张社海
邯郸钢铁集团有限责任公司 河北 邯郸 056000
摘要：在钢厂中利用纳滤膜技术对循环水进行纯化处理，可以有效提高处理效果，相比于离子交换法，纳滤膜技术的应用效果更加可以有效去除碱性离子和氯离子。同时，利用能谱分析和扫描电镜也可以发现，循环水对纳滤膜通量也不会造成明显的影响，这也就说明，整体膜污染现象有所改善。基于此，本文主要对纳滤膜技术在钢厂循环水脱盐中的应用进行分析与研究。
关键词：纳滤膜；技术；钢厂；循环水；脱盐；
前言：在钢铁行业中会大量消耗水资源，根据相关的统计研究结果表明，我国钢铁工业耗水量可达到13.37m3，外排废水量则可达到7.94m3，远高于发达国家，而在水资源短缺、水体污染以及供水紧张的背景下，也对我国经济的发展造成了严重的限制。对于钢厂的水处理工作来说，大部分钢厂依然采用传统的水处理技术，在确保达到排放标准的前提下，直接对水资源进行排放，这样也就造成了水资源的大量浪费，也会增加企业的经营成本。面对这一情况，寻找新型的水处理技术与水处理方法，也已经成为整个钢铁行业所面临的主要问题之一，只有利用新技术与新方法才能够缓解用水压力。近些年来，随着科学技术水平的提升，膜分离技术也已经被广泛的应用于钢铁行业中，该技术主要具有能耗小、无相变、操作简单、设备简单、自动化控制、连续生产以及不可替代性等多种优点，具体而言，该技术已经被应用于海水苦咸水的淡化、水的纯化与软化以及水的深度处理等多个领域中，常见的膜分离技术主要包括纳滤、反渗透、电渗析、超滤和微滤等，而将这多种技术进行联合应用，也形成了集成膜分离技术，而因为每一种技术的特点和优势不同，其应用范围也有所差异，而在钢厂中则主要应用纳滤膜技术，在循环水脱盐领域，因此探讨钢厂循环水脱盐中应用纳滤膜技术的价值具有比较大的现实意义。
一、背景
在传统的钢厂中，主要采用离子交换法对水源进行纯化与软化处理，具体工艺示意图如图1所示，而在长期应用离子交换法后发现结晶器和氧枪等设备遭到严重腐蚀，主要就是因为此类设备长时间在高温状态下运行，当水中含有的离子或其它杂质时，不仅会对产品的质量性能造成影响，而且也会形成水垢，进而影响到设备的正常运行与使用年限，所以在循环系统中，为了可以减少对设备和管道的腐蚀，应该适当添加缓蚀除垢剂。
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图1 某钢厂用水软化和纯化处理流程图
在钢铁行业中利用膜技术，不仅可以提高纯水的优质度，利于生产，也能够提高钢材的性能质量指标，降低对设备和管道造成的损害，比如结垢、腐蚀等，杜绝生产事故隐患的基础上，也可以降低对环境造成的污染，缓解用水压力，因此，应该在钢厂循环水脱盐工作中广泛应用纳滤膜技术，从而提高水质纯化和软化处理的效果。
二、实验分析
（一）材料
本次研究实验中所处理的水来自于某钢厂软水循环系统中的循环水，实验中所使用的纳滤膜为陶氏生产的一种聚酰胺类纳滤膜，在整个纳滤系统中，纳滤膜的有效面积为50mm*100mm。
（二）纳滤工艺
利用纳滤膜技术对循环水进行处理，在处理前需要完成纯水实验，准确测定膜特性，而后再进行水样处理试验，将其分为两组，分别为一组和二组，每组实验间隔10分钟测量一次，透过量和电导，实验总时间为三小时。M纳滤实验的操作压力为0.7MPa，流量为0.1L\min，流速为0.17m/s，温度为28摄氏度左右。
（三）水质分析
利用化学分析法对水中的氯离子和碱度浓度进行测量，而后获取水质指标，其中碱度滴定液使用硫酸，其浓度为：0.1mol/L，指示剂使用甲基橙，水样剂量为100ml。氯离子滴定液使用硝酸盐，其浓度为1.03mol/L，指示剂使用铬酸钾，指示剂使用甲基橙，水样剂量为100ml，仪器使用DDS-11C型电导仪[1]。
（四）离子色谱分析
使用DX-120离子色谱仪对循环水进行分析，主要分析钙镁离子和氯离子，阴离子的测试条件如下：3.5mmol碳酸钠作为淋洗液或1.0mmol的碳酸氢钠作为淋洗液，压力：0.2MPa，流速：1ml/min，注入量：10uL，时间：6分钟，在为第2组进行测定时应进行稀释，稀释倍数为二倍。阳离子的测定条件如下：20mmol甲烷磺酸作为淋洗液，压力：0.2MPa，流速：1mL/min，注入量：25uL，时间：15分钟，在为第2组进行测定时应进行稀释，稀释倍数为二倍[2]。
（五）扫描与能谱分析
使用Quanta-200型扫描电镜对经过水处理后的纳滤膜表面进行全面观察，而后使用与扫描电镜配套的能谱分析仪对经过水处理后的纳滤膜表面进行元素分析。
三、实验结果分析
（一）纳滤处理循环水膜通量
纳滤处理循环水膜通量会随着时间的变化而发生变化，具体变化曲线图如图2所示。
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图2 纳滤处理循环水膜通量的时间变化曲线图
由上图表明纳滤处理循环水开始时膜通量会快速下降，而后逐渐趋于稳定，这也就说明，在下降的过程中，膜表面会受到浓差极化的影响[3]。而在三小时内，膜通量则缓慢，趋于稳定并略有下降，这也就说明膜污染程度不明显。
（二）纳滤膜表面电镜扫描结果分析
经过实验分析后，纯净纳滤膜表面洁净，且膜孔结构清楚，在对循环水进行处理后，纳滤膜表面会附着一些杂质，但杂质量较少，并且也可以观察到一些洁净部位，这也就说明膜污染并不明显。
（三）纳滤膜表面能谱实验结果分析
心能谱分析后定性测得碳元素、氧元素和氮元素，而这三种元素有可能是纳滤膜本身的构成物，因为在本次实验中所使用的复合纳滤膜共分为三层，第1层构成物为聚酰氨、第2层构成物为聚砜、第3层构成物为聚酯，其分别为机能层、支撑层和基层。同时纳滤膜表面的污染物还有可能含有氧元素、氮元素和碳元素组成的有机物。此外经过能谱分析结果可知，纳滤膜表面的无机元素含量较低，分析原因[4]，可能是实验时间较短，使杂质尚未大量沉积。
（四）离子色谱实验结果分析
（1）阳离子色谱：经过实验结果表明，循环水中含有Na+、Ca2+和Mg2+，随着纳滤技术的处理，可以将循环水中含有的Ca2+和Mg2+，同时也能够将一部分Na+截流。
（2）阴离子色谱：经过实验结果表明，循环水中含有Cl-、F-，随着纳滤技术的处理，Cl-、F-的含量明显现将，而且也能够去除循环水中的钙镁离子。
（五）纳滤处理循环水水质实验结果分析
对循环水钠氯处理水进行碱度、氯度、硬度和PH测定，经结果表明，氯离子的截留率可达到96.6%，碱性离子的截留率则可达到99.9%，钙镁离子的截留率直接达到100，总截留率则可在95%以上，尤其是所获得的氯离子浓度更是远低于国家标准。
四、结论
经过上述研究可知，纳滤膜技术处理循环水的效果远优于离子交换法，利用纳滤膜处理技术也可以有效去除Cl-，若想完全去除Cl，则需要联合应用电渗析法和反渗透法，只有这样才可以达到保护设备的目的，降低对设备的腐蚀。除此之外，利用纳滤膜技术也会降低循环水对纳滤膜通量的影响，缓解膜污染现象。总而言之，应在钢铁行业中广泛推广膜分离技术的应用，为设备提供更加充分的软水和纯水，从而进一步推动我国钢铁行业的可持续发展。
参考文献：
[1]刘慧君.浓水反渗透在钢铁废水处理中的设计和应用[J].冶金动力,2019(07):61-63.
[2]林高平.浅谈废水零排放与钢铁企业的水资源管理[J].资源再生,2019(07):33-38.
[3]陈建昌.钢铁企业水系统零排放循环管理浅谈[J].门窗,2019(06):35+37.
[4]邓平,巩磊,郑云霞.钢铁企业污水深度处理后浓盐水处理实践[J].中国冶金,2018,28(10):67-71.