一种冷轧高盐浓缩液资源化处理方法和系统与流程

1.本发明属于水处理技术领域，具体涉及一种冷轧高盐浓缩液资源化处理方法和系统。


背景技术：

2.钢铁工业是一个高能耗、高资源、高污染的产业，其水资源消耗巨大，约占全国工业用水量的14％。
3.冷轧稀碱废水主要来自轧机机组、磨辊间和带钢脱脂机组等各机组的油库排水。经过常规处理后的冷轧稀碱废水达标排放。为了减少废水排放，采用反渗透技术处理达标排放的冷轧稀碱废水，反渗透产水可应用于生产。经过多级反渗透浓缩后，反渗透浓水变成了高盐浓缩液，电导率在50000μs/cm。高盐浓缩液的处理成为钢铁废水零排放处理中的一个难点。
4.然而到目前为止，还没有同时冷轧高盐浓缩液的处理方法和工艺。本发明的目的就是根据冷轧高盐浓缩液的水质水量情况，开发出经济、高效的资源化处理工艺，以循环利用节能减排为主要任务，减少环境污染，积极应对日益严格的环境保护法规。


技术实现要素：

5.本发明目的在于提供了一种冷轧高盐浓缩液资源化处理方法和系统，本发明的处理对象为冷轧高盐浓缩液。
6.本发明采用的技术方案如下：
7.一种冷轧高盐浓缩液资源化处理方法，包括如下步骤：
8.(1)所述冷轧高盐浓缩液进入改性树脂吸附塔，所述改性树脂吸附塔内置自制的改性树脂填料，改性树脂由以下步骤制备而成：在氯仿溶液中加入聚苯乙烯-二乙苯烯、n,n-二烷基脂肪酰胺、n-双(2-乙基已基)丙二酰胺和氯磺酸，然后在反应釜中氮气保护加热反应；反应后冷却，过滤，干燥，获得改性聚苯乙烯；然后在二氯甲烷中加入改性聚苯乙烯和乙二胺，加热回流反应后过滤、干燥，得到改性树脂；
9.所述改性树脂填料占整个改性树脂塔体积的90～95％，经过改性树脂吸附塔后，高盐浓缩液水钙离子为2～7mg/l，镁离子为0.5～2mg/l；
10.(2)经过改性树脂吸附后的冷轧高盐浓缩液进入电渗析装置，电渗析装置膜堆含有阴膜和阳膜，阴膜和阳膜间隔排列，阳膜为苯乙烯系磺酸型阳离子交换膜，阴膜为苯乙烯季铵型均相阴离子交换膜；电渗析的恒电压为230v，脱盐率为62～69％，产水回收率为80～84％；
11.(3)冷轧高盐浓缩液电渗析浓液进入双极膜电渗析装置，双极膜电渗析装置产的酸进入酸罐，产的碱进入碱罐，直接应用于工业生产。
12.进一步，所述改性树脂对体积交换容量为3.1～3.9mmol/ml。
13.进一步，所述冷轧高盐浓缩液在改性树脂置换吸附反应塔中的停留时间为15～
25min。
14.根据本发明所述一种冷轧高盐浓缩液资源化处理方法，更进一步，所述改性树脂具体由以下步骤制备而成：1)选取聚苯乙烯-二乙苯烯，交联度6～8％之间，按体积在每升氯仿溶液中加入85～230g聚苯乙烯-二乙苯烯、35～67g的n,n-二烷基脂肪酰胺、5～12g的n-双(2-乙基已基)丙二酰胺和34～47ml氯磺酸，然后反应釜在氮气保护氛围中加热至60～75℃，机械搅拌8～12h，机械搅拌速度为40～45转/min；2)反应结束后混合物冷却，过滤出聚合物，用二氯甲烷清洗8～11次，然后真空干燥2～3h，获得改性聚苯乙烯中间产物；3)按体积在每升二氯甲烷溶液中加入340～450g的改性聚苯乙烯和45～55ml的乙二胺，在密闭反应釜中加热回流3～6h，反应结束后常温下过滤，用石油醚清洗3～5次，用清水清洗3～5次，在60℃的真空干燥后得到胺基改性聚苯乙烯螯合树脂，即改性树脂。
15.根据本发明所述一种冷轧高盐浓缩液资源化处理方法，处理前冷轧高盐浓缩液水质特征：ph为6.8～8.5，电导率为51200～67450μs/cm，钙离子为34～113mg/l，镁离子为14～45mg/l。
16.进一步，电渗析装置膜堆的阴膜和阳膜的膜面积为400mmx1200mm。
17.根据本发明所述一种冷轧高盐浓缩液资源化处理方法，经过电渗析装置后，电渗析产水回到前端反渗透装置，冷轧高盐浓缩液电渗析浓液电导率为134200～173850μs/cm，钙离子为14～25mg/l，镁离子为4～7mg/l。
18.根据本发明所述一种冷轧高盐浓缩液资源化处理方法，进一步，双极膜电渗析装置膜堆采用的是三室式结构，每一个单元(每一个三室式结构单元)由双极膜、阴离子交换膜和阳离子交换膜分隔组成酸室、盐室和碱室。
19.根据本发明所述一种冷轧高盐浓缩液资源化处理方法，更进一步，双极膜电渗析装置的阴膜、阳膜和双极膜的膜面积均为400mmx1200mm，膜间隔为1.2～1.5mm。
20.本发明还提供一种冷轧高盐浓缩液资源化处理系统，为上述冷轧高盐浓缩液资源化处理方法所应用的系统，所述系统依次包括：进水泵1、改性树脂吸附塔2、一级进水泵4、电渗析装置5、二级进水泵6和双极膜电渗析装置7，酸液罐8和碱液罐9分别与双极膜电渗析装置7连接；所述改性树脂吸附塔2内置改性树脂3，所述改性树脂填料占整个改性树脂塔体积的90～95％；电渗析装置膜堆含有阴膜和阳膜，阴膜和阳膜间隔排列；双极膜电渗析装置7膜堆采用的是三室式结构，每一个单元由双极膜、阴离子交换膜和阳离子交换膜分隔组成酸室、盐室和碱室。
21.发明详述：
22.冷轧达标排放的废水经过反渗透膜多级浓缩得到冷轧高盐浓缩液。冷轧高盐浓缩液水质特征：ph为6.8～8.5，电导率为51200～67450μs/cm，钙离子为34～113mg/l，镁离子为14～45mg/l。
23.一种冷轧高盐浓缩液资源化处理系统，包括进水泵、改性树脂吸附塔、改性树脂、一级进水泵、电渗析装置、二级进水泵、双极膜电渗析装置、酸液罐、碱液罐。
24.所述冷轧高盐浓缩液通过进水泵进入改性树脂吸附塔，改性树脂填料占整个改性树脂塔体积的90～95％。冷轧高盐浓缩液在改性树脂置换吸附反应塔中的停留时间为15～25min。经过改性树脂吸附塔后，高盐浓缩液水钙离子为2～7mg/l，镁离子为0.5～2mg/l。
25.本发明的改性树脂根据冷轧高盐浓缩液的特性制备而成。1)选取聚苯乙烯-二乙
苯烯，交联度6～8％之间，按体积在每升氯仿溶液中加入85～230g聚苯乙烯-二乙苯烯、35～67g的n,n-二烷基脂肪酰胺、5～12g的n-双(2-乙基已基)丙二酰胺和34～47ml氯磺酸，然后反应釜在氮气保护氛围中加热至60～75℃，机械搅拌8～12h，机械搅拌速度为40～45转/min；2)反应结束后混合物冷却，过滤出聚合物，用二氯甲烷清洗8～11次，然后在30℃的真空干燥2～3h，获得改性聚苯乙烯中间产物；3)按体积在每升二氯甲烷溶液中加入340～450g的改性聚苯乙烯和45～55ml的乙二胺，在密闭反应釜中加热回流3～6h，反应结束后常温下过滤，用石油醚清洗3～5次，用清水清洗3～5次，在60℃的真空干燥12h后得到胺基改性聚苯乙烯螯合树脂(简称改性树脂)。改性树脂对体积交换容量为3.1～3.9mmol/ml，对钙离子和镁离子用很强的吸附置换能力。
26.经过改性树脂吸附后的冷轧高盐浓缩液通过一级进水泵进入电渗析装置。电渗析中试装置膜堆含有包含阴膜和阳膜，阴膜和阳膜间隔排列，阴膜和阳膜的膜面积为400mmx1200mm。阳膜为苯乙烯系磺酸型阳离子交换膜，阴膜为苯乙烯季铵型均相阴离子交换膜。电渗析的恒电压为230v，脱盐率为62～69％，产水回收率为80～84％。经过电渗析装置后，电渗析产水回到前端反渗透装置，冷轧高盐浓缩液电渗析浓液电导率为134200～173850μs/cm，钙离子为14～25mg/l，镁离子为4～7mg/l。
27.所述冷轧高盐浓缩液电渗析浓液通过二级进水泵进入双极膜电渗析装置。膜堆采用的是三室式结构，每一个单元由双极膜、阴离子交换膜和阳离子交换膜分隔组成酸室、盐室和碱室.废水通入盐室，起始一定浓度的酸性溶液和碱性溶液分别通入酸室和碱室。阴膜、阳膜和双极膜的膜面积均为400mmx1200mm。膜间隔为1.2～1.5mm，阳极板材质为钛板，阴极板材质为316不锈钢。双极膜电渗析装置产的酸进入酸罐，产的碱进入碱罐。产酸的浓度1.85～1.96mol/l，产碱浓度为1.69～1.81mol/l。酸罐中的酸和碱罐中的碱可直接应用于工业生产。
28.双极膜电渗析装置将冷轧高盐浓缩液分离变为可工业应用的酸和碱，实现了资源化的处理方法。
29.有益的技术效果：
30.本发明提供的一种冷轧高盐浓缩液资源化处理方法和系统，处理对象为冷轧达标排放的废水经过反渗透膜多级浓缩得到冷轧高盐浓缩液。经本发明工艺处理后，除去钙离子和镁离子，将浓缩液分离变为可工业应用的酸和碱，不产生杂盐和危险废物，实现了资源化和无害化的处理。
附图说明
31.图1为本发明所述冷轧高盐浓缩液资源化处理系统流程图。
32.其中：进水泵-1、改性树脂吸附塔-2、改性树脂-3、一级进水泵-4、电渗析装置-5、二级进水泵-6、双极膜电渗析装置-7、酸液罐-8、碱液罐-9。
具体实施方式
33.为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。
34.实施例1：
35.冷轧达标排放的废水经过反渗透膜多级浓缩得到冷轧高盐浓缩液。冷轧高盐浓缩液水质特征：ph为7.7，电导率为56480μs/cm，钙离子为87mg/l，镁离子为31mg/l。
36.一种冷轧高盐浓缩液资源化处理系统，包括进水泵、改性树脂吸附塔、改性树脂、一级进水泵、电渗析装置、二级进水泵、双极膜电渗析装置、酸液罐、碱液罐。
37.所述冷轧高盐浓缩液通过进水泵进入改性树脂吸附塔，改性树脂填料占整个改性树脂塔体积的95％。冷轧高盐浓缩液在改性树脂置换吸附反应塔中的停留时间为25min。经过改性树脂吸附塔后，高盐浓缩液水钙离子为5mg/l，镁离子为1.1mg/l。
38.本发明的改性树脂根据冷轧高盐浓缩液的特性制备而成。1)选取聚苯乙烯-二乙苯烯，交联度8％之间，按体积在每升氯仿溶液中加入230g聚苯乙烯-二乙苯烯、67g的n,n-二烷基脂肪酰胺、12g的n-双(2-乙基已基)丙二酰胺和37ml氯磺酸，然后反应釜在氮气保护氛围中加热至75℃，机械搅拌12h，机械搅拌速度为45转/min；2)反应结束后混合物冷却，过滤出聚合物，用二氯甲烷清洗8次，然后在30℃的真空干燥2h，获得改性聚苯乙烯中间产物；3)按体积在每升二氯甲烷溶液中加入350g的改性聚苯乙烯和45ml的乙二胺，在密闭反应釜中加热回流3h，反应结束后常温下过滤，用石油醚清洗5次，用清水清洗5次，在60℃的真空干燥12h后得到胺基改性聚苯乙烯螯合树脂(简称改性树脂)。改性树脂对体积交换容量为3.4mmol/ml，对钙离子和镁离子用很强的吸附置换能力。
39.经过改性树脂吸附后的冷轧高盐浓缩液通过一级进水泵进入电渗析装置。电渗析中试装置膜堆含有包含阴膜和阳膜，阴膜和阳膜间隔排列，阴膜和阳膜的膜面积为400mmx1200mm。阳膜为苯乙烯系磺酸型阳离子交换膜，阴膜为苯乙烯季铵型均相阴离子交换膜。电渗析的恒电压为230v，脱盐率为67％，产水回收率为81％。经过电渗析装置后，电渗析产水回到前端反渗透装置，冷轧高盐浓缩液电渗析浓液电导率为15200μs/cm，钙离子为19mg/l，镁离子为5mg/l。
40.所述冷轧高盐浓缩液电渗析浓液通过二级进水泵进入双极膜电渗析装置。膜堆构型采用的是三室式结构，每一个单元由双极膜、阴离子交换膜和阳离子交换膜分隔组成酸室、盐室和碱室.废水通入盐室，起始一定浓度的酸性溶液和碱性溶液分别通入酸室和碱室。阴膜、阳膜和双极膜的膜面积均为400mmx1200mm。膜间隔为1.4mm，阳极板材质为钛板，阴极板材质为316不锈钢。双极膜电渗析装置产的酸进入酸罐，产的碱进入碱罐。产酸的浓度1.89mol/l，产碱浓度为1.72mol/l。酸罐中的酸和碱罐中的碱可直接应用于工业生产。
41.双极膜电渗析装置将冷轧高盐浓缩液分离变为可工业应用的酸和碱，实现了资源化的处理方法。
42.实施例2
43.冷轧达标排放的废水经过反渗透膜多级浓缩得到冷轧高盐浓缩液。冷轧高盐浓缩液水质特征：ph为7.5，电导率为66350μs/cm，钙离子为110mg/l，镁离子为41mg/l。
44.一种冷轧高盐浓缩液资源化处理系统，包括进水泵、改性树脂吸附塔、改性树脂、一级进水泵、电渗析装置、二级进水泵、双极膜电渗析装置、酸液罐、碱液罐。
45.所述冷轧高盐浓缩液通过进水泵进入改性树脂吸附塔，改性树脂填料占整个改性树脂塔体积的95％。冷轧高盐浓缩液在改性树脂置换吸附反应塔中的停留时间为25min。经过改性树脂吸附塔后，高盐浓缩液水钙离子为7mg/l，镁离子为1.2mg/l。
46.本发明的改性树脂根据冷轧高盐浓缩液的特性制备而成。1)选取聚苯乙烯-二乙
苯烯，交联度8％之间，按体积在每升氯仿溶液中加入210g聚苯乙烯-二乙苯烯、65g的n,n-二烷基脂肪酰胺、11g的n-双(2-乙基已基)丙二酰胺和42ml氯磺酸，然后反应釜在氮气保护氛围中加热至71℃，机械搅拌11h，机械搅拌速度为45转/min；2)反应结束后混合物冷却，过滤出聚合物，用二氯甲烷清洗11次，然后在30℃的真空干燥3h，获得改性聚苯乙烯中间产物；3)按体积在每升二氯甲烷溶液中加入420g的改性聚苯乙烯和55ml的乙二胺，在密闭反应釜中加热回流6h，反应结束后常温下过滤，用石油醚清洗5次，用清水清洗5次，在60℃的真空干燥12h后得到胺基改性聚苯乙烯螯合树脂(简称改性树脂)。改性树脂对体积交换容量为3.3mmol/ml，对钙离子和镁离子用很强的吸附置换能力。
47.经过改性树脂吸附后的冷轧高盐浓缩液通过一级进水泵进入电渗析装置。电渗析中试装置膜堆含有包含阴膜和阳膜，阴膜和阳膜间隔排列，阴膜和阳膜的膜面积为400mmx1200mm。阳膜为苯乙烯系磺酸型阳离子交换膜，阴膜为苯乙烯季铵型均相阴离子交换膜。电渗析的恒电压为230v，脱盐率为67％，产水回收率为84％。经过电渗析装置后，电渗析产水回到前端反渗透装置，冷轧高盐浓缩液电渗析浓液电导率为164550μs/cm，钙离子为21mg/l，镁离子为6mg/l。
48.所述冷轧高盐浓缩液电渗析浓液通过二级进水泵进入双极膜电渗析装置。膜堆采用的是三室式结构，每一个单元由双极膜、阴离子交换膜和阳离子交换膜分隔组成酸室、盐室和碱室.废水通入盐室，起始一定浓度的酸性溶液和碱性溶液分别通入酸室和碱室。阴膜、阳膜和双极膜的膜面积均为400mmx1200mm。膜间隔为1.5mm，阳极板材质为钛板，阴极板材质为316不锈钢。双极膜电渗析装置产的酸进入酸罐，产的碱进入碱罐。产酸的浓度1.92mol/l，产碱浓度为1.77mol/l。酸罐中的酸和碱罐中的碱可直接应用于工业生产。
49.双极膜电渗析装置将冷轧高盐浓缩液分离变为可工业应用的酸和碱，实现了资源化的处理方法。
50.实施例3
51.冷轧达标排放的废水经过反渗透膜多级浓缩得到冷轧高盐浓缩液。冷轧高盐浓缩液水质特征：ph为7.9，电导率为58900μs/cm，钙离子为88mg/l，镁离子为35mg/l。
52.一种冷轧高盐浓缩液资源化处理系统，包括进水泵、改性树脂吸附塔、改性树脂、一级进水泵、电渗析装置、二级进水泵、双极膜电渗析装置、酸液罐、碱液罐。
53.所述冷轧高盐浓缩液通过进水泵进入改性树脂吸附塔，改性树脂填料占整个改性树脂塔体积的90～95％。冷轧高盐浓缩液在改性树脂置换吸附反应塔中的停留时间为18min。经过改性树脂吸附塔后，高盐浓缩液水钙离子为5mg/l，镁离子为1.2mg/l。
54.本发明的改性树脂根据冷轧高盐浓缩液的特性制备而成。1)选取聚苯乙烯-二乙苯烯，交联度7％之间，按体积在每升氯仿溶液中加入134g聚苯乙烯-二乙苯烯、42g的n,n-二烷基脂肪酰胺、9g的n-双(2-乙基已基)丙二酰胺和39ml氯磺酸，然后反应釜在氮气保护氛围中加热至69℃，机械搅拌10h，机械搅拌速度为42转/min；2)反应结束后混合物冷却，过滤出聚合物，用二氯甲烷清洗9次，然后在30℃的真空干燥2.5h，获得改性聚苯乙烯中间产物；3)按体积在每升二氯甲烷溶液中加入390g的改性聚苯乙烯和50ml的乙二胺，在密闭反应釜中加热回流5h，反应结束后常温下过滤，用石油醚清洗5次，用清水清洗3次，在60℃的真空干燥12h后得到胺基改性聚苯乙烯螯合树脂(简称改性树脂)。改性树脂对体积交换容量为3.6mmol/ml，对钙离子和镁离子用很强的吸附置换能力。
55.经过改性树脂吸附后的冷轧高盐浓缩液通过一级进水泵进入电渗析装置。电渗析中试装置膜堆含有包含阴膜和阳膜，阴膜和阳膜间隔排列，阴膜和阳膜的膜面积为400mmx1200mm。阳膜为苯乙烯系磺酸型阳离子交换膜，阴膜为苯乙烯季铵型均相阴离子交换膜。电渗析的恒电压为230v，脱盐率为67％，产水回收率为82％。经过电渗析装置后，电渗析产水回到前端反渗透装置，冷轧高盐浓缩液电渗析浓液电导率为156750μs/cm，钙离子为21mg/l，镁离子为6.7mg/l。
56.所述冷轧高盐浓缩液电渗析浓液通过二级进水泵进入双极膜电渗析装置。膜堆采用的是三室式结构，每一个单元由双极膜、阴离子交换膜和阳离子交换膜分隔组成酸室、盐室和碱室.废水通入盐室，起始一定浓度的酸性溶液和碱性溶液分别通入酸室和碱室。阴膜、阳膜和双极膜的膜面积均为400mmx1200mm。膜间隔为1.3mm，阳极板材质为钛板，阴极板材质为316不锈钢。双极膜电渗析装置产的酸进入酸罐，产的碱进入碱罐。产酸的浓度1.90mol/l，产碱浓度为1.73mol/l。酸罐中的酸和碱罐中的碱可直接应用于工业生产。
57.双极膜电渗析装置将冷轧高盐浓缩液分离变为可工业应用的酸和碱，实现了资源化的处理方法。
58.综上所述，本发明首次提出了冷轧高盐浓缩液资源化处理方法，因此本发明属于钢铁绿色环保生产工艺系统。
59.当然，本技术领域内的一般技术人员应当认识到，上述实施例仅是用来说明本发明，而非用作对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围内，对上述实施例的变换、变形都将落在本发明权利要求的范围内。