周明， 石雪勤

（1.江蘇久吾高科技股份有限公司， 南京 211808； 2.江蘇中圣高科技產(chǎn)業(yè)有限公司， 南京 211808）

1 工程概況

某有色金屬冶煉企業(yè)建有20 萬(wàn)t／a 鋅冶煉項(xiàng)目， 產(chǎn)生的冶煉廢水具有硫酸鹽和氯化鹽等鹽類高、 硬度高等特征［1-4］。 隨著國(guó)家環(huán)保要求提高及西部缺水現(xiàn)狀， 該企業(yè)對(duì)冶煉廢水進(jìn)行處理后回用， 實(shí)現(xiàn)廢水零排放。 該工程設(shè)計(jì)采用雙堿法-澄清-超濾-苦咸水反滲透-樹(shù)脂軟化-海水反滲透-MVR 組合處理工藝， 出水回用作循環(huán)水系統(tǒng)補(bǔ)充水。 該工程的實(shí)施不僅能有效節(jié)約水資源， 實(shí)現(xiàn)較大的環(huán)境、 經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益［5-6］， 且有利于冶煉企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

表1 設(shè)計(jì)進(jìn)出水水質(zhì)Tab. 1 Design influent and effluent water quality

2 設(shè)計(jì)進(jìn)出水水質(zhì)

該項(xiàng)目冶煉工藝采用熱酸浸出-低污染沉礬除鐵濕法煉鋅工藝， 項(xiàng)目廢水來(lái)源包括冶煉廠水處理工段外排濃水、 污酸廢水工段處理后外排水、 熱電廠水處理外排濃水， 3 股廢水混合后排入調(diào)節(jié)池，混合后水量為3 000 m3／d。 根據(jù)甲方要求， 廢水處理站處理后尾水進(jìn)入回用水站進(jìn)行深度處理后回用， 水質(zhì)執(zhí)行《煉油化工企業(yè)廢水回用管理導(dǎo)則》中的初級(jí)再生水水質(zhì)控制指標(biāo)， 回用作廠內(nèi)的循環(huán)水系統(tǒng)補(bǔ)充水［7-8］。

設(shè)計(jì)進(jìn)水水質(zhì)見(jiàn)表1。

3 工藝流程

該冶煉廢水中含鹽量、 硬度均較高， 需要進(jìn)行軟化及脫鹽處理。 根據(jù)本項(xiàng)目水質(zhì)， 結(jié)合以往類似工程的處理經(jīng)驗(yàn)， 從經(jīng)濟(jì)、 去除效果等角度考慮，采用以化學(xué)除硬為主體的軟化工藝， 并結(jié)合反滲透耦合電滲析的脫鹽工藝。

廢水經(jīng)過(guò)收集均質(zhì)后， 首先通過(guò)雙堿法軟化去除廢水中的大部分硬度， 然后通過(guò)多介質(zhì)過(guò)濾和超濾過(guò)濾去除水中的懸浮物、 膠體、 硅、 部分COD、重金屬等物質(zhì)， 再通過(guò)苦咸水反滲透截留絕大部分溶解鹽及有機(jī)物。 苦咸水反滲透濃水通過(guò)海水反滲透進(jìn)一步濃縮減量， 形成含有較高鹽分的濃鹽水，該濃鹽水進(jìn)入電滲析裝置進(jìn)一步濃縮， 進(jìn)而降低蒸發(fā)量。 在進(jìn)入電滲析前， 通過(guò)樹(shù)脂軟化將鹽水中的硬度進(jìn)一步去除， 防止在后續(xù)設(shè)備內(nèi)部結(jié)垢。

電滲析濃水通過(guò)進(jìn)料泵進(jìn)入蒸發(fā)結(jié)晶系統(tǒng)， 在進(jìn)入蒸發(fā)結(jié)晶系統(tǒng)之前需經(jīng)兩級(jí)預(yù)熱， 預(yù)熱器采用板式換熱器， 熱源為蒸發(fā)系統(tǒng)產(chǎn)生的蒸汽冷凝水，溫度升至約65 ～70 ℃后， 進(jìn)入強(qiáng)制循環(huán)蒸發(fā)系統(tǒng)進(jìn)行蒸發(fā)。 當(dāng)物料濃度達(dá)到設(shè)計(jì)要求值時(shí)， 開(kāi)啟出料閥門， 通過(guò)晶漿泵送至稠厚罐， 然后進(jìn)入離心機(jī)進(jìn)行固液分離處理， 分離出的晶體進(jìn)入下道工序，濾液經(jīng)過(guò)母液罐返回結(jié)晶器繼續(xù)進(jìn)行蒸發(fā)處理。

為了得到更好品質(zhì)的回用水， 將苦咸水反滲透產(chǎn)水、 海水反滲透產(chǎn)水和電滲析產(chǎn)水混合后再進(jìn)入二級(jí)反滲透裝置處理， 詳細(xì)工藝流程見(jiàn)圖1。

圖1 廢水處理工藝流程Fig. 1 Process flow of wastewater treatment

4 主要構(gòu)筑物及設(shè)計(jì)參數(shù)

4.1 預(yù)處理系統(tǒng)

（1） 機(jī)械澄清池。 設(shè)計(jì)處理量為160 m3／h， 設(shè)置反應(yīng)池2 座， 串聯(lián)布置， 一級(jí)反應(yīng)池投加氫氧化鈉， 二級(jí)反應(yīng)池投加碳酸鈉， 每級(jí)反應(yīng)池停留時(shí)間為30 min， pH 值控制為11.0 ～11.5； 機(jī)械澄清池2座， 并聯(lián)設(shè)置， 單臺(tái)機(jī)械澄清池停留時(shí)間為120 min， 尺寸為φ 11.0 m×6.5 m。 出水SS 質(zhì)量濃度小于20 mg／L， 出水總硬度小于80 mg／L。

（2） 多介質(zhì)過(guò)濾器。 設(shè)置DN 3 200 mm 多介質(zhì)過(guò)濾器3 臺(tái)， 2 用1 備。 上層濾料為無(wú)煙煤， 濾料粒徑為0.8 ～1.8 mm， 濾層高度為400 mm； 下層濾料為石英砂， 濾料粒徑為0.5 ～1.2 mm， 濾層高度為800 mm。 配套反洗風(fēng)機(jī)、 反洗水泵、 次氯酸鈉加藥泵， 每天反洗1 次， 出水SS 質(zhì)量濃度小于5 mg／L。

（3） 超濾。 2 套， 采用國(guó)產(chǎn)九思PVDF 外壓超濾膜JIUSIFU-0860， 每套36 支， 單只膜元件面積為50 m2， 設(shè)計(jì)通量小于40 L／（m2·h）， 膜系統(tǒng)回收率為90%。 出水指標(biāo)： SDI ≤5， ρ（膠體硅）≤5 mg／L， 濁度小于0.5 NTU。

4.2 反滲透膜濃縮系統(tǒng)

（1） 苦咸水反滲透。 2 套， 采用陶氏BW30-400／FR 抗污染膜， 每套設(shè)計(jì)處理量為53 m3／h， 平均通量小于18 L／（m2·h）， 按一級(jí)兩段9 ∶5 排列，系統(tǒng)回收率為68%， 設(shè)置段間增壓泵。

（2） 樹(shù)脂軟化系統(tǒng)。 設(shè)置DN 2 200 mm 樹(shù)脂軟化床2 臺(tái)， 1 用1 備， 產(chǎn)水量為46 ～51 m3／h。 產(chǎn)水指標(biāo)： 硬度為0 μmol／L； 反洗膨脹率為100%。設(shè)置酸堿再生裝置1 套。

（3） 海水反滲透。 1 套， 采用東麗海水膜， 設(shè)計(jì)處理量為30 m3／h， 平均通量小于17 L／（m2·h），按一級(jí)兩段5 ∶3 排列， 系統(tǒng)回收率為58%。

（4） 二級(jí)反滲透。 2 套， 采用陶氏BW30-400膜， 每套設(shè)計(jì)處理量為66 m3／h， 平均通量小于23 L／（m2·h）， 按一級(jí)兩段9 ∶4 排列， 系統(tǒng)回收率為85%， 并設(shè)置段間增壓泵。

4.3 電滲析濃縮系統(tǒng)

進(jìn)水量為19 m3／h， 系統(tǒng)回收率為73%； 膜堆規(guī)格AC50-600， 3 套。 設(shè)計(jì)電壓： 300 V， 2 臺(tái)； 320 V， 1 臺(tái)。 設(shè)計(jì)電流： 220 A， 2 臺(tái)； 200 A， 1 臺(tái)。 淡水流量： 一級(jí)84 m3／h； 二級(jí)42 m3／h。 濃水流量：一級(jí)68 m3／h； 二級(jí)34 m3／h。 極水流量為4 ～6 m3／h。

4.4 MVR 系統(tǒng)

設(shè)計(jì)處理量為7 m3／h， 進(jìn)料量為7 m3／h， 進(jìn)料溫度為15 ℃， 進(jìn)料濃度為13%， 加熱溫度為98℃， 蒸發(fā)溫度為80 ℃， 母液外排量約為1 m3／h，蒸發(fā)量為6 500 kg／h。

5 工程設(shè)計(jì)特點(diǎn)

（1） 采用雙堿法結(jié)合機(jī)械澄清除硬工藝， 工藝成熟可靠， 無(wú)需投加PAC、 PAM， 出水硬度穩(wěn)定在80 mg／L， 運(yùn)行費(fèi)用低。

（2） 采用反滲透耦合電滲析工藝， 使得濃水含鹽量達(dá)到130 000 mg／L， 減少了MVR 處理量， 降低了整體投資及運(yùn)行費(fèi)用。

6 實(shí)際運(yùn)行工況

該工程自2018 年12 月調(diào)試驗(yàn)收后， 整套系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行， 性能滿足設(shè)計(jì)要求， 系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行參數(shù)見(jiàn)表2。

表2 系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行參數(shù)Tab. 2 Actual operating parameters of the system

7 投資及運(yùn)行成本

項(xiàng)目總投資為4 000 萬(wàn)， 運(yùn)行成本為6.8 元／m3。

8 結(jié)語(yǔ)

（1） 該工程運(yùn)行實(shí)踐表明， 采用雙堿法-機(jī)械澄清池-超濾-苦咸水反滲透-樹(shù)脂軟化-海水反滲透-電滲析-MVR 組合工藝處理冶煉廢水， 實(shí)現(xiàn)廢水零排放是可行的， 該工藝處理效果穩(wěn)定， 運(yùn)行費(fèi)用低。 出水滿足設(shè)計(jì)要求， 達(dá)到回用指標(biāo)。

（2） 采用電滲析工藝， 運(yùn)行簡(jiǎn)單， 最終濃水含鹽量大大提高， 降低最終蒸發(fā)系統(tǒng)處理量， 有效節(jié)約了投資成本和運(yùn)行成本。

（3） 運(yùn)行中發(fā)現(xiàn)， 進(jìn)水COD 不穩(wěn)定， 造成苦咸水反滲透微生物污染， 需控制次氯酸鈉加藥量，保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

（4） 針對(duì)零排放， 需要單獨(dú)設(shè)置酸堿調(diào)節(jié)池，收集膜系統(tǒng)清洗廢液， 避免均質(zhì)池pH 值的波動(dòng)，造成系統(tǒng)運(yùn)行不穩(wěn)定。