循环水脱盐软化技术在大冶有色冶炼厂的应用

李桂珍，曹龙文，李小伟，俞 阳,甄宗晴

(1.大冶有色金属有限责任公司有色金属冶金与循环利用湖北省重点实验室，湖北黄石 435005;2.天津膜天膜科技股份有限公司，天津 300000)

循环水脱盐软化技术在大冶有色冶炼厂的应用

李桂珍1，曹龙文1，李小伟1，俞 阳1,甄宗晴2

(1.大冶有色金属有限责任公司有色金属冶金与循环利用湖北省重点实验室，湖北黄石 435005;
2.天津膜天膜科技股份有限公司，天津 300000)

介绍了大冶有色冶炼厂硫酸循环水软化项目的设计与运行情况。该厂采用超滤+反渗透(RO)双膜法工艺处理循环水排污水，超滤系统产水浊度控制在0.03～0.05 NTU，电导率基本都小于10 μs/cm，脱盐率均大于等于99%，对循环水系统起到较好的水质补充作用。该方法在铜冶炼行业是首次工业应用，为后序污水处理的“零”排放打下基础。

硫酸生产 循环水 超滤 反渗透 软化 减排

Abstract: Design and project operation of circulating water softening in Daye Nonferrous Smelter are described. The plant uses ultrafiltration and RO double membrane process to deal with circulating water discharge. Ultrafiltration system water turbidity was controlled between 0.03～0.05 NTU. Conductivity was less than 10 μs/cm, desalination rate was more than or equal to 99%, with playing better water supplement role in circulating system. The method was the first industrial application in the copper smelting industry, laying the foundation of "zero emissions" for later treatment of wastewater.

Keywords: sulphuric acid production; recycled water; ultrafiltration; reverse osmosis; soften; emission reduction

大冶有色金属有限责任公司冶炼厂(以下简称大冶有色冶炼厂)现有硫酸三系统与硫酸四系统2套冶炼烟气制酸系统。为了保证循环水水质，2套系统循环水会定期进行排污和补充。循环水池补充新水(生活水)5 200 m3/d，外排水排污量高达2 000 m3/d。2016年冶炼厂区水平衡治理方案中考虑到对硫酸循环水水质进一步优化，降低总硬度及盐分、优化水质，处理后的产水回到循环水池中循环利用，实现节能减排。

1 工艺选择

循环水处理技术有很多种，常见的有硫酸+有机磷、硫酸+复合阻垢缓蚀剂、石灰处理+复合阻垢剂、弱酸补充水软化处理+阻垢剂、离子交换树脂、膜法等技术。有的技术系统简单，但易对设备产生腐蚀；有的技术系统复杂投资额度大，但可去除有机物；有的技术可靠性高，系统运行稳定，但运行费用高。经研究并结合厂区实际情况，硫酸循环水系统改造备选了2个方案：①对硫酸循环水补水(生活水)进行软化，采用离子交换树脂法降低循环水系统的Ca2+、Mg2+含量，提高浓缩倍率，减少外排水量；②对硫酸循环水直接脱盐，大幅提高循环系统水质，从而减少外排水量。2个方案的优缺点对比见表1。

通过2种方案的对比，综合考虑，大冶有色冶炼厂选择第二种方案即膜法脱盐技术对循环水进行软化。同时考虑到循环水排污水主要是硬度和盐分高，须通过反渗透RO膜处理，且原水浊度并不高，仅通过超滤即能将浊度降至0.2 NTU以下，符合进入反渗透的条件，因此选择超滤+反渗透双膜法工艺处理循环水排污水[1]。

表1 选择工艺对比

2 膜装置介绍

2.1 工艺原理[2]

硫酸循环水软化项目采用超滤+反渗透(RO)双膜法工艺处理循环水排污水。

超滤是一种流体切向流动并以压力驱动的膜过滤过程，按分子量大小来分离颗粒。超滤膜的孔径大约在0.002～0.1 μm范围内。溶解物质和尺寸小于膜孔径的物质将随透过液透过膜滤，不能透过滤膜的物质被逐渐浓缩于排放液中。因此产水中含小分子的物质，而胶体物质、颗粒悬浮物(SS)将被膜去除。

当把相同体积的稀溶液和浓溶液分别置于渗透膜的两侧时，若在浓溶液一侧施加一个大于渗透压的压力时，溶剂的流动方向将与原来的渗透方向相反，开始从浓溶液向稀溶液一侧流动，这一过程称为反渗透。反渗透是借助于半透膜的选择截留作用将溶液中的溶质与溶剂分开的分离方法，以获得高质量的纯水。

2.2 工艺流程

原水(硫酸系统循环水排污水)先经自清洗过滤器(精度为100 μm)，对原水进行过滤并自动对滤网进行清洗排污，然后分别进入两套并联的超滤装置，去除浊度至0.2 NTU以下，且SDI≤3，产水再进入反渗透装置进行脱盐、软化，最终极低电导率的淡水(<20 μS/cm)回到循环水池被重新利用。其中RO系统产出的淡水回到系统中循环利用，超滤系统产生的浓水/反洗排放水及RO浓盐水送往渣缓冷系统作为缓冷渣包冷却用水，整套系统基本无三废产生。其工艺流程见图1。

图1 循环水软化系统工艺流程

2.3 工艺设计参数

超滤与反渗透双膜装置设计参数见表2，主要技术指标见表3。

表2 设计参数

2.4 主要设备及配置

硫酸循环水软化系统的主体设备是UF系列中空纤维膜组件及反渗透RO膜组件。前端设置了给水系统包括原水箱、输送泵及管道，中间还有加药系统包括药剂罐及输送管道，UF和RO均配套反洗和化学清洗系统，整套系统运行画面可以在PLC控制柜上显示与监控，并可实现全自动运行。操作调节采用PLC自动化控制，将液位等指标与泵的运行进行联锁，确保故障及时反馈、受控。整套系统的设备清单见表4。

表3 主要技术指标

UF膜采用津膜科技外压式UOF-4d超滤膜组件，膜组件总数量为28支，共分为2套装置。每套装置14支组件以进口聚偏氟乙烯(PVDF)为原料，具有超低运行压力、更高的水通量、更宽的水质适用范围，可以在较恶劣的水质条件下工作，且产水量稳定、水质优良。UF膜组件具体参数见表5。

反渗透RO膜采用海德能抗污染组件PROC10，膜组件总数量为48支，其作用是脱除水中的可溶性盐份、胶体。该系统反渗透膜采用美国海德能公司PROC10产品新型大通量、抗污染、耐腐蚀的新型聚酰胺复合膜。产水量的增加是通过增加膜面积而增大产水量，而不是靠加大膜通量及给水压力，故能保持低的污堵速率。进而长期维持高流速，延长膜寿命。该系统具有高低压保护装置、爆破膜装置、慢起动装置、稳流装置，运行压力低，高压部分采用不锈钢，低压采用UPVC，可增强系统的运行经济性。RO膜组件参数见表6。

表4 主要设备清单

表5 UF超滤膜参数

表6 PROC10膜组件参数

3 运行结果与讨论

建成调试完成后，项目已经连续运行3个月，膜系统运行稳定，产水质量优良。

3.1 运行压力随时间的变化关系

系统的运行压力大小直接决定了系统运行的能耗和系统的运行稳定性。超滤系统的运行压力在0.065～0.070 MPa，超滤系统运行压力较低，且运行较为稳定；反渗透系统运行压力在0.67～0.74 MPa，反渗透系统运行压力较低，且运行较为稳定。

3.2 超滤产水浊度随时间的变化关系

超滤系统主要是去除原水中的悬浮物，超滤的产水情况直接影响反渗透系统运行的稳定性。超滤系统的进水浊度波动性较大，但超滤产水浊度非常稳定，其在0.03～0.05 NTU波动。

3.3 反渗透产水电导率及脱盐率随时间变化关系

随着时间的运行，进水电导率有了较大的改善，进水电导率维持在600～800 μs/cm。产水电导率基本都小于10 μs/cm。脱盐率均大于等于99%，对循环水系统起到较好的水质补充作用。

4 经济效益

大冶有色冶炼厂硫酸循环水软化项目投资约200万元，其中设备费100万元，材料费15万，安装费55万元，土建费30万元。日处理量1 150 t，反渗透产水量800 t，经测算运行成本约为0.99元/t(低于新水的价格1.47元/t)，相比于改造前日减少排污量800 t。据此可以推算改造前后每年能节约运行成本20万元，淡水产量260 kt，且产出的淡水可以更优质等级实现回用。采用双膜法工艺对循环水排污水进行软化，产出的优质淡水又回到系统中，优化了循环水水质从而进一步减少了循环水外排污水量，从总体上来说节约了补充新水量，环保节能显著。

5 结语

该项目自动化程度高，顺利实现一次性开车，并稳定运行。超滤+反渗透双膜软化工艺处理循环水排污水技术在该厂属工业化应用，为水的减排打下了基础，也为后续废水“零”排放奠定了技术基础。

[1] 梁建瑞.超滤-反渗透膜组合工艺处理电厂循环排污水[J].水处理技术，2006，32(6)：286-289.

[2] 赵洪贵，陈明伟，庄小波，等.有色冶炼污酸综合处理废水回用研究[J].硫酸工业，2017(7)：35-38.

ApplicationofcirculatingwaterdesalinationandsofteningtechnologyinDayesmelter

LIGuizhen，CAOLongwen,LIXiaowei,YUYang,ZHENZongqing

(1.Daye Nonferrous Metals Holding Group Co., Ltd. Non-ferrous Metallurgy & Recycle Hubei Province Key Laboratory, Huangshi，Hubei，435005, China; 2.Tianjin Motianmo Polytron Technologies Inc, Tianjin, 300000, China)

TQ111.16

B

1002-1507(2017)08-0038-04

2017-05-12。

李桂珍，女，大冶有色金属有限公司冶炼厂化工工程师，主要从事冶炼烟气制酸和废水处理技术管理工作。电话：15826959259；E-mail: linser19870309@163.com。