钢铁行业受污染滤料的原位再生技术应用研究

中国环境学会  2011年 03月31日


  李鹏斐1   李宪平2
  (1湖南娄底泰阳科技公司  2湖南人文科技学院)


  摘要  介绍了钢铁行业受污染滤料处理的原位再生技术,并通过实例对受污染滤料原位再生技术与传统方法的综合效益进行了比较,体现了原位再生技术的优越性,开拓了固体废物再生利用的新途径,指明了有效延长滤料的使用周期和节约资源的新方向。
  关键词  钢铁行业、受污染滤料、原位再生
   
  1 受污染滤料原位再生技术的研发背景及其技术原理


  钢铁行业工业用水循环使用过程中必须通过过滤器(罐、池)进行净化。过滤器所使用的滤料主要是石英砂、精煤、核桃壳和陶瓷滤料等。根据循环水的使用场合及其污染情况,不同过滤器所填充的滤料种类、数量及滤床形式不同。
  各种滤料在使用过程中会粘附大量的油类物质及粉尘类物质而受污染。这些污染物的成分复杂、粘附力强,从而出现滤料板结等状况,使滤料的过水性能不断降低、净水能力不断丧失,平均仅有10~12个月的有效使用周期。国内外曾经广泛采用化学清洗剂处理受污染滤料,处理方式一般是“搅拌式”。但此法处理效果差,只能清除滤料表面的大部份油垢污染物,但不能去除滤料颗粒内部的污物,同时很容易发生滤料的层间迁移而造成混层,无法成床恢复,直接影响过滤出水质量。因此通常必须在过滤器运行一定时间后停产,将被污染滤料更换为新滤料。
  由于我国经济正处于高速发展中,钢铁行业的产品种类、产量正在逐年攀升,所产生的受污染滤料的数量随之逐年增加。根据保守估计,目前全国钢铁行业每年所产生的受污染滤料约为80万吨,形成数目巨大的固体废弃物。若不加处理,不仅造成巨额资源的浪费,还会产生严重的环境问题。
  然而目前我国大多数企业对受污染滤料的处理还处于低下水平阶段。当受污染滤料被新滤料置换出来后,部分有填埋场的企业采用填埋的方法,此种处理方式需要严格的环保措施配套,不然容易对环境造成二次污染;而部分企业无合适的掩埋固体废物场所时,就采取临时堆放于空地,成为工业垃圾堆放,这样的处理方式对周围环境造成的污染更为严重,极易引发环保事故。
  所以对这类固体废物进行资源化、无害化处理,实现其综合利用,是摆在我们面前的一个极其严峻的任务,正在逐步得到相关企业和社会各界的重视。
  为此我们湖南娄底泰阳科技公司,凭借长期从事水处理技术等环保项目的研发、工程设计与施工的优势,采取自主研发和引进国内外先进技术相结合的方针,首创了钢铁行业受污染滤料原位再生技术,填补了国内空白。
  该技术摒弃了对钢铁行业过滤器中的受污染滤料所一直沿用反洗处理方法,无需周期性地更换新滤料,不要更改过滤器的结构,不额外添加固定机械设备,不产生二次污染,整合多种技术在过滤器内部直接对受污染滤料进行处理,使之再生而重复利用。以下为该技术的工艺流程图:
   
  2 模拟实验与工程实例


  2.1 模拟实验
  我们在实验室中严格模拟过滤器的环境,对现场进行了比例缩小,对不同层面所取得的样品按实际情况堆积,对进出水量经过计算后同比例缩小,使用系列再生介质,在多种技术共同作用下,对滤料进行原位再生处理。实验结果表明,再生后的石英砂滤料洁净如初,无烟煤滤料乌黑发亮、表面清洁如新,粒径比较均匀,含泥量指标低于0.1%的标准。从其切面TEM图(图2、3)可知,内部混合污染物被彻底清除,微型管道和孔隙清晰。
  同时,根据滤料筛分曲线知其不均匀系数为1.88左右,小于新滤料的不均匀系数(1.94),再生滤料的孔隙率为0.40,略大于新滤料的孔隙率(0.39),这些数据表明再生滤料的比表面大于新滤料,因此其吸附性能和过滤效果都要优于新滤料,即再生滤料滤床比新滤料滤床具有较高的截污能力。


  2.2 工程实例
  2.2.1 含油类物质较少的受污染滤料
  某厂过滤器主要用于过滤内循环水供冷却设备使用,滤料主要使用石英砂,水质要求为过滤后水浊度小于10,石油类物质小于5。该类过滤器滤料使用寿命平均为4年。如在使用4年后继续使用,则过滤器反冲洗频率加大,且过水量明显减小。经过检测,受污染滤料中含油量较少,主要污染物为粉尘类物质。我们同时进行了现场对比施工试验:一部分过滤器更换新滤料,另一部分过滤器进行受污染滤料原位再生施工,工程验收时的检测结果如表1。
  表1 内循环水过滤器受污染滤料现场处理结果

   

过水量(t/h

ss

出水含石油类物质

设计能力

220

10

5

再生前滤料

160

19.8

4.8

更换新滤料

310

1.6

0.8

原位再生滤料

315

未检出

0.3

  对比使用效果发现,在对受污染滤料进行原位再生后,再生滤料的性能指标均高于设计使用要求。


  2.2.2 含油量较多的受污染滤料
  某厂过滤器主要用于轧钢系统循环用水,滤料由陶瓷滤料、石英砂滤料、精煤滤料构成,水质要求为过滤后水浊度小于10,石油类物质小于2,其陶瓷滤料设计使用周期为8年。但一般在投入使用2年后已经不能满足使用要求,滤料呈整体板结状态。石英砂及精煤滤料使用周期一般为8个月至18个月。现场对比施工试验表明,在对受污染滤料进行原位再生后,再生滤料的性能指标也均高于设计使用要求。具体数据如表2。
  表2  轧钢系统循环用水过滤器受污染滤料现场处理结果

   

过水量(t/h

ss

出水含石油类物质

设计能力

500

10

4

再生前滤料

310

9.8

5.3

新更换滤料

745

6.3

2.2

原位再生滤料

735

3.1

0.8

 
  3 原位再生技术优势


  3.1 企业用户直接经济效益
  受污染滤料原位再生技术与直接更换新滤料并将受污染滤料掩埋的方法相比较,视受污染滤料的种类及污染程度的不同,原位再生技术能为企业节约10%-50%的综合成本,适合大规模推广使用。

 


  3.2 社会效益及环境效益
  受污染滤料原位再生技术能延长滤料的使用寿命3倍以上,即采用原位再生方法能减少75%的滤料消耗。而滤料在受污染至失效后,吸附污垢增重为30~100%,即1吨滤料在受污染后会变成1.3~2吨固体废物。而原位再生对滤料的再利用率为100%,无新的污染产生。该技术同时也具有相当大的社会效益及环境效益。
  3.3 受污染滤料中的有用物质回收利用
  通常钢铁行业受污染滤料中都含有较多的氧化铁粉体,这部分氧化铁粉如采用填埋的方式会浪费大量的可利用资源。而采用原位再生技术再生后,这部分氧化铁粉会回到水处理工艺的前端而被分离出来,可以和铁矿石混合作为原料再利用。不但具有直接的经济效益,同时也减轻了对环境的污染。
   
  4 原位再生技术的现状及发展前景
   目前我们研发的受污染滤料原位再生技术已经完成了小试和中试,技术上相对已经成熟,处于技术推广应用阶段。滤料原位再生技术不仅仅适用于钢铁行业,同时也能适合于其他的使用滤料作为过滤器填充物的行业,在实际操作中,机器人会需要根据受污染滤料及其污染物的成分、过滤器的结构等进行快速分析,对再生工艺进行调整即可。
      但由于该技术属于原始性创新技术,在推广过程中还存在一定的困难。


  5 结论


  模拟实验与现场施工试验表明,原位再生方法技术先进、工艺流程合理,适用于钢铁行业受污染滤料的处理,也可向其它行业推广,具有可观的经济效益、巨大的社会效益和显著的环境效益。

 
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