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 >
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。考慮到硫酸區(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 >
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。( >
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