复杂工业废水盐浓缩试验研究

刘 亮，钟瑞晨

（江西铜业股份有限公司贵溪冶炼厂，江西贵溪 335424）

复杂成分的工业废水处理能力一直都用来衡量一个废水处理企业的处理能力上限。一般来说，冶金行业的废水按照其成分与处理量被归入复杂工业废水的行列中，需要进行处理才可以达标排放的项目数量相较其他种类的废水多，具有废水量较大、污染物质种类多、水质较为复杂等特点[1]。对于复杂成分的工业废水，寻求一种合理的处理工艺成为该类废水治理工作中的重心。

1 背景介绍

江西铜业股份有限公司贵溪冶炼厂（以下简称贵溪冶炼厂）硫酸车间石膏滤液采用 “除氟+石灰-铁盐+电化学”工艺进行处理，即污酸的处理后液混合新老系统各车间生产废水以及初期雨水进入调节池内，采用研磨后的石灰乳中和至 pH为3.5，经过浓密机沉降后清液进入除氟工序除氟（控制pH=6～7），通过添加硫酸铝实现石膏滤液除氟。除氟后的废水再经一段氧化曝气将二价铁离子氧化成三价铁离子，进入中和反应池内调节pH值至10.5，出水加聚丙烯酰胺高分子聚合物（PAM）作为絮凝剂混凝沉淀处理废水，清液进入电化学系统内与砷絮凝共沉降，最终得到可排放的达标排放水。这期间产生的石膏通过离心机分离水分后外售，电化学系统产生的底流通过管道输送至厂内选矿车间进一步加工外销。硫酸车间石膏滤液处理工艺流程见图1。

图1 硫酸车间石膏滤液处理工艺流程

由于石膏滤液与其他生产废水经过处理后未进行降硬度和脱盐，废水钙离子和盐分都较高，难以作为生产用水直接回用，故目前部分处理后的废水作为渣缓冷场循环水系统的补充水，其余部分达标外排。总体来说，该流程若不采用合理的改善措施，从长远来看无法实现“零排放”的宏观目标。

对于该类型的复杂成分工业废水，采用膜法分离盐浓缩的方式回用再生水是一种切合实际的方案。膜法分离盐浓缩可实现含盐废水“零排放”和资源化再利用，并且膜法处理较其他传统方法具有分离效果好、能耗低、占地面积小、操作简单、环境污染小等优点[2]。据此，赛恩斯环保股份有限公司设计了1套针对石膏滤液部分的盐浓缩试验方案，中试研究工艺流程见图2。

图2 中试研究工艺流程

该研究基于贵溪冶炼厂硫酸车间废水“零排放”项目[3]，采用“生物制剂-脱钙预处理+反渗透膜浓缩+电渗析浓缩”组合工艺对废水进行连续14 d的盐分浓缩中试研究，目的在于验证该工艺对废水盐分与回用水分离的可行性、掌握该废水实际水质情况和确定各工艺流程的运行参数，为后续项目的设计与实施提供重要依据。

2 复杂工业废水盐浓缩试验

2.1 试验目标

试验研究预期实现的技术目标如下：

1）连续全流程试验产出的浓水中盐分（以Na2SO4计）质量分数稳定在15%以上。

2）连续全流程试验产出的回用水水质稳定达到HG/T 3923—2007《循环冷却水用再生水水质标准》要求。

2.2 进水水质

试验进水水质见表1。

表1 试验进水水质

2.3 分析方法

试验所使用的检测方法见表2。

表2 检测因子、检测方法及浓度范围

3 结果与讨论

3.1 反渗透膜系统产水

反渗透膜系统产水水质依据的标准为HG/T3923—2007。试验期间采用内部随机采样的方式检测并出具内部产水数据，反渗透产水内部检测数据见表3。

表3 反渗透产水内部检测数据

续表3

由于反渗透系统产水质量是主要试验评价指标之一，为保证结果客观可靠，对部分样品送外部检测。相应的外部检测数据见表4。

从表4可以看出：反渗透产水除细菌总数外，其余指标均达到HG/T 3923—2007要求。总溶解性固体为40～348 mg/L，满足回用要求，达到了前期的试验目标。

表4 反渗透产水外部检测数据

3.2 电渗析浓缩盐水

电渗析系统的主要关注点体现在产出的浓盐水浓度（或用TDS标定）是否达标。试验期间得到的数据见表5。

由表5的数据可以看出：电渗析浓盐水的TDS值在180.42～238.65 g/L，电渗析浓液盐分（以Na2SO4计）质量分数在15.95%～20.07%，ρ(Na+)在63.86 g/L以上，浓盐水中盐分全部达到大于15%的指标。说明电渗析浓缩工艺能够满足最终浓缩工艺要求。

表5 电渗析浓水检测数据

3.3 试验期间消耗情况与成本核算

3.3.1 电消耗

全流程稳定运行期间，用电统计包括两部分：总电表和电渗析电表，电渗析电表主要监测电渗析过程耗电量，总电表为所有中试研究装备的用电量监测。总电表和电渗析电表数据见表6。

表6 总电表和电渗析电表数据 单位：kWh

3.3.2 药剂消耗

试验期间预处理药剂使用量见表7，树脂与反渗透药剂使用量见表8。

表7 试验预处理药剂使用量 单位：kg

表8 试验树脂与反渗透药剂使用量 单位：kg

3.3.3 水消耗

全流程稳定运行期间，用水统计包括两部分，一部分为固体药剂脱钙剂和絮凝剂配制成溶液用水，另一部分为膜系统进水降温冷却用水。其中冷却用水总使用量为41.246 6 m3，脱钙剂和絮凝剂每批次用水100 L，药剂配制用水情况见表9。

表9 药剂配制用水情况

通过对中试研究期间包括药剂费、电费及能耗等在内消耗分析，石膏滤液预处理达到膜浓缩水质要求的预处理运行成本约为27.18 元/m3，石膏滤液盐浓缩膜系统运行成本约为 14.78 元/m3。

4 结论

1）连续全流程24 h稳定运行14 d研究结果表明：采用“生物制剂配合-协同脱钙+深度除氟+反渗透+电渗析膜浓缩”组合工艺实现石膏滤液中盐分高倍数浓缩工艺整体可行，浓缩后浓水含盐量和产水水质基本达到了预期的总体目标。同时，整体工艺运行比较稳定，各系统的处理效果符合预期，优化了工艺路线和运行条件参数，具有较好的经济效益。

2）石膏滤液预处理后液经反渗透膜浓缩处理后，淡水的 TDS 值远低于 1 000 mg/L 的标准。根据外检数据反渗透产水指标除细菌总数超标，其他指标均远低于HG/T 3923—2007中的指标值，反渗透内检数据除pH 值达标率约 80%外，总碱度、总硬度均达标，可认为反渗透产水指标达到目标要求。

3）为保证工程顺利实施及系统的稳定运行，需解决在研究过程中发现的问题，如残余COD堵膜风险，旱季雨季水质波动、水温等因素对工程化应用的影响等，在后续设计中需充分考虑这些因素。