有色冶煉行業(yè)作為我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)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(shè)，但是環(huán)境問題，尤其是銅冶煉過程中的重金屬?gòu)U水治理一直是困擾著企業(yè)發(fā)展的難題。國(guó)家對(duì)新建銅冶煉項(xiàng)目實(shí)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(shí)現(xiàn)重金屬廢水零排放，這對(duì)銅冶煉企業(yè)是一個(gè)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(guān)停，期間進(jìn)行了多次升級(jí)改造，形成了系統(tǒng)多、能耗高、環(huán)保設(shè)施不健全等的局面，較嚴(yán)重的環(huán)境污染和高生產(chǎn)成本難以適應(yīng)社會(huì)發(fā)展需求及市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)。在面臨環(huán)保日趨嚴(yán)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(duì)老廠進(jìn)行轉(zhuǎn)型改造，以實(shí)現(xiàn)銅冶煉老企業(yè)的產(chǎn)能升級(jí)與節(jié)能減排。該項(xiàng)目建設(shè)投資17.62億元，其中環(huán)保投資占比達(dá)到總投資的29.83%，主工藝采用銅精礦配料—圓盤制?！谎蹴敶等鄢厝蹮挕悄軘?shù)控吹煉—回轉(zhuǎn)式陽(yáng)極爐精煉—PC電解精煉流程，冶煉煙氣制酸采用稀酸動(dòng)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(xiàng)目正在進(jìn)行投料試生產(chǎn)，筆者對(duì)廢水處理工藝及廢水梯級(jí)回用措施進(jìn)行探討。
1、給排水系統(tǒng)概述
給排水系統(tǒng)承擔(dān)著向生產(chǎn)車間各個(gè)環(huán)節(jié)供應(yīng)不同類別的水的任務(wù)，同時(shí)還要對(duì)車間排出的廢水進(jìn)行收集、輸送、處理和排放。該項(xiàng)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(gè)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(dá)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(shè)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(xiàng)目投產(chǎn)后產(chǎn)生的含重金屬?gòu)U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 >
按照排水的水質(zhì)，可將廠區(qū)需要進(jìn)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(chǎng)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(huì)在冶煉過程中通過廢水排放出來，這些重金屬?gòu)U水水質(zhì)較為復(fù)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(yáng)極板澆鑄時(shí)需用工業(yè)水進(jìn)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(jìn)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(yáng)極和池壁的泥狀物質(zhì)沖洗掉，產(chǎn)生的廢水中含有陽(yáng)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?gòu)U水的80%以上。制酸流程中煙氣濕法降溫洗滌時(shí)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(shè)置大量的循環(huán)水冷卻系統(tǒng)，以保證設(shè)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(dǎo)致水分不斷蒸發(fā)，無機(jī)鹽離子和有機(jī)物逐漸濃縮。當(dāng)循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中有害物質(zhì)達(dá)到一定的濃度時(shí)，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(jī)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(dòng)力區(qū)域循環(huán)水、渣緩冷循環(huán)水等9個(gè)獨(dú)立的循環(huán)冷卻水系統(tǒng)。
2.3 初期雨水
初期雨水的特點(diǎn)是水量大、成分簡(jiǎn)單、重金屬含量低、pH值接近中性、處理成本低，中水回用適應(yīng)面廣。目前，盡管對(duì)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(jìn)行了收集處理，但由于廠區(qū)物料運(yùn)輸及堆存、煙道清灰作業(yè)等生產(chǎn)活動(dòng)，降雨期間廠區(qū)初期雨水仍然會(huì)出現(xiàn)重金屬離子濃度超標(biāo)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(fù)雜，必須進(jìn)行合理的廢水分類和預(yù)處理。但是分水過細(xì)，則建筑物過多、排水管網(wǎng)過長(zhǎng)、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。考慮到硫酸區(qū)域廢水量大、成分復(fù)雜等特點(diǎn)，該項(xiàng)目設(shè)置2套生產(chǎn)廢水處理系統(tǒng)，1套單獨(dú)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(jìn)行沉降，脫除廢水中的鉛等雜質(zhì)后進(jìn)入硫化工序，通過加入Na2S進(jìn)行脫銅和脫砷處理。其反應(yīng)后液進(jìn)入石膏處理站，通過加入石灰石漿液在攪拌的情況下進(jìn)行充分反應(yīng)，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(yīng)后液進(jìn)入中和工序。在中和工序中，加入硫酸亞鐵以強(qiáng)化除砷效果，并按“一次中和—氧化—二次中和”三步進(jìn)行。中和后液再通過濃密機(jī)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(jìn)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(yùn)行費(fèi)用，經(jīng)濟(jì)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(jìn)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(shè)置絮凝劑和助凝劑反應(yīng)池，廢水與藥劑進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)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(shù)，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(jī)物、鹽和微生物。為提高系統(tǒng)回收率，一級(jí)反滲透濃水進(jìn)入納濾系統(tǒng)，納濾系統(tǒng)產(chǎn)出的濃水進(jìn)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(bǔ)充水。
針對(duì)銅冶煉廠循環(huán)排污水的復(fù)雜情況，該組合技術(shù)以化學(xué)處理為預(yù)處理、物理吸附為二級(jí)處理、超濾-反滲透-納濾組合技術(shù)作為循環(huán)排污廢水的深度處理。通過對(duì)多種廢水處理技術(shù)的合理化聯(lián)用，將循環(huán)排污水進(jìn)行層層凈化，為廢水梯級(jí)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(yīng)，生成穩(wěn)定且難溶于水的金屬螯合物。反應(yīng)后液則自流至中間水池進(jìn)行重力沉降，上清液回用。同時(shí)，在初期雨水收集方式上，采用獨(dú)立的收集方式，分別在熔煉渣堆場(chǎng)、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(dú)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(diǎn)是初期雨水收集管線較短，管網(wǎng)建設(shè)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(dú)立收集方式配套的源頭分流模式，鋪設(shè)初期雨水和潔凈雨水2路管線。在收集池前建設(shè)分流井，之間設(shè)置切換閥門，將閥門開關(guān)與收集池的液位標(biāo)高開啟聯(lián)鎖，通過設(shè)定的液位控制閥門開與合，以實(shí)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(jí)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(shè)備結(jié)垢(甚至堵塞)等問題。因此必須進(jìn)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(xiàng)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(dú)立的脫硬度反應(yīng)裝置。利用廢水提升泵將3股不同 >
4.2 廢水梯級(jí)回用措施
廢水梯級(jí)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(jí)，水質(zhì)級(jí)別從高到低分別為Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ，Ⅳ，Ⅴ級(jí)(新鮮工業(yè)用水定為Ⅰ級(jí));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(jí)利用理念稱為水的分質(zhì)理念[5]。因生產(chǎn)各環(huán)節(jié)對(duì)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(jí)別見表1。
現(xiàn)有幾個(gè)重點(diǎn)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(gè)重點(diǎn)用水工序的最低水質(zhì)要求為Ⅱ～Ⅳ級(jí)，而補(bǔ)充Ⅰ級(jí)的新鮮工業(yè)水稍顯浪費(fèi)，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(jí)，并在各級(jí)之間進(jìn)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(duì)較差(Ⅴ級(jí))。此類回水主要用于對(duì)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(jià)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(jí))。此類回水可代替新水用于冶煉、動(dòng)力、硫酸等區(qū)域的補(bǔ)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(jí))，主要用于硫酸凈化和精礦制粒的補(bǔ)充用水。
4)深度廢水處理站產(chǎn)出的淡水，水質(zhì)相對(duì)較好(Ⅱ級(jí))，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(bǔ)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(jí)回用示意見圖1。
5、結(jié)語(yǔ)
該項(xiàng)目以清潔生產(chǎn)、總量控制、達(dá)標(biāo)排放、節(jié)能減排的思想為指導(dǎo)，采用技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理的廢水處理工藝，并對(duì)處理后的廢水進(jìn)行梯級(jí)回用，使過去作為重要污染源的冶煉廢水“變廢為寶”，實(shí)現(xiàn)了廢水的無害化、減量化和資源化，將為未來國(guó)內(nèi)建設(shè)綠色、環(huán)保、高效銅冶煉企業(yè)提供借鑒。( >
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