要前提是離子交換技術(shù)和反滲透膜技術(shù)的應(yīng)用。特別是近些年來(lái)，反滲透膜技術(shù)憑借其性能穩(wěn)定、占地面積小、運(yùn)行費(fèi)用低、管理簡(jiǎn)單等特點(diǎn)而在鋼鐵行業(yè)獲得了快速發(fā)展。但是由于對(duì)鋼鐵行業(yè)廢水水量、水質(zhì)特征認(rèn)識(shí)不足，以及對(duì)反滲透膜在鋼鐵行業(yè)應(yīng)用規(guī)模、地區(qū)分布、水源、工藝及回用類型等特征的總結(jié)不足，影響了其進(jìn)一步應(yīng)用。
     一、鋼鐵行業(yè)取、排水特征
     1、取、排水水量特征
近年來(lái)，通過(guò)不斷采用各種先進(jìn)工藝和技術(shù)設(shè)備，特別是采用各種節(jié)水、廢水回用等措施，我國(guó)鋼鐵行業(yè)噸鋼取水量和噸鋼排水量分別由2002年的15.7m3/t、11.0m3/t逐步下降到2009年的4.5m3/t、2.06m3/t（圖1）。2007年以來(lái)，噸鋼取水量達(dá)到鋼鐵企業(yè)清潔生產(chǎn)一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，2009年噸鋼外排水量也接近鋼鐵企業(yè)清潔生產(chǎn)一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)中噸鋼排水量≤2m3/t的標(biāo)準(zhǔn)。但是，與國(guó)外鋼鐵行業(yè)相比我國(guó)鋼鐵行業(yè)還存在較大的差距，例如噸鋼取水量日本鹿島為2.1m3/t，阿薩洛為2.4m3/t，德國(guó)蒂森克虜伯為2.6m3/t[5]。因此要進(jìn)一步降低噸鋼取水量和噸鋼排水量，采取適當(dāng)?shù)乃幚砑夹g(shù)對(duì)鋼鐵廢水回用是必然的選擇。
     隨著水處理技術(shù)的發(fā)展和不斷應(yīng)用，我國(guó)鋼鐵行業(yè)的水重復(fù)利用率由2002年的90.5%逐步提升至2009年的97%，已經(jīng)達(dá)到鋼鐵企業(yè)清潔生產(chǎn)一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。相應(yīng)地，在這期間，噸鋼COD排放量由0.56kg/t下降到0.09kg/t，達(dá)到鋼鐵企業(yè)清潔生產(chǎn)一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，重點(diǎn)鋼COD排放量，又可以提高水的重復(fù)利用率。所以，降低鋼鐵行業(yè)噸鋼取、排水量和噸鋼COD排放量，以及提高水重復(fù)利用率的關(guān)鍵措施就是大力開展廢水回用技術(shù)。
     2、廢水水質(zhì)特征
     鋼鐵廠耗水工序較多，根據(jù)耗水量大小主要有電爐、冷軋、煉鐵、鋼絲、鐵合金、鋼加工、熱軋、煉鋼等工序，它們是鋼鐵廠廢水的主要來(lái)源。不同工序產(chǎn)生的廢水水質(zhì)差異較大，例如煉鐵廢水水溫高、懸浮物含量大，熱軋廢水含有大量氧化鐵和油脂，冷軋廢水含有油脂、乳化液和酸、堿。但是大部分鋼鐵企業(yè)是將各工序的廢水（或經(jīng)單獨(dú)處理后，如軋鋼廢水）匯總到總排車間統(tǒng)一處理或排放[1]。因此鋼鐵企業(yè)的廢水水質(zhì)有一定的共性，張智瑞等通過(guò)對(duì)安鋼、韶鋼、天剛、唐鋼等12個(gè)鋼鐵企業(yè)排放的廢水水質(zhì)情況進(jìn)行匯總，得到表1所示的鋼鐵企業(yè)廢水水質(zhì)情況。從中可以看出廢水中pH值呈弱堿性，主要污染為懸浮物和油類，總硬度、總堿度、含鹽量較高。
     鋼鐵廠廢水一般要經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單的物理處理才能排放，傳統(tǒng)的處理系統(tǒng)包括：混凝澄清、高密度澄清、曝氣生物濾池、快速氧化、V型濾池等。經(jīng)過(guò)這些常規(guī)前處理后，水質(zhì)指標(biāo)如表1所示。其特點(diǎn)為：pH值有一定下降，基本呈中性；懸浮物和油類得到一定的去除，一般在30mg/L和1.4mg/L左右；CODCr受進(jìn)水水質(zhì)影響較大，一般保持在40mg/L以上；總硬度、總堿度、含鹽量依然較高。從這些特征可以發(fā)現(xiàn)，這類廢水非常適合用膜法水處理技術(shù)進(jìn)行回用，特別是對(duì)廢水進(jìn)行脫鹽，反滲透膜技術(shù)以其性能穩(wěn)定、占地面積小、運(yùn)行費(fèi)用低、管理簡(jiǎn)單等特點(diǎn)而具有較大的優(yōu)勢(shì)。
     二、反滲透膜在鋼鐵企業(yè)應(yīng)用現(xiàn)狀和問(wèn)題
     1、地區(qū)分布特點(diǎn)
     截止到2010年，反滲透膜在我國(guó)鋼鐵企業(yè)的投運(yùn)規(guī)模已超過(guò)36.6萬(wàn)m3/d，呈典型的地區(qū)分布特征。總體來(lái)說(shuō)，主要可以分為以下四類地區(qū)：第一類是山西、河北、內(nèi)蒙古，分別占總應(yīng)用規(guī)模的28.9%、26.0%、17.5%，它們的應(yīng)用規(guī)模之和占到了總規(guī)模的72.3%以上；其次是山東和安徽，它們的應(yīng)用規(guī)模占比分別為5.8%、7.5%；第三類是北京、河南、上海，它們的應(yīng)用規(guī)模占比分別是3.9%、3.8%、3.2%；第四類為天津、江蘇、廣東，分別為1.3%、0.79%、1.3%，而其他地區(qū)尚無(wú)反滲透膜應(yīng)用。
     通過(guò)將反滲透膜應(yīng)用規(guī)模地區(qū)分布與人均水資源量、地區(qū)鋼鐵產(chǎn)量的地區(qū)分布進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)如下特征：（1）水資源極度匱乏（人均水資源量在1000m3以下）、鋼鐵產(chǎn)量很大（3000萬(wàn)噸以上）的地區(qū)，反滲透膜技術(shù)應(yīng)用最多，如河北、山西、山東；（2）有一定水資源（人均水資源量在1000~2500m3之間），但生態(tài)環(huán)境脆弱地區(qū)，反滲透膜技術(shù)的應(yīng)用也較大，如內(nèi)蒙古；（3）水資源較豐沛，鋼鐵產(chǎn)量小的地區(qū)基本沒(méi)有發(fā)展反滲透技術(shù)，如江西、四川、廣西、云南、福建等。（4）鋼鐵產(chǎn)量小，但水資源緊缺地區(qū)，反滲透技術(shù)得到了一定發(fā)展，如北京、天津、河南、上海等。從中還可以發(fā)現(xiàn)未來(lái)反滲透膜技術(shù)得到較快發(fā)展的地區(qū)將是遼寧、江蘇、湖北、湖南等鋼鐵產(chǎn)量大，但水資源緊缺地區(qū)。
     2、水源、工藝、回用特點(diǎn)反滲透膜作為鋼鐵企業(yè)脫鹽水處理工藝，其水源主要有冶煉軋鋼廢水、地表水、綜合廢水、市政污水等。通過(guò)對(duì)反滲透在鋼鐵企業(yè)中的29個(gè)應(yīng)用實(shí)例的水源統(tǒng)計(jì)，發(fā)現(xiàn)其水源主要是冶煉軋鋼廢水、綜合廢水、市政污水等非常規(guī)水源，具體見表2。此外，唐鋼利用企業(yè)周邊的礦井廢水作為反滲透膜工藝的水源，取得了非常好的效果（文獻(xiàn)）。而利用地表水、地下水等常規(guī)水源作為反滲透的水源比重不到24%，這可能跟鋼鐵企業(yè)大都處在水資源較為緊缺地區(qū)有關(guān)?？梢灶A(yù)見，隨著水資源進(jìn)一步短缺和對(duì)水資源回收利用程度的加大，常規(guī)水源的比重將進(jìn)一步減小。
     從工藝類型看，目前反滲透在鋼鐵廢水回用主要有三種工藝，即：超濾+反滲透、多介質(zhì)過(guò)濾+反滲透、多介質(zhì)過(guò)濾+超濾+反滲透，其中前兩種工藝的占比之和超過(guò)90%（表2）。它們的主要區(qū)別在于反滲透的預(yù)處理，即超濾和活性炭。超濾主要是能去除水中非溶解性雜質(zhì)，特別是鋼鐵廢水中的總鐵，其產(chǎn)水的濁度（NTU）在1以下，SDI15<3。活性炭工藝通過(guò)吸附作用去除油類和小分子有機(jī)物，保證后續(xù)反滲透膜的進(jìn)水安全。因此，在具體應(yīng)用時(shí)可根據(jù)廢水性質(zhì)進(jìn)行選用，一般來(lái)說(shuō)廢水中當(dāng)含油脂較多（如軋鋼冶煉廢水）時(shí)，可優(yōu)先考慮多介質(zhì)過(guò)濾+反滲透工藝，當(dāng)廢水中含非溶解性雜質(zhì)較多（如煉鐵廢水）時(shí)，則可考慮超濾+反滲透工藝。而當(dāng)廢水中這兩類污染物質(zhì)都較多時(shí)，可考慮多介質(zhì)+超濾+反滲透，這也是該工藝有接近10%應(yīng)用規(guī)模的原因。
     從回用類型看，反滲透膜出水主要運(yùn)用于污水綜合回用、工業(yè)用純水、循環(huán)水系統(tǒng)補(bǔ)水、冷軋用水等，各回用類型所占比重見表2。一般來(lái)說(shuō)，一級(jí)反滲透出水的的電導(dǎo)率在25μS/cm以下，基本能滿足以上回用水水質(zhì)要求，但要滿足鍋爐補(bǔ)水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，需要增加后續(xù)處理單元，如多級(jí)反滲透膜或電滲析等，使得除鹽水的電導(dǎo)率在5μS/cm以下，這樣就增加了處理成本，這是目前除鹽水回用于鍋爐補(bǔ)給水的占比只有1.77%的重要原因。

     反滲透膜的運(yùn)用降低了回用水的含鹽量，提高了水資源的循環(huán)利用率，大大降低了廢水排放量。

    

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