高濃含重金屬氨氮廢水資源化處理技術(shù)

 1、背景簡(jiǎn)述

         我國稀土資源豐富，支撐著(zhù)世界的主要稀土產(chǎn)能。我國稀土資源主要有包頭混合型稀土礦、四川氟碳鈰礦、南方離子型稀土礦等三大稀土資源，雖然冶煉分離生產(chǎn)工藝各具特色，但冶煉過(guò)程中產(chǎn)生的廢水污染，尤其是氨氮廢水的污染問(wèn)題均十分嚴重。

稀土冶煉加工生產(chǎn)過(guò)程會(huì )產(chǎn)生大量廢水，排放量大、組分復雜、濃度高，廢水中含有高濃氨氮、高濃鹽類(lèi)、重金屬元素等污染物，必須妥善處置。稀土冶煉過(guò)程中的萃取劑皂化、沉淀過(guò)程中都存在大量高濃氨氮廢水的排放問(wèn)題，嚴重影響所在區域、流域的水質(zhì)安全。以我國北方稀土重鎮包頭市為例，年排放生產(chǎn)廢水近千萬(wàn)噸，廢水中約有6～8萬(wàn)噸的氨氮，目前，在黃河內蒙流域濕法冶煉的企業(yè)氨氮廢水大部分未進(jìn)行回收處理，大量氨氮流入黃河，造成了黃河內蒙段水質(zhì)的下降，不僅影響著(zhù)河流的水生生態(tài)與環(huán)境，同時(shí)也對下游城市飲用水水源的取水安全構成嚴重威脅。

這些嚴重過(guò)剩的氨氮、鹽類(lèi)和未提取完全的稀土元素排放到環(huán)境中會(huì )造成水體的嚴重污染，若資源化處理這類(lèi)廢水既可回收氨/銨資源、大幅減少原料消耗量，又可解決氨氮的環(huán)境污染問(wèn)題，實(shí)現廢水的資源化處理。

進(jìn)入“十二五”，國家對稀土行業(yè)的環(huán)境污染問(wèn)題愈加重視，氨氮污染物作為“十二五”期間污染物控制重點(diǎn)，氨氮減排已成為我國水體污染繼COD之后的第二項約束性控制指標。

2012年開(kāi)始，國家開(kāi)始正式實(shí)施《稀土工業(yè)污染物排放標準》，大部分稀土企業(yè)因不符合環(huán)保要求影響生產(chǎn)的正常運行。目前，稀土行業(yè)主要分布在內蒙古、江西、廣東、江蘇、福建、湖南、山東、廣西、四川等�。▍^），共有企業(yè)300多家，2012年，全國環(huán)保核查合格企業(yè)為70余家（前三批），對未積極整改，以及不符合環(huán)保核查條件、存有嚴重違法行為的企業(yè)將采取停產(chǎn)治理整頓措施，推動(dòng)稀土行業(yè)落后產(chǎn)能淘汰和產(chǎn)業(yè)結構優(yōu)化。

一些稀土冶煉企業(yè)由于無(wú)法解決氨氮廢水這一問(wèn)題，采用萃取劑鈉皂化等工藝替代傳統的氨皂化工藝，鈉皂工藝會(huì )造成稀土產(chǎn)品中殘留的鈉超標，對產(chǎn)品質(zhì)量產(chǎn)生的影響，難以滿(mǎn)足用戶(hù)的需求，因此萃取劑氨皂化、氨沉淀仍然是稀土生產(chǎn)的優(yōu)選工藝，所以氨氮廢水已成為制約稀土行業(yè)發(fā)展的瓶頸問(wèn)題。氨氮廢水等環(huán)保問(wèn)題已直接影響企業(yè)的正常生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)。

稀土高氨氮高鹽廢水產(chǎn)生量大、資源化回收價(jià)值高，但一直缺乏有效的處理技術(shù)。傳統的處理方法主要是空氣吹脫法、蒸氨法、精餾法、生物硝化-反硝化法等。這些方法存在二次污染、能耗高、處理能力有限、設備內部易結晶結垢影響操作等問(wèn)題，且很難回收氨資源。包鋼稀土高科的氨氮廢水問(wèn)題一直未獲妥善解決，亟需針對稀土冶煉行業(yè)廢水特點(diǎn)，開(kāi)發(fā)出綠色、高效的資源化處理產(chǎn)業(yè)化技術(shù)。

2、中科院過(guò)程所的氨氮資源化處理技術(shù)

中國科學(xué)院過(guò)程工程研究所“濕法冶金清潔生產(chǎn)技術(shù)國家過(guò)程實(shí)驗室”是我國專(zhuān)門(mén)從事礦物資源利用領(lǐng)域清潔生產(chǎn)研究的機構，國內率先提出了“源頭治理”、“廢棄物資源化”和“廢水零排放”的三廢治理模式。在廢水治理方法上，徹底改變傳統“達標排放”的環(huán)境治理模式，通過(guò)開(kāi)發(fā)新工藝、新過(guò)程或新設備，最大限度地從廢水中回收資源，并最大可能開(kāi)發(fā)廢水零排放的工藝技術(shù)，使治理過(guò)程具有環(huán)境-經(jīng)濟雙重效益。

項目組開(kāi)發(fā)的藥劑強化熱解絡(luò )合精餾技術(shù)，基本工藝流程如下：

圖1藥劑強化熱解絡(luò )合精餾技術(shù)處理含重金屬氨氮廢水的工藝流程

廢水首先與堿（如果回收重金屬則加NaOH，如果除氟則加石灰）反應，調節pH的同時(shí)脫除水中大部分重金屬離子，或氟離子、硫酸根離子等，物理分離顆粒物后再向廢水中添加阻垢分散劑，預熱后進(jìn)入精餾塔在強化解絡(luò )合藥劑的作用下進(jìn)行熱解絡(luò )合精餾，脫氨水與原水換熱后繼續利用過(guò)濾設備回收解絡(luò )合的重金屬氫氧化物，凈化水達標排放或繼續回收鹽，塔頂冷凝液得到16%以上的高純濃氨水直接回用于生產(chǎn)。該集成技術(shù)中的核心環(huán)節包括：廢水中重金屬與氨氮的絡(luò )合與解絡(luò )、精餾塔內件、阻垢分散技術(shù)、過(guò)程控制技術(shù)等等。

精餾塔是本技術(shù)的核心設備，項目組采用圖2所示方法開(kāi)發(fā)出適合有色冶金行業(yè)廢水處理的核心設備，具有彈性負荷大、抗堵塞、節能等優(yōu)點(diǎn)。

圖2 高性能強化精餾設備研發(fā)流程

該技術(shù)處理含重金屬氨氮廢水的氨氮污染物削減率、資源利用率均大于99%。2010.12中國環(huán)境學(xué)會(huì )科技成果組織金鑒明院士、張全興院士等鑒定專(zhuān)家對該技術(shù)進(jìn)行鑒定，鑒定意見(jiàn)為：“總體技術(shù)達到國際先進(jìn)水平，其中高濃度氨氮廢水處理精餾塔抗堵塞集成技術(shù)和資源化處理效果達到國際領(lǐng)先水平”。

項目組針對稀土冶煉行業(yè)高氨氮廢水的特點(diǎn)，在關(guān)鍵技術(shù)、重要裝備、技術(shù)集成和工程示范等不同層面開(kāi)展研究，在氨介質(zhì)循環(huán)利用、抗阻垢、自動(dòng)化運行等關(guān)鍵技術(shù)和關(guān)鍵設備上取得了突破，開(kāi)發(fā)出高通量、低阻降、高分離效率、抗結垢新型塔內件，耐高溫、高堿阻垢劑，脫氨工藝優(yōu)化與集成等系列工藝。

3、應用示范

項目組針對稀土行業(yè)水質(zhì)特點(diǎn)開(kāi)發(fā)的脫氨新技術(shù)已在江鎢集團江西金世紀新材料有限公司（原江西稀土研究所）建成稀土行業(yè)氨氮廢水資源化治理示范工程，并于2011年8年順利投運，成為稀土行業(yè)少有的實(shí)現氨氮廢水穩定達標處理并資源化回收氨的企業(yè)。項目運行后，從生產(chǎn)源頭減少氨氮排放、提高生產(chǎn)過(guò)程的氨循環(huán)利用率，全流程無(wú)固體廢棄物排放，水中99％以上的氨被回收制備高純氨水，可回用于生產(chǎn)、降低氨原料的消耗，也可直接作為產(chǎn)品銷(xiāo)售；廢水處理后氨氮指標達到國家一級排放標準（氨氮小于15mg/L），可直接排放、也可回用于生產(chǎn)，實(shí)現廢水的資源化處理。

江西金世紀稀土氨氮廢水資源化處理項目運行一年來(lái)，累計減排氨氮1200噸，回收氨水7500噸，一年為公司節約氨/銨原料成本450萬(wàn)元、節約排污費為近百萬(wàn)元。本工程的實(shí)施直接經(jīng)濟效益顯著(zhù)，在達到環(huán)保效益的同時(shí)，不僅為企業(yè)節約了生產(chǎn)成本，來(lái)自日本、歐洲的客戶(hù)對企業(yè)的環(huán)保意識十分認可，還大幅度提升了企業(yè)形象。

隨著(zhù)稀土行業(yè)環(huán)保新國標的實(shí)施，中科院過(guò)程所在江西金世紀稀土廢水資源化處理工程項目實(shí)施的基礎上，繼續優(yōu)化技術(shù)體系，改進(jìn)核心設備設計，提出了適合于我國稀土行業(yè)典型高氨氮廢水的高效清潔處理技術(shù)體系，形成可實(shí)現污染物資源化、高值化的產(chǎn)業(yè)化平臺技術(shù)，將為我國稀土行業(yè)清潔生產(chǎn)發(fā)展、行業(yè)節能減排提供可靠的技術(shù)支撐。

此項“高濃氨氮廢水資源化處理技術(shù)”已入選2012年環(huán)�？萍歼M(jìn)步一等獎，除稀土行業(yè)，還在鎳、鈷、鈮鉭、鉬、釩、鋯、銅、銀等多個(gè)有色金屬冶煉行業(yè)已應用于14個(gè)示范企業(yè)，累計減排或達標處理工業(yè)廢水超過(guò)400萬(wàn)噸，回收氨/銨資源5萬(wàn)多噸、鎳鈷鉬釩等金屬化合物3500噸。

此項技術(shù)還有望在煤化工、氮肥、發(fā)酵等行業(yè)實(shí)現拓展應用，為“十二五”的氨氮約束性控制指標減排10%做出貢獻。

表1 不同氨氮廢水處理效果比較