有色濕法冶金工藝廢水治理技術(shù)

冶金工業(yè)產(chǎn)品繁多，生產(chǎn)流程各成系列，排放出大量廢水，是污染環(huán)境的主要廢水之一。冶金廢水的主要特點(diǎn)是水量大、種類(lèi)多、水質(zhì)復雜多變。

濕法冶金工藝廢水成分復雜，經(jīng)中和沉淀處理后仍有少量重金屬元素含量超標，且廢水含Na2SO4、NaCl等鹽類(lèi)太高而不能外排，有色濕法冶金工藝廢水的處理成為濕法冶金企業(yè)面臨的主要環(huán)保問(wèn)題和技術(shù)難題。本文從企業(yè)實(shí)際需要出發(fā)，研究有色濕法冶金工藝廢水的最佳節能治理技術(shù)，尋求破解制約有色金屬冶金企業(yè)發(fā)展環(huán)保難題的方法，可促進(jìn)我國有色冶金企業(yè)朝著(zhù)節能、環(huán)保的方向健康發(fā)展。

1、有色金屬濕法冶金廢水的污染特點(diǎn)及治理意義

1.1.有色冶金廢水的污染特點(diǎn)

2005年我國10種常用有色金屬總產(chǎn)量為1639.02萬(wàn)，t居世界第一位[1]。有色金屬工業(yè)從采礦、選礦到冶煉，以至成品加工的整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程中，幾乎所有工序都要用水，都有廢水排放。據統計，全國有色金屬工業(yè)年排廢水6.0549億t(其中，銅、鋁、鉛、鋅、鎳等5種有色金屬排放廢水占80.8%)，占全國廢水排放總量的2.35%。與黑色冶煉及加工相比(年排廢水30.7億，t占全國廢水排放總量的10.5%)，有色金屬工業(yè)廢水量不大，但有色金屬工業(yè)對水環(huán)境的污染不可等閑視之。尤其有色金屬濕法冶煉企業(yè)是耗水量大，廢水排放量大，廢水中污染物種類(lèi)多、數量大，對水環(huán)境造成污染最嚴重的行業(yè)之一。有色冶金廢水對環(huán)境的污染有如下特點(diǎn):.廢水排放量大;.污染源分散、復雜;.污染物金屬種類(lèi)繁多;.污染物毒性大[2]。

1.2.有色冶金廢水來(lái)源及濕法冶金廢水治理技術(shù)研究的意義

有色冶金分為火法冶金和濕法冶金兩類(lèi)，火法冶金廢水主要為:設備冷卻水、沖渣水、煙氣凈化廢水、車(chē)間清洗水;濕法冶金廢水主要為:煙氣凈化廢水和濕法冶金工藝過(guò)程排放或泄漏的廢水兩種。其中設備冷卻水基本未受污染，沖渣水僅輕度污染，而煙氣濕法凈化系統排出的廢水和濕法冶金工藝過(guò)程排放或泄漏的廢水污染嚴重，是重點(diǎn)治理對象[2]。

火法冶金設備冷卻水經(jīng)冷卻過(guò)濾后可以循環(huán)回用;沖渣水沉淀凈化后可以循環(huán)回用;煙氣濕法凈化系統排出的廢水大部分可在沉淀過(guò)濾后循環(huán)回用，少部分與濕法冶金廢水性質(zhì)相近。而濕法冶金工藝過(guò)程排放或泄漏的廢水成分復雜、污染物含量高，有一部分雜質(zhì)元素含量超過(guò)工藝要求必須開(kāi)路外排，該廢水過(guò)去一般經(jīng)中和沉淀或硫化物沉淀處理后直接外排。由于少量重金屬元素含量超過(guò)國家.污水綜合排放標準.(GB8978-1996)一、二級標準，且廢水含鹽量太高，會(huì )給環(huán)境造成一定影響而不能外排。而且隨著(zhù)國家環(huán)保要求的提高和企業(yè)環(huán)保意識的增強，在許多地區生產(chǎn)廢水完全不能外排，而該廢水雜質(zhì)元素含量超過(guò)工藝要求，過(guò)去采用常規的方法處理后不能回用，又不能外排。由于治理成本和能耗較高，目前濕法冶金過(guò)程中，不斷產(chǎn)生的高濃度廢水和煙氣濕法凈化廢水的處理非常困難，成為困擾有色冶金企業(yè)的一道技術(shù)難題和環(huán)保問(wèn)題。所以，開(kāi)展濕法冶金工藝廢水和煙氣濕法凈化廢水的最佳節能治理技術(shù)研究，對破解制約有色金屬冶金企業(yè)發(fā)展難題，促進(jìn)我國有色冶金企業(yè)朝著(zhù)節能、環(huán)保的方向健康發(fā)展，具有十分重要的現實(shí)意義。

2、常用有色冶金工藝廢水治理方法及存在的主要問(wèn)題

2.1.常用有色冶金工藝廢水治理方法

一般廢水處理方法按其原理可以分為3大類(lèi):物理法、化學(xué)法、生物法。各種處理方法都有它的特點(diǎn)和適用條件，針對不同性質(zhì)的廢水，有時(shí)采用單獨的處理方法，如不能達到預定效果，則采用綜合的處理方法。常用的有色冶金廢水治理方法有:石灰中和沉淀法、硫化物沉淀法、離子交換法等。石灰中和沉淀法(亦稱(chēng)氫氧化物沉淀法)，主要是控制廢水的pH值，向廢水中投加中和劑(石灰、石灰石、氫氧化鈉、碳酸鈉等)，使重金屬離子變成氫氧化物沉淀下來(lái)，再進(jìn)行分離回收;砷、氟和磷等有害元素可與鈣離子生成難溶的化合物而沉淀分離出來(lái)，該法由于處理效果好、操作管理方便，處理費用低廉，用途較廣。硫化物沉淀法是向廢水中通入硫化氫或加入硫化鈉，使重金屬離子與硫離子反應，生成難溶的金屬硫化物后加以分離提取。此外，還可以采用吸附法、離子交換法、氧化還原法、鐵氧體法、膜分離法、生化法進(jìn)行處理，以及電滲析法、反滲透法、隔膜電解法等深度處理方法回收有用金屬，凈化廢水[3]。

2.2.存在的主要問(wèn)題

有色金屬濕法冶金工藝及濕式收塵廢水，一般含大量酸、堿、重金屬及其它有害元素，含少量有機物質(zhì)，污染物成分復雜、分散、濃度較高。這些工藝廢水及濕式收塵廢水一般經(jīng)兩級中和沉淀處理后，主要重金屬含量可以達到國家.污水綜合排放標準一、二級標準，但少量重金屬元素及有害元素含量超標，且廢水中硫酸鹽、氯化鈉等鹽類(lèi)太高，易使土地鹽堿化而不能外排。因此，必須進(jìn)行深度處理后才能達標外排或回用。一般采用電滲析、反滲透或其它膜分離技術(shù)進(jìn)行二級深度處理。二級深度處理的淡水可以回用，而二級深度處理后有30%~40%的濃水及一些濕法冶金過(guò)程的高濃度廢水含鹽量超過(guò)海水淡化的濃水水質(zhì)，使電滲析、反滲透或膜分離處理裝置很難連續穩定運行，必須尋求新的處理方法。

3、高濃度濕法冶金廢水處理及蒸發(fā)濃縮試驗研究

3.1.高濃度濕法冶金工藝廢水成分

某有色冶金企業(yè)濕法冶金工藝廢水，經(jīng)二段石灰乳中和沉淀處理后，pH值為7~9，除銅、鎘外，主要污染物含量達到國家一級排放標準，但廢水含鹽量太高不能外排，只能長(cháng)期儲存在水池中，靠自然蒸發(fā)濃縮，濃度達到反滲透處理的濃水水質(zhì)，但由于水池儲存量有限，企業(yè)難以進(jìn)一步發(fā)展。經(jīng)長(cháng)期儲存后廢水的主要化學(xué)元素含量見(jiàn)表1。

由表1可知，該廢水除Cu、Cd、F含量超標外，主要是廢水含鹽量太高，會(huì )使土地鹽堿化而完全不能外排。由于廢水含鹽量超過(guò)了海水淡化的濃水水質(zhì)，使得廢水深度處理時(shí)膜分離、電滲析和反滲透裝置都難以穩定運行，而且這些方法處理后的濃水仍將尋求出路。在國家環(huán)保要求日益提高的今天，企業(yè)及公眾的環(huán)保意識也進(jìn)一步增強，為了保證高濃度濕法冶金廢水及反滲透等深度處理后的濃水不外排，必須有相應的高濃度濕法冶金廢水處理技術(shù)做支撐，而這些技術(shù)必須是技術(shù)上可行、經(jīng)濟上合理，設備能長(cháng)期穩定運行，便于操作管理，溶質(zhì)能開(kāi)路處置的終端處理技術(shù)，才能徹底解決高濃度濕法冶金工藝廢水的出路。

為此，項目對高濃度濕法冶金廢水進(jìn)行了蒸發(fā)濃縮處理工藝研究，以及利用太陽(yáng)能及有色冶金企業(yè)工業(yè)鍋爐的廢熱資源，進(jìn)行高濃度濕法冶金工藝廢水處理工藝及裝置研究。

3.2􀀁廢水蒸發(fā)濃縮試驗研究

項目對廢水進(jìn)行蒸發(fā)濃縮試驗，旨在考察蒸發(fā)濃縮后溶質(zhì)走向及所得蒸餾水成分。蒸餾水成分分析結果見(jiàn)表2。

試驗研究結果表明，蒸發(fā)濃縮后溶質(zhì)主要進(jìn)入結晶產(chǎn)物，經(jīng)蒸發(fā)濃縮處理后的蒸餾水水質(zhì)能滿(mǎn)足回用及排放要求[4]。但采用常規的蒸發(fā)濃縮設備，能耗太高，企業(yè)難以承受。為此，必須進(jìn)行低能耗的廢水處理裝置研究，滿(mǎn)足高濃度濕法冶金廢水處理需要。

4、高濃度濕法冶金廢水的低能耗處理工藝及裝置研究

由于廢水蒸發(fā)濃縮結晶后能進(jìn)行徹底的液固分離，使高濃度無(wú)機鹽成為固體開(kāi)路，蒸發(fā)濃縮處理后的蒸餾水水質(zhì)能滿(mǎn)足回用及排放要求。故蒸發(fā)濃縮是高濃度濕法冶金廢水的最終處理方法。而采用普通的蒸發(fā)濃縮設備，能耗太高，經(jīng)濟上不合理(普通蒸發(fā)濃縮設備，13t~14t蒸氣蒸發(fā)1t水)。采用一般的高效蒸發(fā)濃縮設備，傳熱面易結垢，使用不久蒸發(fā)效率大幅下降，經(jīng)多方選擇及設備性能比較后，項目利用太陽(yáng)能或企業(yè)工業(yè)鍋爐等余熱預熱廢水、采用多效蒸發(fā)器進(jìn)行蒸發(fā)濃縮及閃蒸結晶，僅少量蒸汽即可解決蒸發(fā)能耗問(wèn)題。二者結合，較之常壓蒸發(fā)濃縮工藝節能70%~80%，較一般真空蒸發(fā)濃縮工藝節能50%以上，表3為不同效數蒸發(fā)器蒸汽消耗量理論值與實(shí)際值的比較。

由表3可見(jiàn)，采用多效蒸發(fā)，比單效蒸發(fā)節能，比常壓蒸發(fā)節能更多，而第三效采用強制循環(huán)閃蒸方式結晶，傳熱效率高，循環(huán)力度大，蒸發(fā)速度快，受熱時(shí)間短，物料不易結焦與結污，設備便于清洗。而且廢水中的無(wú)機鹽可作為復鹽產(chǎn)品外銷(xiāo)或綜合利用，蒸餾水可以循環(huán)回用。

項目選用的多效逆流連續蒸發(fā)濃縮結晶器是目前國際上最先進(jìn)的蒸發(fā)與結晶相結合的蒸發(fā)設備之一，針對高濃度濕法冶金工藝廢水使用要求進(jìn)行設計，技術(shù)上可行。該工藝及裝置對水量不大的有色冶金企業(yè)反滲透工藝處理后的濃水等高濃度濕法冶金廢水處理，是一條行之有效的節能環(huán)保方法，符合國家節能降耗方針和企業(yè)的實(shí)際需求。項目實(shí)施，可以解決企業(yè)目前存在的環(huán)保問(wèn)題，又能實(shí)現廢熱利用、廢水回用，廢水中的無(wú)機鹽成為固體開(kāi)路，便于綜合利用或最終處置的目的，符合清潔生產(chǎn)和循環(huán)經(jīng)濟的特征，有較好的經(jīng)濟效益和社會(huì )效益。通過(guò)項目試驗研究，使之具備工程化實(shí)施條件，可以為有色冶金企業(yè)高濃度工藝廢水處理提供技術(shù)支持。具體參見(jiàn)http://www.sharpedgetext.com更多相關(guān)技術(shù)文檔。

5、濕法冶金工藝廢水最佳節能治理技術(shù)研究結論

在對上述各種濕法冶金廢水治理技術(shù)的成本、效果、穩定操作運行狀況等技術(shù)經(jīng)濟指標進(jìn)行比較的基礎上，通過(guò)高濃度無(wú)機廢水治理技術(shù)試驗研究，獲得了現階段濕法冶金工藝廢水和濕式收塵廢水最佳節能治理技術(shù)研究初步成果。目前，課題組經(jīng)試驗研究得到的結論是:

1)濕法冶金工藝廢水及濕式收塵廢水經(jīng)二段石灰乳中和沉淀處理后，進(jìn)行預處理及二級反滲透處理后，濃水及自然蒸發(fā)濃縮后的高濃度濕法冶金廢水，采用蒸發(fā)濃縮、閃蒸結晶工藝進(jìn)行處理，蒸發(fā)濃縮后蒸餾水水質(zhì)能滿(mǎn)足回用及排放要求。

2)利用太陽(yáng)能或鍋爐余熱預熱廢水，再采用多效逆流蒸發(fā)器進(jìn)行蒸發(fā)濃縮、閃蒸結晶，蒸汽耗量?jì)H是常規蒸發(fā)濃縮蒸汽耗量的20%~30%，蒸餾水可以循環(huán)回用，廢水中的無(wú)機鹽可作為復鹽產(chǎn)品外銷(xiāo)或回收利用。

3)該工藝對水量不大的有色冶金企業(yè)高濃度廢水處理或反滲透裝置的濃水處理，是一條行之有效的節能環(huán)保方法，具有良好的經(jīng)濟效益和社會(huì )效益。

目前，該技術(shù)正在進(jìn)一步深入研究，希望冶金、環(huán)保界的同仁共同探討，以不斷完善濕法冶金工藝廢水最佳節能治理技術(shù)方案，使其發(fā)揮更大的社會(huì )和經(jīng)濟效益。

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