冶煉廠廢水處理技術

　　有色冶煉行業(yè)作為我國國民經(jīng)濟發(fā)展的支柱產(chǎn)業(yè)，不斷發(fā)展壯大，越來越多的大型冶煉廠投入建設，但是環(huán)境問題，尤其是銅冶煉過程中的重金屬廢水治理一直是困擾著企業(yè)發(fā)展的難題。國家對新建銅冶煉項目實行“增產(chǎn)不增污，增產(chǎn)又減污，總量控制”等政策，要求銅冶煉廠實現(xiàn)重金屬廢水零排放，這對銅冶煉企業(yè)是一個新的挑戰(zhàn)。

　　銅陵地區(qū)某冶煉廠于1978年建成投產(chǎn)，至2017年全面關停，期間進行了多次升級改造，形成了系統(tǒng)多、能耗高、環(huán)保設施不健全等的局面，較嚴重的環(huán)境污染和高生產(chǎn)成本難以適應社會發(fā)展需求及市場競爭。在面臨環(huán)保日趨嚴苛和企業(yè)發(fā)展難以為繼的雙重壓力下，該廠提出了異地搬遷改造方案，通過對老廠進行轉(zhuǎn)型改造，以實現(xiàn)銅冶煉老企業(yè)的產(chǎn)能升級與節(jié)能減排。該項目建設投資17.62億元，其中環(huán)保投資占比達到總投資的29.83%，主工藝采用銅精礦配料―圓盤制粒―富氧頂吹熔池熔煉―智能數(shù)控吹煉―回轉(zhuǎn)式陽極爐精煉―PC電解精煉流程，冶煉煙氣制酸采用稀酸動力波洗滌器洗滌凈化+二轉(zhuǎn)二吸制酸+離子液脫硫工藝，生產(chǎn)電解銅200kt/a、硫酸760kt/a。目前該項目正在進行投料試生產(chǎn)，筆者對廢水處理工藝及廢水梯級回用措施進行探討。

　　1、給排水系統(tǒng)概述

　　給排水系統(tǒng)承擔著向生產(chǎn)車間各個環(huán)節(jié)供應不同類別的水的任務，同時還要對車間排出的廢水進行收集、輸送、處理和排放。該項目給水系統(tǒng)分為生產(chǎn)給水系統(tǒng)、生活給水系統(tǒng)、事故給水系統(tǒng)、循環(huán)冷卻水供水系統(tǒng)、回用水供水系統(tǒng)、消防給水系統(tǒng)等7個部分，其總用水量為4.8282×105m3/d。其中新水用量9629m3/d，回用及循環(huán)水用量4.73191×105m3/d，工業(yè)用水循環(huán)率達到98.0%。

　　生產(chǎn)排水系統(tǒng)采用清污分流、雨污分流制，廠區(qū)內(nèi)建設了1座1500m3/d初期雨水處理站和1座2600m3/d深度廢水處理站。項目投產(chǎn)后產(chǎn)生的含重金屬廢水量約為1449m3/d，清潔廢水量為2261m3/d，經(jīng)處理后全部回用，無生產(chǎn)廢水外排。

　　2、廢水來源

　　按照排水的水質(zhì)，可將廠區(qū)需要進行處理的廢水分為生產(chǎn)廢水、循環(huán)冷卻系統(tǒng)排污水和場地初期雨水三部分。

　　2.1 生產(chǎn)廢水

　　在銅冶煉生產(chǎn)過程中，礦石中的重金屬會在冶煉過程中通過廢水排放出來，這些重金屬廢水水質(zhì)較為復雜，廠區(qū)內(nèi)生產(chǎn)廢水主要來自以下區(qū)域：

　　1)熔煉區(qū)域廢水。

　　熔煉渣、轉(zhuǎn)爐吹煉渣以及陽極板澆鑄時需用工業(yè)水進行直接噴水冷卻，因冷卻水和熔體直接接觸，因此該區(qū)域廢水中含有爐渣的微粒和溶解的重金屬Cu，Pb，Zn，As等。

　　2)電解區(qū)域廢水。

　　經(jīng)電解完成的陰極板表面沾有含CuSO4，H2SO4，H2O電解液，清洗陰極板可使部分銅離子進入廢水系統(tǒng)，致使廢水中含有Cu2+，H2SO4，Ni，As，Bi，Sb，Ag等物質(zhì)。另電解槽定期清理過程中，用水將黏附于陽極和池壁的泥狀物質(zhì)沖洗掉，產(chǎn)生的廢水中含有陽極泥及Cu，As，Bi，Pb，Sb等。

　　3)硫酸區(qū)域廢水。

　　冶煉煙氣制酸產(chǎn)生的污酸污水，占到全廠重金屬廢水的80%以上。制酸流程中煙氣濕法降溫洗滌時開路出來的稀酸，由于煙氣中含有重金屬煙塵，通過濕法洗滌后，由氣相轉(zhuǎn)入液相。該區(qū)域污水含酸量大、污染物種類多，主要成分為H2SO4，Cu，As，Pb，Zn等。

　　2.2 循環(huán)冷卻系統(tǒng)排污水

　　銅冶煉過程中，根據(jù)工藝需求，需設置大量的循環(huán)水冷卻系統(tǒng)，以保證設備、介質(zhì)適宜的工作環(huán)境。循環(huán)水系統(tǒng)在循環(huán)過程中，由于溫度、流速的變化以及工藝的需要，導致水分不斷蒸發(fā)，無機鹽離子和有機物逐漸濃縮。當循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中有害物質(zhì)達到一定的濃度時，即需排污。廠區(qū)循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的排污水主要來自熔煉循環(huán)水、澆鑄機循環(huán)水、電解及凈液循環(huán)水、硫酸循環(huán)水、制氧循環(huán)水、動力區(qū)域循環(huán)水、渣緩冷循環(huán)水等9個獨立的循環(huán)冷卻水系統(tǒng)。

　　2.3 初期雨水

　　初期雨水的特點是水量大、成分簡單、重金屬含量低、pH值接近中性、處理成本低，中水回用適應面廣。目前，盡管對主要重金屬污染區(qū)域，比如，制酸、冶煉、收塵等區(qū)域的初期雨水進行了收集處理，但由于廠區(qū)物料運輸及堆存、煙道清灰作業(yè)等生產(chǎn)活動，降雨期間廠區(qū)初期雨水仍然會出現(xiàn)重金屬離子濃度超標的情況。

　　3、廢水處理工藝探析

　　3.1 生產(chǎn)廢水處理工藝

　　銅冶煉廠生產(chǎn)廢水種類多、成分復雜，必須進行合理的廢水分類和預處理。但是分水過細，則建筑物過多、排水管網(wǎng)過長、管理難度大;分水過粗，則污染因子可能相互干擾，增大廢水回用難度?？紤]到硫酸區(qū)域廢水量大、成分復雜等特點，該項目設置2套生產(chǎn)廢水處理系統(tǒng)，1套單獨處理硫酸區(qū)域產(chǎn)生的酸性廢水，另1套則處理其他區(qū)域的生產(chǎn)廢水。

　　酸性廢水采用“硫化―石膏―一次中和―氧化―二次中和”的工藝流程。硫酸凈化工序中產(chǎn)生的酸性廢水首先通過圓錐沉降槽進行沉降，脫除廢水中的鉛等雜質(zhì)后進入硫化工序，通過加入Na2S進行脫銅和脫砷處理。其反應后液進入石膏處理站，通過加入石灰石漿液在攪拌的情況下進行充分反應，除去硫酸以及部分氟離子。經(jīng)硫化和石膏工序處理后，反應后液進入中和工序。在中和工序中，加入硫酸亞鐵以強化除砷效果，并按“一次中和―氧化―二次中和”三步進行。中和后液再通過濃密機沉降，上清液泵入脫鈣工序處理后回用。其他區(qū)域的生產(chǎn)廢水則直接采用“一次中和―氧化―二次中和”的工藝流程來進行處理。此方案既提高了系統(tǒng)整體的凈水回收率，又降低了工程投資和運行費用，經(jīng)濟性能優(yōu)異。

　　3.2 循環(huán)冷卻系統(tǒng)排污水處理工藝

　　廠區(qū)循環(huán)排污水首先進入原水調(diào)節(jié)池，在此調(diào)節(jié)水量和水質(zhì)，然后采用提升泵將廢水提至斜板沉淀池。在斜板沉淀池前端設置絮凝劑和助凝劑反應池，廢水與藥劑進行化學反應后，泥水分離，上清液提升至多介質(zhì)過濾系統(tǒng)，采用物理吸附原理去除水中大部分膠體。然后采用超濾/反滲透膜處理技術，通過超濾除去水中膠體、顆粒和分子量較高的物質(zhì)，通過反滲透膜除去有機物、鹽和微生物。為提高系統(tǒng)回收率，一級反滲透濃水進入納濾系統(tǒng)，納濾系統(tǒng)產(chǎn)出的濃水進入脫鈣工序處理后回用，產(chǎn)出的淡水直接作為硫酸系統(tǒng)循環(huán)水的補充水。

　　針對銅冶煉廠循環(huán)排污水的復雜情況，該組合技術以化學處理為預處理、物理吸附為二級處理、超濾-反滲透-納濾組合技術作為循環(huán)排污廢水的深度處理。通過對多種廢水處理技術的合理化聯(lián)用，將循環(huán)排污水進行層層凈化，為廢水梯級回用創(chuàng)造了良好的前置條件。

　　3.3 初期雨水處理工藝

　　初期雨水采用絮凝沉淀工藝，通過投加重金屬捕捉劑、絮凝劑等藥劑，與廢水中的多種金屬離子發(fā)生螯合反應，生成穩(wěn)定且難溶于水的金屬螯合物。反應后液則自流至中間水池進行重力沉降，上清液回用。同時，在初期雨水收集方式上，采用獨立的收集方式，分別在熔煉渣堆場、電解、硫酸干吸、凈化、廢酸處理站和廢水處理站等區(qū)域單獨建立了6座初期雨水收集池。相較統(tǒng)一收集的方式，該方式的優(yōu)點是初期雨水收集管線較短，管網(wǎng)建設投資小，收集池的位置靈活，最重要的是分流效果明顯，減少了不同區(qū)域水質(zhì)的相互干擾。另外，采用與獨立收集方式配套的源頭分流模式，鋪設初期雨水和潔凈雨水2路管線。在收集池前建設分流井，之間設置切換閥門，將閥門開關與收集池的液位標高開啟聯(lián)鎖，通過設定的液位控制閥門開與合，以實現(xiàn)初期污染雨水與后期潔凈雨水的自然分流。

　　4、廢水軟化工藝及梯級回用措施

　　4.1 廢水軟化工藝

　　經(jīng)過處理后的酸性中和廢水、其他區(qū)域中和廢水及經(jīng)過反滲透膜處理的循環(huán)排污水等3股水中的硬度較高，直接返回生產(chǎn)系統(tǒng)使用容易造成生產(chǎn)系統(tǒng)設備結垢(甚至堵塞)等問題。因此必須進行深度處理，降低廢水硬度后才能回用。根據(jù)不同的水質(zhì)和用水要求，該項目采用“通入氣體CO2+碳酸鈉”工藝來降低廢水中的硬度，3股水分別配置獨立的脫硬度反應裝置。利用廢水提升泵將3股不同來源的廢水從廢水緩沖池分別輸送至3個系列一級CO2反應槽，通入CO2氣體充分反應后生成CaCO3沉淀，液體自流進入二級CO2反應槽，通入CO2反應，反應后液體自流進入Na2CO3反應槽，加入適量的Na2CO3進一步脫鈣反應，反應后的漿液通過輸送泵送至過濾器過濾，過濾后清液自流進入回用水池。

　　4.2 廢水梯級回用措施

　　廢水梯級回用是基于水分質(zhì)理念的一種廢水利用模式。按照污廢水的綜合水質(zhì)將各類水分級，水質(zhì)級別從高到低分別為Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ，Ⅳ，Ⅴ級(新鮮工業(yè)用水定為Ⅰ級);綜合水質(zhì)較好的排水可通過處理后回用到水質(zhì)要求較高的用水區(qū)域，而綜合水質(zhì)較差的排水通過處理后回用到水質(zhì)要求較低的用水區(qū)域，這種分水質(zhì)的廢水梯級利用理念稱為水的分質(zhì)理念[5]。因生產(chǎn)各環(huán)節(jié)對供水水質(zhì)要求不同，各車間廢水排放的水質(zhì)也不盡相同，主要排水工序的水質(zhì)級別見表1。

　　現(xiàn)有幾個重點用水工序的最低水質(zhì)要求見表2。

　　從表1，2可看出：現(xiàn)有幾個重點用水工序的最低水質(zhì)要求為Ⅱ～Ⅳ級，而補充Ⅰ級的新鮮工業(yè)水稍顯浪費，因此有很大的節(jié)水潛力;主要排水工序的水質(zhì)能夠滿足部分用水水質(zhì)要求。因此，將廠區(qū)供水和廢水按水質(zhì)分級，并在各級之間進行廢水處理回用是可行的。其回用措施如下：

　　1)經(jīng)過脫硬處理后的制酸區(qū)域廢水，水質(zhì)相對較差(Ⅴ級)。此類回水主要用于對水質(zhì)要求不高的熔煉渣緩冷、渣水淬系統(tǒng)，通過采用緩冷工藝，從熔煉渣中回收有價金屬。

　　2)經(jīng)過脫硬處理后的其他區(qū)域生產(chǎn)廢水，水質(zhì)一般(Ⅳ級)。此類回水可代替新水用于冶煉、動力、硫酸等區(qū)域的補充水和沖洗用水。

　　3)經(jīng)過脫硬處理后的循環(huán)排污濃水，水質(zhì)中等(Ⅲ級)，主要用于硫酸凈化和精礦制粒的補充用水。

　　4)深度廢水處理站產(chǎn)出的淡水，水質(zhì)相對較好(Ⅱ級)，可代替新鮮工業(yè)用水直接回用，廠區(qū)主要將其作為硫酸循環(huán)水的補充水。

　　5)初期雨水處理站處理后的水，水質(zhì)介于Ⅱ與Ⅲ之間，目前主要將其作為廠區(qū)內(nèi)綠化澆灌用水。

　　全廠廢水處理工藝流程及梯級回用示意見圖1。

　　5、結語

　　該項目以清潔生產(chǎn)、總量控制、達標排放、節(jié)能減排的思想為指導，采用技術先進、經(jīng)濟合理的廢水處理工藝，并對處理后的廢水進行梯級回用，使過去作為重要污染源的冶煉廢水“變廢為寶”，實現(xiàn)了廢水的無害化、減量化和資源化，將為未來國內(nèi)建設綠色、環(huán)保、高效銅冶煉企業(yè)提供借鑒。(來源：銅陵有色金屬集團股份有限公司)