冶炼高盐废水零排放处理工程实例

周明， 石雪勤

（1.江苏久吾高科技股份有限公司， 南京 211808； 2.江苏中圣高科技产业有限公司， 南京 211808）

1 工程概况

某有色金属冶炼企业建有20 万t／a 锌冶炼项目， 产生的冶炼废水具有硫酸盐和氯化盐等盐类高、 硬度高等特征［1-4］。 随着国家环保要求提高及西部缺水现状， 该企业对冶炼废水进行处理后回用， 实现废水零排放。 该工程设计采用双碱法-澄清-超滤-苦咸水反渗透-树脂软化-海水反渗透-MVR 组合处理工艺， 出水回用作循环水系统补充水。 该工程的实施不仅能有效节约水资源， 实现较大的环境、 经济和社会效益［5-6］， 且有利于冶炼企业的可持续发展。

表1 设计进出水水质Tab. 1 Design influent and effluent water quality

2 设计进出水水质

该项目冶炼工艺采用热酸浸出-低污染沉矾除铁湿法炼锌工艺， 项目废水来源包括冶炼厂水处理工段外排浓水、 污酸废水工段处理后外排水、 热电厂水处理外排浓水， 3 股废水混合后排入调节池，混合后水量为3 000 m3／d。 根据甲方要求， 废水处理站处理后尾水进入回用水站进行深度处理后回用， 水质执行《炼油化工企业废水回用管理导则》中的初级再生水水质控制指标， 回用作厂内的循环水系统补充水［7-8］。

设计进水水质见表1。

3 工艺流程

该冶炼废水中含盐量、 硬度均较高， 需要进行软化及脱盐处理。 根据本项目水质， 结合以往类似工程的处理经验， 从经济、 去除效果等角度考虑，采用以化学除硬为主体的软化工艺， 并结合反渗透耦合电渗析的脱盐工艺。

废水经过收集均质后， 首先通过双碱法软化去除废水中的大部分硬度， 然后通过多介质过滤和超滤过滤去除水中的悬浮物、 胶体、 硅、 部分COD、重金属等物质， 再通过苦咸水反渗透截留绝大部分溶解盐及有机物。 苦咸水反渗透浓水通过海水反渗透进一步浓缩减量， 形成含有较高盐分的浓盐水，该浓盐水进入电渗析装置进一步浓缩， 进而降低蒸发量。 在进入电渗析前， 通过树脂软化将盐水中的硬度进一步去除， 防止在后续设备内部结垢。

电渗析浓水通过进料泵进入蒸发结晶系统， 在进入蒸发结晶系统之前需经两级预热， 预热器采用板式换热器， 热源为蒸发系统产生的蒸汽冷凝水，温度升至约65 ～70 ℃后， 进入强制循环蒸发系统进行蒸发。 当物料浓度达到设计要求值时， 开启出料阀门， 通过晶浆泵送至稠厚罐， 然后进入离心机进行固液分离处理， 分离出的晶体进入下道工序，滤液经过母液罐返回结晶器继续进行蒸发处理。

为了得到更好品质的回用水， 将苦咸水反渗透产水、 海水反渗透产水和电渗析产水混合后再进入二级反渗透装置处理， 详细工艺流程见图1。

图1 废水处理工艺流程Fig. 1 Process flow of wastewater treatment

4 主要构筑物及设计参数

4.1 预处理系统

（1） 机械澄清池。 设计处理量为160 m3／h， 设置反应池2 座， 串联布置， 一级反应池投加氢氧化钠， 二级反应池投加碳酸钠， 每级反应池停留时间为30 min， pH 值控制为11.0 ～11.5； 机械澄清池2座， 并联设置， 单台机械澄清池停留时间为120 min， 尺寸为φ 11.0 m×6.5 m。 出水SS 质量浓度小于20 mg／L， 出水总硬度小于80 mg／L。

（2） 多介质过滤器。 设置DN 3 200 mm 多介质过滤器3 台， 2 用1 备。 上层滤料为无烟煤， 滤料粒径为0.8 ～1.8 mm， 滤层高度为400 mm； 下层滤料为石英砂， 滤料粒径为0.5 ～1.2 mm， 滤层高度为800 mm。 配套反洗风机、 反洗水泵、 次氯酸钠加药泵， 每天反洗1 次， 出水SS 质量浓度小于5 mg／L。

（3） 超滤。 2 套， 采用国产九思PVDF 外压超滤膜JIUSIFU-0860， 每套36 支， 单只膜元件面积为50 m2， 设计通量小于40 L／（m2·h）， 膜系统回收率为90%。 出水指标： SDI ≤5， ρ（胶体硅）≤5 mg／L， 浊度小于0.5 NTU。

4.2 反渗透膜浓缩系统

（1） 苦咸水反渗透。 2 套， 采用陶氏BW30-400／FR 抗污染膜， 每套设计处理量为53 m3／h， 平均通量小于18 L／（m2·h）， 按一级两段9 ∶5 排列，系统回收率为68%， 设置段间增压泵。

（2） 树脂软化系统。 设置DN 2 200 mm 树脂软化床2 台， 1 用1 备， 产水量为46 ～51 m3／h。 产水指标： 硬度为0 μmol／L； 反洗膨胀率为100%。设置酸碱再生装置1 套。

（3） 海水反渗透。 1 套， 采用东丽海水膜， 设计处理量为30 m3／h， 平均通量小于17 L／（m2·h），按一级两段5 ∶3 排列， 系统回收率为58%。

（4） 二级反渗透。 2 套， 采用陶氏BW30-400膜， 每套设计处理量为66 m3／h， 平均通量小于23 L／（m2·h）， 按一级两段9 ∶4 排列， 系统回收率为85%， 并设置段间增压泵。

4.3 电渗析浓缩系统

进水量为19 m3／h， 系统回收率为73%； 膜堆规格AC50-600， 3 套。 设计电压： 300 V， 2 台； 320 V， 1 台。 设计电流： 220 A， 2 台； 200 A， 1 台。 淡水流量： 一级84 m3／h； 二级42 m3／h。 浓水流量：一级68 m3／h； 二级34 m3／h。 极水流量为4 ～6 m3／h。

4.4 MVR 系统

设计处理量为7 m3／h， 进料量为7 m3／h， 进料温度为15 ℃， 进料浓度为13%， 加热温度为98℃， 蒸发温度为80 ℃， 母液外排量约为1 m3／h，蒸发量为6 500 kg／h。

5 工程设计特点

（1） 采用双碱法结合机械澄清除硬工艺， 工艺成熟可靠， 无需投加PAC、 PAM， 出水硬度稳定在80 mg／L， 运行费用低。

（2） 采用反渗透耦合电渗析工艺， 使得浓水含盐量达到130 000 mg／L， 减少了MVR 处理量， 降低了整体投资及运行费用。

6 实际运行工况

该工程自2018 年12 月调试验收后， 整套系统稳定运行， 性能满足设计要求， 系统实际运行参数见表2。

表2 系统实际运行参数Tab. 2 Actual operating parameters of the system

7 投资及运行成本

项目总投资为4 000 万， 运行成本为6.8 元／m3。

8 结语

（1） 该工程运行实践表明， 采用双碱法-机械澄清池-超滤-苦咸水反渗透-树脂软化-海水反渗透-电渗析-MVR 组合工艺处理冶炼废水， 实现废水零排放是可行的， 该工艺处理效果稳定， 运行费用低。 出水满足设计要求， 达到回用指标。

（2） 采用电渗析工艺， 运行简单， 最终浓水含盐量大大提高， 降低最终蒸发系统处理量， 有效节约了投资成本和运行成本。

（3） 运行中发现， 进水COD 不稳定， 造成苦咸水反渗透微生物污染， 需控制次氯酸钠加药量，保证系统的稳定性。

（4） 针对零排放， 需要单独设置酸碱调节池，收集膜系统清洗废液， 避免均质池pH 值的波动，造成系统运行不稳定。