一种冷轧废水离子交换的浓盐水达标排放处理系统和方法与流程

本发明涉及水处理技术领域，具体涉及一种钢铁行业冷轧废水离子交换产生的浓盐水的达标排放处理系统和处理方法。

背景技术：

国家环境保护部2012年6月颁布了最新钢铁行业废水排放标准《钢铁工业水污染物排放标准》(gb13456-2012)。新标准对主要污染物制定了更加严格的排放限值，如《钢铁工业水污染物排放标准》(gb13456-1992)中，一级标准要求codcr≤100mg/l，油类≤8mg/l，ss≤70mg/l，而新标准表3冷轧废水排放规定，codcr≤30mg/l，油类≤1mg/l，ss≤20mg/l。另外，新标准增加了部分污染物排放控制项目，如总铁、总铜、总砷、总铬、总铅、总镍、总镉、总汞等污染物控制项目。标准要求自2015年1月1日起，现有企业必须按照表2要求执行，对于国土开发密度已经较高。环境承载能力开始减弱，或环境容量较小、生态环境脆弱，容易发生严重环境污染问题而需要采取特别保护措施的地区，执行表3规定的水污染物特别排放限值。因此，全国大部分钢铁企业面临提标改造，使最终排放废水满足新标准的要求。

冷轧废水种类繁多，主要包括乳化液废水、浓油强碱废水、平整液废水、稀油弱碱废水、酸性废水、含铬废水等。最终排放废水是指上述所有废水经过除油、ph调整、氧化、还原、混凝沉淀、生化等传统工序处理后的废水，由于此部分废水水质相较于其他冷轧废水水质较好，较易进行深度处理及回收利用。

而浓盐水由于水中的离子含量高、成份复杂，是众所周知的难题，目前很多企业由于担心无法解决回用过程中的浓盐水处理问题，往往放弃废水回用这项节能环保的措施，选择直接排放，给生态环境增加负担。本着节能减排的宗旨，利用离子交换法可对最终排放废水进行深度回用，使其出水满足循环冷却水系统补水要求。但离子交换法随之产生的浓盐水同样需要进行处理，使其出水同样必须满足《钢铁工业水污染物排放标准》(gb13456-2012)表3要求方可排放。离子交换法深度回用后产生的的浓盐水主要超标水质情况codcr：100-150mg/l，ss：80-120mg/l，总氮：25-45mg/l，总铅：0.16-0.24mg/l，总镍：0.082-0.11mg/l，总铬：0.12-0.22mg/l，总铁：2.5-3mg/l。

现有技术中采用的浓盐水达标排放处理工艺各不相同，如公开号为cn105084602a发明名称为：一种降解浓盐水cod的方法中公开了如下内容：浓盐水经软化处理，通过化学法降低浓盐水中的硬度，从而去除浓盐水中的部分cod；再经催化氧化处理、絮凝沉降处理，强化絮凝作用，达到降解 cod的目的。催化氧化技术和絮凝沉降技术联合使用，能有效降解浓盐水中的cod。cod去除率能提高10％～15％、色度能降低5～10倍。但是浓盐水除了cod超标，往往还伴随着总氮及其他离子如重金属离子等超标。同时化学法降低浓盐水中的硬度过程中需要投加大量药剂，运行成本较高，还会提高浓盐水的碱度。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题在于提供一种针对呈饱和态的高导电率冷轧废水的离子交换浓盐水达标排放处理系统。

其所要解决的技术问题可以通过以下技术方案来实施。

一种冷轧废水离子交换的浓盐水达标排放处理系统，按照废水流经顺序，依次包括中和槽、提升泵、低温等离子气浮装置、电氧化装置、中间水池、过滤器进水泵、保安过滤器和重金属吸附过滤器，所述中和槽的出口连接所述提升泵，再连接所述低温等离子气浮装置。

作为本技术方案的进一步改进，所述的低温等离子气浮装置包括依次连接的低温等离子发生器、多相流水泵、溶气罐和释放头，以及位于该装置上部的刮渣机；该低温等离子气浮装置的上部进口接所述提升泵的出水管道，出口接所述电氧化装置。

作为本技术方案的更进一步改进，所述低温等离子气浮装置中的等离子体是由电子、正负离子、激发态的原子、分子以及自由基等粒子组成；低温等离子反应仓内有湿度的空气经所述低温等离子发生器激发产生的带有羟基自由基和臭氧的气体经所述释放头输送至流经的废水，使羟基自由基和臭氧与污染物充分接触并产生氧化反应，直接将其氧化为co2、水或盐，不产生二次污染。

进一步，所述的低温等离子气浮装置采用脉冲电源系统，所述脉冲电源系统为双极性脉冲电源，电源采用低压交流电(电压220v,频率50hz)，脉冲宽度<600ns，输出工作电压30-40kv，工作脉冲>80hz，放电电极系统由多组电极组成。电极间距10mm-20mm，表面覆盖有绝缘介质。装置外壳采用有机玻璃材质制作。

本发明的低温等离子气浮装置通过多相流水泵将羟基自由基和臭氧的混合气体及水吸入溶气罐中，通过释放头进行释放。释放头在高压水流的推动力下旋转，将大气泡切割成微纳米气泡，并使气泡带有负电荷，对水中污染物或悬浮物的吸附效果显著。气泡具有上升速度慢，具有自身增压的效果，且比表面积非常大，具有超常的气体溶解能力。

也作为本技术方案的进一步改进，所述电氧化装置内设置电氧化气浮电极板，所述电极板分正 极和负极，正负极通过交叉排列组合形式重叠成电极组。

所述的电氧化装置的电极在电催化氧化技术中处于“心脏”的地位，既能导电，又能对反应物进行活化，提高电子的转移速率。电极板以钛基板为基材，导电性好，化学性质稳定，抗腐蚀，耐损耗。电极固化有良好催化作用的复合材料(ti、sno2、pt、pbo2等贵金属材料)为表面材料，运行周期长、电极耐消耗、催化剂不流失、无二次污染。

进一步，所述电氧化装置的电极板的厚度为1～3mm，相邻电极板间距为1～5mm，电极正负极之间覆盖有绝缘介质；电源工作电压为0-30v，输出电流为0～400a，介质流速为0.5～2.5m/s，整流柜输出功率<12kw。

本发明的电氧化装置内设置电氧化气浮电极板和电氧化气浮刮渣机。交流电通过整流设备被转化成直流电后通过电极板，电极板产生微小气泡，通过产生电解混凝等效应，水中的杂质被微小气泡带至水面被刮渣机刮至浮渣槽。

还作为本技术方案的进一步改进，所述的中和槽连接压缩空气管道，还连接氢氧化钠药剂加药管；所述电氧化装置上部设置刮渣机及浮渣收集槽，底部设置沉渣收集槽，所述电氧化装置出口连接所述中间水池；所述中间水池出口经过滤器进水泵连接保安过滤器，所述过滤器进水泵还与所述低温等离子气浮装置连接；所述保安过滤器的出口连接所述重金属吸附过滤器；所述重金属吸附过滤器的出口接至排放口。

此外，所述重金属吸附过滤器与树脂酸碱再生装置连接，所述重金属吸附过滤器的进口还连接有纯水管道，出口则与废液箱连接；所述的树脂酸碱再生装置进口分别接纯水、盐酸药剂及氢氧化钠药剂，出口分别通过酸、碱液输送泵接所述重金属吸附过滤器。

进一步，流经所述中和槽的废水经所述氢氧化钠中和后的ph值为6.5—8.5；通过压缩空气曝气，均匀搅拌。

同样，所述的重金属吸附过滤器可内置除铬专项树脂，同时对其他的类型重金属仍有较好的吸附性能，可吸附常见的重金属离子。树脂主要的组分为丙烯酸及丙烯酰胺。重金属吸附过滤器体积为40～100l,内置树脂体积为20～50l,树脂体积占比为50％～60％。重金属吸附过滤器允许介质流速为0.5～1.5m/s。

本发明所要解决的另一技术问题在于提供一种采用如上冷轧废水离子交换的浓盐水达标排放处理系统的处理方法，该方法包括如下步骤：

(1)、低温等离子气浮装置中的低温等离子反应仓内有湿度的空气经低温等离子发生器激发产生 带有羟基自由基和臭氧的气体，经所述释放头输送至流经的废水，使羟基自由基和臭氧与污染物充分接触并产生氧化反应，直接将其氧化为co2、水或盐；

(2)、电氧化装置通过直接电催化使有机分子断键，以降解废水中的可溶性有机物以及难生物降解的有机物；通过阳极反应生成具有强氧化作用的中间产物或发生阳极反应之外的中间反应生成的·oh、·o2或·ho2自由基中间物质，氧化降解被处理污染物。

作为本方法的进一步改进，所述重金属吸附过滤器与树脂酸碱再生装置连接，所述重金属吸附过滤器的进口还连接有纯水管道，出口则与废液箱连接；所述的树脂酸碱再生装置进口分别接纯水、盐酸药剂及氢氧化钠药剂，出口分别通过酸、碱液输送泵接所述重金属吸附过滤器。

重金属吸附过滤器再生：当运行一定时间后，重金属吸附过滤器树脂层截留和吸附一定量的污染物，进出口压差大于0.5～0.8pa时出水水质变差。通过树脂再生装置，采用酸碱联合逆流再生，先用药剂为量百分比含量为5％-10％的盐酸，再生剂用量为2倍的树脂体积，逆流再生，完毕后用纯水漂洗至接近中性；再用药剂为质量百分比含量为4％-8％的氢氧化钠，再生剂用量为1倍的树脂体积，逆流再生，完毕后用纯水漂洗至接近中性。

本方法中的电氧化装置不仅可通过气浮作用去除水中杂质，而且可降解废水中的可溶性有机物，特别是难生物降解的有机物。有机物降解原理如下：

1)、直接氧化即污染物直接在阳极失去电子而发生氧化，有机物的直接电催化转化分两类进行：一是电化学转换，即把有毒物质转变为无毒物质，或把非生物兼容的有机物转化为生物兼容的物质(如芳香物开环氧化为脂肪酸)，以便进一步生物降解；二是电化学燃烧，即直接将有机物深度氧化为二氧化碳。

2)、间接氧化即通过阳极反应生成具有强氧化作用的中间产物(如·oh、·o2、·ho2等自由基)，最终达到氧化降解污染物的目的。有机物在含氧自由基的作用下降解，提高了电流效率，节省了电能消耗。

电氧化气浮通过氧化作用，将废水中的fe²⁺氧化为fe³⁺，作为絮凝剂提高废水的气浮效果和过滤效果，并去除废水中的fe³⁺。因此，电氧化气浮在不添加任何化学药剂的情况下，达到降解有机物，去除悬浮物及杀菌灭藻的作用。

采用上述达标排放处理系统和处理方法处理的冷轧废水离子交换的浓盐水，在依次流经上述装置后，系统出水水质满足《钢铁工业水污染物排放标准》(gb13456-2012)表3标准，主要污染物指标可以达到如下数据：

ph：7.0-9.0，codcr：≤30mg/l，ss：≤20mg/l，总氮：≤15mg/l，总铅：≤1mg/l，总镍：≤ 0.5mg/l，总铬：≤1mg/l，总铁：≤2mg/l。

本发明提供的冷轧废水离子交换的浓盐水达标处理工艺，处理效果稳定、生产运行成本低、操作运行简便，出水水质能达到《钢铁工业水污染物排放标准》(gb13456-2012)表3标准；采用本发明的工艺系统，只使用盐酸及氢氧化钠两种药剂，达到cod、ss、总氮和重金属等污染物的效果，降低废水处理运行成本。

附图说明

图1是本发明提供的冷轧离子交换浓盐水达标处理的工艺流程图；

图2本发明所述的酸液箱的应用流程示意图；

图3本发明所述的碱液箱的应用流程示意图；

图4本发明所述的废液箱的应用流程示意图；

图5电氧化装置示意图；

图6电氧化装置电极结构示意图。

图中：1——中和槽2——提升泵3——低温等离子气浮4——低温等离子发生器5——多相流水泵6——溶气罐7——刮渣机8——整流柜9——电氧化装置10——电极板11——中间水箱12——过滤器进水泵13——保安过滤器14——重金属吸附过滤器15——氢氧化钠16——曝气头17——释放头18——废渣收集槽19——盐酸20——除重金属树脂21——废液箱22——纯水23——酸液箱24——酸液输送泵25——碱液箱26——碱液输送泵27——废液输送泵28——正电级29——负电极30——绝缘网

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。

实施例1

实施例1采用冷轧废水站最终排放废水采用离子交换法深度回用时产生的浓盐水作为原水，原水水质如下表1所示，处理量为0.1m3/h，实施例1处理流程如图1所示处理流程。

表1：进水水质表

废水依次经过中和槽1、提升泵2、低温等离子气浮3、电氧化装置9、中间水池11、过滤器进水泵12、保安过滤器13、重金属吸附过滤器14。中和槽1通过氢氧化钠15的药剂中和废水至ph7.5，通过压缩空气曝气，均匀搅拌(即通过图1中的曝气头16来实现)。

低温等离子气浮装置包括依次连接的低温等离子发生器4、多相流水泵5、溶气罐6和释放头17。低温等离子装置中的等离子体是由电子、正负离子、激发态的原子、分子以及自由基等粒子组成的。低温等离子装置是将低温等离子反应仓内有湿度的空气进行激发，产生带有羟基自由基和臭氧的气体，再由释放头输送至污水，使羟基自由基和臭氧与污染物充分接触并产生氧化反应，直接将其氧化为co2、水或盐，不产生二次污染。

低温等离子装置的特征为脉冲电源系统采用双极性脉冲电源，电源采用低压交流电(电压220v,频率50hz)，脉冲宽度500ns，输出工作电压30kv，工作脉冲100hz，放电电极系统由多组电极组成。电极间距15mm，表面覆盖有绝缘介质。装置外壳采用有机玻璃材质制作。

电氧化装置9的电极板10连接外部的整流柜8，电极分正电极28和负电极29，正、负电极28和29通过交叉排列组合形式重叠成图6中所示的电极组，正、负电极28和29之间设有绝缘网30。电氧化装置通过直接电催化使有机分子断键，而且可降解废水中的可溶性有机物，特别是难生物降解的有机物。通过阳极反应生成具有强氧化作用的中间产物或发生阳极反应之外的中间反应生成的中间物质(·oh、·o2、·ho2等自由基)，氧化被处理污染物，最终达到氧化降解污染物的目的。

电氧化装置的电极在电催化氧化技术中处于“心脏”的地位，既能导电，又能对反应物进行活化，提高电子的转移速率。电极以钛基板为基材，导电性好，化学性质稳定，抗腐蚀，耐损耗)。电极固化有良好催化作用的复合材料(ru贵金属材料)为表面材料，运行周期长、电极耐消耗、催化剂不流失、无二次污染。

电氧化装置的电极板的厚度选用1mm，相邻电极板间距3mm，电极正负极之间覆盖有绝缘介质。电源工作电压为10v，输出电流350a，介质流速1m/s。整流柜输出功率3.5kw。

电氧化装置9上面设置刮渣机7及浮渣收集槽18，底部设置沉渣收集槽。

重金属吸附过滤器14内置除铬专项树脂(参见图中的除重金属树脂20)，同时对其他的类型重 金属仍有较好的吸附性能，可吸附常见的重金属离子。树脂主要的组分为丙烯酸及丙烯酰胺。重金属吸附过滤器14体积为40l，内置树脂体积为20l，树脂体积占比为50％。重金属吸附过滤器允许介质流速为1m/s。

重金属吸附过滤器再生：当运行一定时间后，重金属吸附过滤器树脂层截留和吸附一定量的污染物，进出口压差大于0.5时出水水质变差。通过树脂再生装置，采用酸碱联合逆流再生，先用药剂为量百分比含量为5％的盐酸(接口参见图中的标号19处)，再生剂用量为2倍的树脂体积，逆流再生，完毕后用纯水(接口参见图中的标号22处)漂洗至接近中性；再用药剂为质量百分比含量为4％的氢氧化钠(接口参见图1中右侧位的标号15处)，再生剂用量为1倍的树脂体积，逆流再生，完毕后用纯水漂洗至接近中性。

如图2所示，为重金属吸附过滤器14再生环节的酸液箱23连接示意，酸液箱23的一端为盐酸和纯水的进水口，另一端经酸液输送泵24通向重金属吸附树脂。同样，如图3所示，碱液箱25的一端连接氢氧化钠和纯水的进水口，另一端经碱液输送泵26通向重金属吸附树脂。在上述树脂再生装置的酸碱联合逆流再生过程中，废液通过图4中的废液箱21，经废液输送泵27送往重金属专业回收。

实施例1系统出水水质见下表2所示：

表2：出水水质情况

实施例2

实施例2采用冷轧废水站最终排放废水采用离子交换法深度回用时产生的浓盐水作为原水，原水水质如下表3所示，处理量为0.2m³/h，实施例2处理流程如图1所示处理流程。

表3：进水水质表

废水依次经过中和槽1、提升泵2、低温等离子气浮3、电氧化装置9、中间水池11、过滤器进 水泵12、保安过滤器13、重金属吸附过滤器14。

中和槽通过氢氧化钠药剂中和废水至ph7.8，通过压缩空气曝气，均匀搅拌。

低温等离子装置中的等离子体是由电子、正负离子、激发态的原子、分子以及自由基等粒子组成的。低温等离子装置是将低温等离子反应仓内有湿度的空气进行激发，产生带有羟基自由基和臭氧的气体，再由释放头输送至污水，使羟基自由基和臭氧与污染物充分接触并产生氧化反应，直接将其氧化为co2、水或盐，不产生二次污染。

低温等离子装置的特征为脉冲电源系统采用双极性脉冲电源，电源采用低压交流电(电压220v,频率50hz)，脉冲宽度500ns，输出工作电压30kv，工作脉冲100hz，放电电极系统由多组电极组成。电极间距15mm，表面覆盖有绝缘介质。装置外壳采用有机玻璃材质制作。

电氧化装置电极分正极和负极，正负极通过交叉排列组合形式重叠成电极组。电氧化装置通过直接电催化使有机分子断键，而且可降解废水中的可溶性有机物，特别是难生物降解的有机物。通过阳极反应生成具有强氧化作用的中间产物或发生阳极反应之外的中间反应生成的中间物质(·oh、·o2、·ho2等自由基)，氧化被处理污染物，最终达到氧化降解污染物的目的。

电氧化装置的电极在电催化氧化技术中处于“心脏”的地位，既能导电，又能对反应物进行活化，提高电子的转移速率。电极以钛基板为基材，导电性好，化学性质稳定，抗腐蚀，耐损耗)。电极固化有良好催化作用的复合材料(pbo2贵金属材料)为表面材料，运行周期长、电极耐消耗、催化剂不流失、无二次污染。

电氧化装置的特征为电极板的厚度选用1mm，相邻电极板间距2mm，电极正负极之间覆盖有绝缘介质。电源工作电压为10v，输出电流330a，介质流速0.9m/s。整流柜输出功率3.3kw。

电氧化装置上面设置刮渣机及浮渣收集槽，底部设置沉渣收集槽。

重金属吸附过滤器内置除铬专项树脂，同时对其他的类型重金属仍有较好的吸附性能，可吸附常见的重金属离子。树脂主要的组分为丙烯酸及丙烯酰胺。重金属吸附过滤器体积为40l,内置树脂体积为20l,树脂体积占比为50％。重金属吸附过滤器允许介质流速为0.9m/s。

重金属吸附过滤器再生：当运行一定时间后，重金属吸附过滤器树脂层截留和吸附一定量的污染物，进出口压差大于0.5时出水水质变差。通过树脂再生装置，采用酸碱联合逆流再生，先用药剂为量百分比含量为5％的盐酸，再生剂用量为2倍的树脂体积，逆流再生，完毕后用纯水漂洗至接近中性；再用药剂为质量百分比含量为4％的氢氧化钠，再生剂用量为1倍的树脂体积，逆流再生，完毕后用纯水漂洗至接近中性。

实施例2系统出水水质见下表4所示：

表4：出水水质情况

采用本发明提供的冷轧废水离子交换的浓盐水达标排放处理工艺和处理系统，专门针对冷轧废水离子交换的浓盐水这种饱和态的高导电率污水的特点，采用特定的顺序，主要利用了低温等离子气浮、电氧化装置、重金属吸附等技术手段，达到了较好的处理效果，其处理系统稳定、效果良好、处理成本低、操作方便，出水水质能达到出水水质基本满足《钢铁工业水污染物排放标准》(gb13456-2012)表3要求。也可作为冷轧及硅钢废水提标改造的浓盐水达标排放处理工艺流程。