劉 亮，鐘瑞晨

（江西銅業(yè)股份有限公司貴溪冶煉廠，江西貴溪 335424）

復(fù)雜成分的工業(yè)廢水處理能力一直都用來衡量一個廢水處理企業(yè)的處理能力上限。一般來說，冶金行業(yè)的廢水按照其成分與處理量被歸入復(fù)雜工業(yè)廢水的行列中，需要進(jìn)行處理才可以達(dá)標(biāo)排放的項(xiàng)目數(shù)量相較其他種類的廢水多，具有廢水量較大、污染物質(zhì)種類多、水質(zhì)較為復(fù)雜等特點(diǎn)[1]。對于復(fù)雜成分的工業(yè)廢水，尋求一種合理的處理工藝成為該類廢水治理工作中的重心。

1 背景介紹

江西銅業(yè)股份有限公司貴溪冶煉廠（以下簡稱貴溪冶煉廠）硫酸車間石膏濾液采用 “除氟+石灰-鐵鹽+電化學(xué)”工藝進(jìn)行處理，即污酸的處理后液混合新老系統(tǒng)各車間生產(chǎn)廢水以及初期雨水進(jìn)入調(diào)節(jié)池內(nèi)，采用研磨后的石灰乳中和至 pH為3.5，經(jīng)過濃密機(jī)沉降后清液進(jìn)入除氟工序除氟（控制pH=6～7），通過添加硫酸鋁實(shí)現(xiàn)石膏濾液除氟。除氟后的廢水再經(jīng)一段氧化曝氣將二價鐵離子氧化成三價鐵離子，進(jìn)入中和反應(yīng)池內(nèi)調(diào)節(jié)pH值至10.5，出水加聚丙烯酰胺高分子聚合物（PAM）作為絮凝劑混凝沉淀處理廢水，清液進(jìn)入電化學(xué)系統(tǒng)內(nèi)與砷絮凝共沉降，最終得到可排放的達(dá)標(biāo)排放水。這期間產(chǎn)生的石膏通過離心機(jī)分離水分后外售，電化學(xué)系統(tǒng)產(chǎn)生的底流通過管道輸送至廠內(nèi)選礦車間進(jìn)一步加工外銷。硫酸車間石膏濾液處理工藝流程見圖1。

圖1 硫酸車間石膏濾液處理工藝流程

由于石膏濾液與其他生產(chǎn)廢水經(jīng)過處理后未進(jìn)行降硬度和脫鹽，廢水鈣離子和鹽分都較高，難以作為生產(chǎn)用水直接回用，故目前部分處理后的廢水作為渣緩冷場循環(huán)水系統(tǒng)的補(bǔ)充水，其余部分達(dá)標(biāo)外排?？傮w來說，該流程若不采用合理的改善措施，從長遠(yuǎn)來看無法實(shí)現(xiàn)“零排放”的宏觀目標(biāo)。

對于該類型的復(fù)雜成分工業(yè)廢水，采用膜法分離鹽濃縮的方式回用再生水是一種切合實(shí)際的方案。膜法分離鹽濃縮可實(shí)現(xiàn)含鹽廢水“零排放”和資源化再利用，并且膜法處理較其他傳統(tǒng)方法具有分離效果好、能耗低、占地面積小、操作簡單、環(huán)境污染小等優(yōu)點(diǎn)[2]。據(jù)此，賽恩斯環(huán)保股份有限公司設(shè)計(jì)了1套針對石膏濾液部分的鹽濃縮試驗(yàn)方案，中試研究工藝流程見圖2。

圖2 中試研究工藝流程

該研究基于貴溪冶煉廠硫酸車間廢水“零排放”項(xiàng)目[3]，采用“生物制劑-脫鈣預(yù)處理+反滲透膜濃縮+電滲析濃縮”組合工藝對廢水進(jìn)行連續(xù)14 d的鹽分濃縮中試研究，目的在于驗(yàn)證該工藝對廢水鹽分與回用水分離的可行性、掌握該廢水實(shí)際水質(zhì)情況和確定各工藝流程的運(yùn)行參數(shù)，為后續(xù)項(xiàng)目的設(shè)計(jì)與實(shí)施提供重要依據(jù)。

2 復(fù)雜工業(yè)廢水鹽濃縮試驗(yàn)

2.1 試驗(yàn)?zāi)繕?biāo)

試驗(yàn)研究預(yù)期實(shí)現(xiàn)的技術(shù)目標(biāo)如下：

1）連續(xù)全流程試驗(yàn)產(chǎn)出的濃水中鹽分（以Na2SO4計(jì)）質(zhì)量分?jǐn)?shù)穩(wěn)定在15%以上。

2）連續(xù)全流程試驗(yàn)產(chǎn)出的回用水水質(zhì)穩(wěn)定達(dá)到HG/T 3923—2007《循環(huán)冷卻水用再生水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》要求。

2.2 進(jìn)水水質(zhì)

試驗(yàn)進(jìn)水水質(zhì)見表1。

表1 試驗(yàn)進(jìn)水水質(zhì)

2.3 分析方法

試驗(yàn)所使用的檢測方法見表2。

表2 檢測因子、檢測方法及濃度范圍

3 結(jié)果與討論

3.1 反滲透膜系統(tǒng)產(chǎn)水

反滲透膜系統(tǒng)產(chǎn)水水質(zhì)依據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)為HG/T3923—2007。試驗(yàn)期間采用內(nèi)部隨機(jī)采樣的方式檢測并出具內(nèi)部產(chǎn)水?dāng)?shù)據(jù)，反滲透產(chǎn)水內(nèi)部檢測數(shù)據(jù)見表3。

表3 反滲透產(chǎn)水內(nèi)部檢測數(shù)據(jù)

續(xù)表3

由于反滲透系統(tǒng)產(chǎn)水質(zhì)量是主要試驗(yàn)評價指標(biāo)之一，為保證結(jié)果客觀可靠，對部分樣品送外部檢測。相應(yīng)的外部檢測數(shù)據(jù)見表4。

從表4可以看出：反滲透產(chǎn)水除細(xì)菌總數(shù)外，其余指標(biāo)均達(dá)到HG/T 3923—2007要求?？?cè)芙庑怨腆w為40～348 mg/L，滿足回用要求，達(dá)到了前期的試驗(yàn)?zāi)繕?biāo)。

表4 反滲透產(chǎn)水外部檢測數(shù)據(jù)

3.2 電滲析濃縮鹽水

電滲析系統(tǒng)的主要關(guān)注點(diǎn)體現(xiàn)在產(chǎn)出的濃鹽水濃度（或用TDS標(biāo)定）是否達(dá)標(biāo)。試驗(yàn)期間得到的數(shù)據(jù)見表5。

由表5的數(shù)據(jù)可以看出：電滲析濃鹽水的TDS值在180.42～238.65 g/L，電滲析濃液鹽分（以Na2SO4計(jì)）質(zhì)量分?jǐn)?shù)在15.95%～20.07%，ρ(Na+)在63.86 g/L以上，濃鹽水中鹽分全部達(dá)到大于15%的指標(biāo)。說明電滲析濃縮工藝能夠滿足最終濃縮工藝要求。

表5 電滲析濃水檢測數(shù)據(jù)

3.3 試驗(yàn)期間消耗情況與成本核算

3.3.1 電消耗

全流程穩(wěn)定運(yùn)行期間，用電統(tǒng)計(jì)包括兩部分：總電表和電滲析電表，電滲析電表主要監(jiān)測電滲析過程耗電量，總電表為所有中試研究裝備的用電量監(jiān)測?？傠姳砗碗姖B析電表數(shù)據(jù)見表6。

表6 總電表和電滲析電表數(shù)據(jù) 單位：kWh

3.3.2 藥劑消耗

試驗(yàn)期間預(yù)處理藥劑使用量見表7，樹脂與反滲透藥劑使用量見表8。

表7 試驗(yàn)預(yù)處理藥劑使用量 單位：kg

表8 試驗(yàn)樹脂與反滲透藥劑使用量 單位：kg

3.3.3 水消耗

全流程穩(wěn)定運(yùn)行期間，用水統(tǒng)計(jì)包括兩部分，一部分為固體藥劑脫鈣劑和絮凝劑配制成溶液用水，另一部分為膜系統(tǒng)進(jìn)水降溫冷卻用水。其中冷卻用水總使用量為41.246 6 m3，脫鈣劑和絮凝劑每批次用水100 L，藥劑配制用水情況見表9。

表9 藥劑配制用水情況

通過對中試研究期間包括藥劑費(fèi)、電費(fèi)及能耗等在內(nèi)消耗分析，石膏濾液預(yù)處理達(dá)到膜濃縮水質(zhì)要求的預(yù)處理運(yùn)行成本約為27.18 元/m3，石膏濾液鹽濃縮膜系統(tǒng)運(yùn)行成本約為 14.78 元/m3。

4 結(jié)論

1）連續(xù)全流程24 h穩(wěn)定運(yùn)行14 d研究結(jié)果表明：采用“生物制劑配合-協(xié)同脫鈣+深度除氟+反滲透+電滲析膜濃縮”組合工藝實(shí)現(xiàn)石膏濾液中鹽分高倍數(shù)濃縮工藝整體可行，濃縮后濃水含鹽量和產(chǎn)水水質(zhì)基本達(dá)到了預(yù)期的總體目標(biāo)。同時，整體工藝運(yùn)行比較穩(wěn)定，各系統(tǒng)的處理效果符合預(yù)期，優(yōu)化了工藝路線和運(yùn)行條件參數(shù)，具有較好的經(jīng)濟(jì)效益。

2）石膏濾液預(yù)處理后液經(jīng)反滲透膜濃縮處理后，淡水的 TDS 值遠(yuǎn)低于 1 000 mg/L 的標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)外檢數(shù)據(jù)反滲透產(chǎn)水指標(biāo)除細(xì)菌總數(shù)超標(biāo)，其他指標(biāo)均遠(yuǎn)低于HG/T 3923—2007中的指標(biāo)值，反滲透內(nèi)檢數(shù)據(jù)除pH 值達(dá)標(biāo)率約 80%外，總堿度、總硬度均達(dá)標(biāo)，可認(rèn)為反滲透產(chǎn)水指標(biāo)達(dá)到目標(biāo)要求。

3）為保證工程順利實(shí)施及系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，需解決在研究過程中發(fā)現(xiàn)的問題，如殘余COD堵膜風(fēng)險，旱季雨季水質(zhì)波動、水溫等因素對工程化應(yīng)用的影響等，在后續(xù)設(shè)計(jì)中需充分考慮這些因素。