应急处理站废水处理工艺优化实践

周维伟

（江西铜业集团有限公司 贵溪冶炼厂，江西 贵溪 335424）

1 引言

贵溪冶炼厂是一家大型铜冶炼企业，生产过程中产生污染较重的废酸废水主要经硫酸车间废酸排水工序的硫化、石膏、除氟、电化学等工艺［1-3］处理达到国家排放标准［4］后进入排水网，而地面冲洗水和厂区雨水则直接进入排水网，然而上述区域的废水可能含有较重污染物，特别是下雨初期，问题会更加严重一些，为了解决该问题，2012 年贵溪冶炼厂开始建立一座废水应急处理站，该应急处理站于2014 年正式投入运行以来，有效地改善了贵溪冶炼厂外排水质［5-6］。但应急处理站自运行以来，也存在着废水处理能力不足，药剂使用成本偏高等问题，本文简要介绍贵溪冶炼厂应急处理站生产工艺［7］，并论述了对应急处理站废水处理工艺进行优化的生产实践。

2 应急处理站工艺简介

2.1 废水收集工序简介

废水收集工序由一个预沉池、两个废水收集池和一个缓冲池组成，1#排口的水主要来自新材料车间排口，硫酸废酸废水处理排口和初期雨水等，其首先进入预沉池（库容1.4 万m3）进行固体沉降。1#废水收集池（库容6.9 万m3）收集经过预沉池沉降后未达标的污水。2#废水收集池（库容8.7 万m3）主要收集铜材公司、2#排口、西区排口的异常废水和初期雨水，两个废水收集池中的废水通过提升泵和管道送至反应槽处理。

图1 应急处理站工艺流程图

2.2 聚合硫酸铁反应原理

聚合硫酸铁处理污水分三个阶段。

（1）凝聚阶段：是将聚合硫酸铁溶液注入混凝池与原水快速混凝在极短时间内形成微细矾花的过程，此时水体变得更加浑浊，它要求水流能产生激烈的湍流，因此聚铁反应槽处理有搅拌机之外，一般还配合杂用风进行吹扫。

（2）絮凝阶段：是矾花成长变粗的过程，要求适当的湍流程度和足够的停留时间（10～15min），至后期可观察到大量矾花聚集缓缓下沉，形成表面清晰层。

（3）沉降阶段：它是在沉降池中进行的絮凝物沉降过程，要求水流缓慢，为提高效率一般采用斜管（板式）沉降池（最好采用气浮法分离絮凝物），大量的粗大矾花被斜管（板）壁阻挡而沉积于池底，上层水为澄清水，剩下的粒径小、密度小的矾花一边缓缓下降，一边继续相互碰撞结大，至后期余浊基本不变。

2.3 中和反应原理

在酸性条件下，NaOH 易于与废水中的酸性物质发生中和反应，同时废水中重金属离子在碱性条件下更容易生成沉淀而除去。主要发生的中和反应原理为：OH-+H+=H2O，2OH-+Cu2+= Cu(OH)2↓。

2.4 DTCR 反应原理

DTCR 全名重金属捕集剂，它是一长链的高分子，含有大量的极性基，这极性基中的硫离子原子半径较大、带负电，易于极化变形，产生负电场，捕捉阳离子，同时趋向成键，生成难溶的氨基二硫代甲酸盐（TDC 盐）而析出。这样生成的难溶TDC 盐，有的是离子键或强极性键，如TDCAg，大多数是配价键，如TDC-Cu、TDC－Zn、TDC－Fe。关于上述配价键的结构，同一金属离子螯合的配价基极可能来自不同的DTCR 分子，这样生成的TDC 盐的分子会是高交联的、立体结构的，原DTCR 的分子量为10～15 万，而生成的难溶螯合盐的分子可达到数百万，甚至上千万，故此种金属盐一旦在水中生成，受重力作用，便有好的絮凝沉析效果。

2.5 絮凝反应原理

阴离子高分子凝聚剂主要用于处理以无机固体为主的中性悬浮物。通过高分子长链条把污水中的许多悬浮物颗粒或油珠吸附后缠在一起而形成架桥，絮凝效果非常好，通常与铝盐配合使用。对不同的悬浮固体离子的水悬浮液应用不同水解度的PAM 来处理，也就是说，对水解度一定的PAM，它可能对水中的某些悬浮粒子的絮凝效力比对其他的一些水中悬浮粒子的凝聚效力大，即不同的水解度，对水中悬浮粒子具有选择性絮凝效能，一般PAM 的水解度控制在15%～30%之间。

2.6 斜管沉降原理

斜管填料沉淀池是根据平流式沉淀原理，在池内增加许多斜管后，加大水池过水断面的湿周，同时减小水力半径，为此在同样的水平流速V 时，可以大大降低雷诺数Re，从而减少水的紊动，促进沉淀。另外在泥渣悬浮层上方安装60°的斜管组件，使原水中的悬浮物、固化物或经投加混凝后形成絮体矾花，在斜管底侧表面积聚成薄泥层，依靠重力作用滑回泥渣悬浮层，继而沉入集泥斗，由排泥管排入污泥池另行处理或综合利用。上清液逐渐上升至集水管排出，可直接排放或回用。

2.7 砂滤池工作原理

过滤一般是指以石英砂滤料、无烟煤滤料等粒状滤料层截留水中悬浮杂质，从而使水获得澄清的过程。采用石英砂滤料、无烟煤滤料的滤池通常设在沉淀池或澄清池之后。进水浊度一般在10 度以下，滤出水浊度必须达到排放水标准。过滤的作用，不仅在于进一步降低水的浊度，而且水中有机物、细菌乃至病毒等将随水的浊度降低而被部分去除。

2.8 浓密压滤工序

斜管沉降池和普通砂滤池排除的污泥流入集泥池后由集泥池抽出泵送至浓密机浓缩，浓密机底部浓缩的浆液由底流输送泵送往压滤机进一步脱水。压滤机采用半自动控制程序运行，进液，压榨，风干可以自动运行，风干结束后进行脱渣，滤饼送其它车间进行金属回收，滤液返回1#废水收集池后重新返回反应槽处理。

3 应急处理站运行后存在的问题

3.1 应急处理站水处理能力小

应急处理站最初设计日处理能力为15000m3/d，即每小时最大处理水量为625 m3，一般正常情况时，应急处理站基本能够满足要求，但是处于汛期时，大雨致使缓冲池及各排口液面提高，当收集池液位超过上限后，很难继续收集废水，且收集池需要预留一定的安全容积，以应对上游发生泄漏等突发事件。如果大雨时期废水指标异常，废水收集将会很快占用安全容积，液位迅速升高，以致无法继续收集水，难以起到应急作用。

3.2 应急处理站药剂使用量偏大，成本偏高

应急处理站处理废水主要使用的化学药剂为聚合硫酸铁、氢氧化钠、重金属捕集剂DTCR、凝聚剂PAM，上述四种药剂每年花费成本大约200 多万元，近年来贵溪冶炼厂对应急处理站出口水质要求日趋严格，因此应急处理站废水处理量也越来越大，处理水量的增加也增加了药剂用量以及电量消耗，给车间生产成本控制带来严重压力。

4 工艺优化措施

4.1 强化工艺控制，加强班组管理，建立科学收水模式

应急处理站收集工序共安装了5 台在线分析仪取样泵，分别在1#排口、预沉池出口、西区排口、提升泵房、直排渠，其中1#排口和预沉池出口取样泵将液送至1#总铜在线分析仪，提升泵房和西区排口取样泵将液送至2#总铜在线分析仪。提升泵房和直排渠取样泵将液送至总砷在线分析仪，用以作为聚铁添加量的参考数据。1#排口、2#排口和西区排口分别安装了一台pH 计指示废水酸碱度，可监测排口废水排放情况。当厂区排水水质正常时，排水经直排渠至缓冲池沉降后排放；当厂区排水水质异常时，排放水则切入预沉池或2#废水收集池。

车间通过应急处理站（预沉池+直排渠）效果不断摸索和积累数据分析，找到应急处理站废水收集临界值，建立了贵溪冶炼厂废水应急处理站的科学收水模式：（1）当1#排口、西区排口pH 小于6 或pH 大于10，则必须全部切入收集池；（2）应急处理站停运时，若预沉池出口、西区排口含铜高于0.8mg/L 时，必须切换至废水收集池；（3）应急处理站开车时，若预沉池出口、西区排口含铜高于1.0mg/L 时，则全部切换至废水收集池；（4）2#排口污染物超标较为严重，2#排口废水全部切入废水收集池。在确保工厂总排口废水排放100%达标的基础上，最大化减少应急处理站废水处理开车时间，节约废水处理成本。

4.2 提高应急处理站废水处理流量

为提高应急处理站废水处理能力，车间逐步挖潜，不断提升设备能力，摸索最佳反应参数，水处理量从最初的625m3/h 逐步提升至900m3/h 左右，同时为应对应急处理站废水处理流量增大后水中悬浮粒子沉降效果变差以及滤料层杂质含量增多带来的负面影响，合理增加斜管沉降池及砂滤池反冲洗次数、时间和强度。

4.3 根据提升泵出口的铜浓度合理控制DTCR 的添加量

经过多年的生产实践，逐步掌握了提升泵出口废水铜浓度与DTCR 添加量的关系，见表1。

表1 提升泵出口Cu 浓度与DTCR 添加量关系表

5 效果分析

（1）将提升泵出口总管流量提升至900m3/h 左右，应急处理站年废水处理能力大幅提升，有效缓解了汛期生产压力，而且应急处理站废水处理流量增加后，应急处理站排放水水质未受到影响，完全符合国家排放标准，同时应急处理站吨水电耗也从2014 年0.31 kW·h/t 下降至2019 年的0.21 kW·h/t。

表2 2019 年1-12 月应急处理站出口排放水检测数据

（2）自应急处理站成立以来，吨水DTCR 用量一直在逐年递减，但应急处理站出口水质并未受到影响，100%达标排放。

表3 2014-2019 年DTCR 用量及应急处理站出口检测数据

6 经济效益分析

提升废水处理流量后，应急处理站吨水电耗 由2014 年 的0.31 kW·h/t 下 降 至2019 年 的0.21 kW·h/t，按应急处理站每年废水处理量为600 万m3计算，每年节约电费约为（0.31-0.21）×600×0.51 ＝30.6 万元；科学调整DTCR 用量后，DTCR 药剂用量由2014 年0.013kg/t 水下降至2018 年的0.001 kg /t 水，每年节约DTCR 费用约为（0.013-0.001）×600×12878/1000 ＝92.72 万元。

7 应急处理站目前存在的问题

按设计要求砷分析仪是用来控制、指导添加聚铁进行除砷，但目前应急处理站所有砷分析仪均故障处于停止状态，车间只能通过安全环保部的废水检测数据中砷的指标情况控制、指导添加聚铁除砷，反应滞后，不能及时调整聚合硫酸铁用量，增加了生产成本。

8 结语

贵溪冶炼厂应急处理站自投入使用以来，2014年至2019年已累计处理废水量达三千五百九十七万余立方米，为贵溪冶炼厂总排口排放水100%达标排放打下了坚实基础，同时也为改善鹰潭地区河流及鄱阳湖水质作出了重要贡献。随着时代的发展，人们的环保意识日趋增强，国家对环境保护的要求也日趋严格，因此企业要不断加大投入，减少污染物的排放，同时企业也必须不断加强科技创新，降低生产成本，以实现企业发展与环境保护共赢局面。