應(yīng)急處理站廢水處理工藝優(yōu)化實(shí)踐

周維偉

（江西銅業(yè)集團(tuán)有限公司 貴溪冶煉廠，江西 貴溪 335424）

1 引言

貴溪冶煉廠是一家大型銅冶煉企業(yè)，生產(chǎn)過程中產(chǎn)生污染較重的廢酸廢水主要經(jīng)硫酸車間廢酸排水工序的硫化、石膏、除氟、電化學(xué)等工藝［1-3］處理達(dá)到國家排放標(biāo)準(zhǔn)［4］后進(jìn)入排水網(wǎng)，而地面沖洗水和廠區(qū)雨水則直接進(jìn)入排水網(wǎng)，然而上述區(qū)域的廢水可能含有較重污染物，特別是下雨初期，問題會(huì)更加嚴(yán)重一些，為了解決該問題，2012 年貴溪冶煉廠開始建立一座廢水應(yīng)急處理站，該應(yīng)急處理站于2014 年正式投入運(yùn)行以來，有效地改善了貴溪冶煉廠外排水質(zhì)［5-6］。但應(yīng)急處理站自運(yùn)行以來，也存在著廢水處理能力不足，藥劑使用成本偏高等問題，本文簡(jiǎn)要介紹貴溪冶煉廠應(yīng)急處理站生產(chǎn)工藝［7］，并論述了對(duì)應(yīng)急處理站廢水處理工藝進(jìn)行優(yōu)化的生產(chǎn)實(shí)踐。

2 應(yīng)急處理站工藝簡(jiǎn)介

2.1 廢水收集工序簡(jiǎn)介

廢水收集工序由一個(gè)預(yù)沉池、兩個(gè)廢水收集池和一個(gè)緩沖池組成，1#排口的水主要來自新材料車間排口，硫酸廢酸廢水處理排口和初期雨水等，其首先進(jìn)入預(yù)沉池（庫容1.4 萬m3）進(jìn)行固體沉降。1#廢水收集池（庫容6.9 萬m3）收集經(jīng)過預(yù)沉池沉降后未達(dá)標(biāo)的污水。2#廢水收集池（庫容8.7 萬m3）主要收集銅材公司、2#排口、西區(qū)排口的異常廢水和初期雨水，兩個(gè)廢水收集池中的廢水通過提升泵和管道送至反應(yīng)槽處理。

圖1 應(yīng)急處理站工藝流程圖

2.2 聚合硫酸鐵反應(yīng)原理

聚合硫酸鐵處理污水分三個(gè)階段。

（1）凝聚階段：是將聚合硫酸鐵溶液注入混凝池與原水快速混凝在極短時(shí)間內(nèi)形成微細(xì)礬花的過程，此時(shí)水體變得更加渾濁，它要求水流能產(chǎn)生激烈的湍流，因此聚鐵反應(yīng)槽處理有攪拌機(jī)之外，一般還配合雜用風(fēng)進(jìn)行吹掃。

（2）絮凝階段：是礬花成長(zhǎng)變粗的過程，要求適當(dāng)?shù)耐牧鞒潭群妥銐虻耐Ａ魰r(shí)間（10～15min），至后期可觀察到大量礬花聚集緩緩下沉，形成表面清晰層。

（3）沉降階段：它是在沉降池中進(jìn)行的絮凝物沉降過程，要求水流緩慢，為提高效率一般采用斜管（板式）沉降池（最好采用氣浮法分離絮凝物），大量的粗大礬花被斜管（板）壁阻擋而沉積于池底，上層水為澄清水，剩下的粒徑小、密度小的礬花一邊緩緩下降，一邊繼續(xù)相互碰撞結(jié)大，至后期余濁基本不變。

2.3 中和反應(yīng)原理

在酸性條件下，NaOH 易于與廢水中的酸性物質(zhì)發(fā)生中和反應(yīng)，同時(shí)廢水中重金屬離子在堿性條件下更容易生成沉淀而除去。主要發(fā)生的中和反應(yīng)原理為：OH-+H+=H2O，2OH-+Cu2+= Cu(OH)2↓。

2.4 DTCR 反應(yīng)原理

DTCR 全名重金屬捕集劑，它是一長(zhǎng)鏈的高分子，含有大量的極性基，這極性基中的硫離子原子半徑較大、帶負(fù)電，易于極化變形，產(chǎn)生負(fù)電場(chǎng)，捕捉陽離子，同時(shí)趨向成鍵，生成難溶的氨基二硫代甲酸鹽（TDC 鹽）而析出。這樣生成的難溶TDC 鹽，有的是離子鍵或強(qiáng)極性鍵，如TDCAg，大多數(shù)是配價(jià)鍵，如TDC-Cu、TDC－Zn、TDC－Fe。關(guān)于上述配價(jià)鍵的結(jié)構(gòu)，同一金屬離子螯合的配價(jià)基極可能來自不同的DTCR 分子，這樣生成的TDC 鹽的分子會(huì)是高交聯(lián)的、立體結(jié)構(gòu)的，原DTCR 的分子量為10～15 萬，而生成的難溶螯合鹽的分子可達(dá)到數(shù)百萬，甚至上千萬，故此種金屬鹽一旦在水中生成，受重力作用，便有好的絮凝沉析效果。

2.5 絮凝反應(yīng)原理

陰離子高分子凝聚劑主要用于處理以無機(jī)固體為主的中性懸浮物。通過高分子長(zhǎng)鏈條把污水中的許多懸浮物顆?；蛴椭槲胶罄p在一起而形成架橋，絮凝效果非常好，通常與鋁鹽配合使用。對(duì)不同的懸浮固體離子的水懸浮液應(yīng)用不同水解度的PAM 來處理，也就是說，對(duì)水解度一定的PAM，它可能對(duì)水中的某些懸浮粒子的絮凝效力比對(duì)其他的一些水中懸浮粒子的凝聚效力大，即不同的水解度，對(duì)水中懸浮粒子具有選擇性絮凝效能，一般PAM 的水解度控制在15%～30%之間。

2.6 斜管沉降原理

斜管填料沉淀池是根據(jù)平流式沉淀原理，在池內(nèi)增加許多斜管后，加大水池過水?dāng)嗝娴臐裰?，同時(shí)減小水力半徑，為此在同樣的水平流速V 時(shí)，可以大大降低雷諾數(shù)Re，從而減少水的紊動(dòng)，促進(jìn)沉淀。另外在泥渣懸浮層上方安裝60°的斜管組件，使原水中的懸浮物、固化物或經(jīng)投加混凝后形成絮體礬花，在斜管底側(cè)表面積聚成薄泥層，依靠重力作用滑回泥渣懸浮層，繼而沉入集泥斗，由排泥管排入污泥池另行處理或綜合利用。上清液逐漸上升至集水管排出，可直接排放或回用。

2.7 砂濾池工作原理

過濾一般是指以石英砂濾料、無煙煤濾料等粒狀濾料層截留水中懸浮雜質(zhì)，從而使水獲得澄清的過程。采用石英砂濾料、無煙煤濾料的濾池通常設(shè)在沉淀池或澄清池之后。進(jìn)水濁度一般在10 度以下，濾出水濁度必須達(dá)到排放水標(biāo)準(zhǔn)。過濾的作用，不僅在于進(jìn)一步降低水的濁度，而且水中有機(jī)物、細(xì)菌乃至病毒等將隨水的濁度降低而被部分去除。

2.8 濃密壓濾工序

斜管沉降池和普通砂濾池排除的污泥流入集泥池后由集泥池抽出泵送至濃密機(jī)濃縮，濃密機(jī)底部濃縮的漿液由底流輸送泵送往壓濾機(jī)進(jìn)一步脫水。壓濾機(jī)采用半自動(dòng)控制程序運(yùn)行，進(jìn)液，壓榨，風(fēng)干可以自動(dòng)運(yùn)行，風(fēng)干結(jié)束后進(jìn)行脫渣，濾餅送其它車間進(jìn)行金屬回收，濾液返回1#廢水收集池后重新返回反應(yīng)槽處理。

3 應(yīng)急處理站運(yùn)行后存在的問題

3.1 應(yīng)急處理站水處理能力小

應(yīng)急處理站最初設(shè)計(jì)日處理能力為15000m3/d，即每小時(shí)最大處理水量為625 m3，一般正常情況時(shí)，應(yīng)急處理站基本能夠滿足要求，但是處于汛期時(shí)，大雨致使緩沖池及各排口液面提高，當(dāng)收集池液位超過上限后，很難繼續(xù)收集廢水，且收集池需要預(yù)留一定的安全容積，以應(yīng)對(duì)上游發(fā)生泄漏等突發(fā)事件。如果大雨時(shí)期廢水指標(biāo)異常，廢水收集將會(huì)很快占用安全容積，液位迅速升高，以致無法繼續(xù)收集水，難以起到應(yīng)急作用。

3.2 應(yīng)急處理站藥劑使用量偏大，成本偏高

應(yīng)急處理站處理廢水主要使用的化學(xué)藥劑為聚合硫酸鐵、氫氧化鈉、重金屬捕集劑DTCR、凝聚劑PAM，上述四種藥劑每年花費(fèi)成本大約200 多萬元，近年來貴溪冶煉廠對(duì)應(yīng)急處理站出口水質(zhì)要求日趨嚴(yán)格，因此應(yīng)急處理站廢水處理量也越來越大，處理水量的增加也增加了藥劑用量以及電量消耗，給車間生產(chǎn)成本控制帶來嚴(yán)重壓力。

4 工藝優(yōu)化措施

4.1 強(qiáng)化工藝控制，加強(qiáng)班組管理，建立科學(xué)收水模式

應(yīng)急處理站收集工序共安裝了5 臺(tái)在線分析儀取樣泵，分別在1#排口、預(yù)沉池出口、西區(qū)排口、提升泵房、直排渠，其中1#排口和預(yù)沉池出口取樣泵將液送至1#總銅在線分析儀，提升泵房和西區(qū)排口取樣泵將液送至2#總銅在線分析儀。提升泵房和直排渠取樣泵將液送至總砷在線分析儀，用以作為聚鐵添加量的參考數(shù)據(jù)。1#排口、2#排口和西區(qū)排口分別安裝了一臺(tái)pH 計(jì)指示廢水酸堿度，可監(jiān)測(cè)排口廢水排放情況。當(dāng)廠區(qū)排水水質(zhì)正常時(shí)，排水經(jīng)直排渠至緩沖池沉降后排放；當(dāng)廠區(qū)排水水質(zhì)異常時(shí)，排放水則切入預(yù)沉池或2#廢水收集池。

車間通過應(yīng)急處理站（預(yù)沉池+直排渠）效果不斷摸索和積累數(shù)據(jù)分析，找到應(yīng)急處理站廢水收集臨界值，建立了貴溪冶煉廠廢水應(yīng)急處理站的科學(xué)收水模式：（1）當(dāng)1#排口、西區(qū)排口pH 小于6 或pH 大于10，則必須全部切入收集池；（2）應(yīng)急處理站停運(yùn)時(shí)，若預(yù)沉池出口、西區(qū)排口含銅高于0.8mg/L 時(shí)，必須切換至廢水收集池；（3）應(yīng)急處理站開車時(shí)，若預(yù)沉池出口、西區(qū)排口含銅高于1.0mg/L 時(shí)，則全部切換至廢水收集池；（4）2#排口污染物超標(biāo)較為嚴(yán)重，2#排口廢水全部切入廢水收集池。在確保工廠總排口廢水排放100%達(dá)標(biāo)的基礎(chǔ)上，最大化減少應(yīng)急處理站廢水處理開車時(shí)間，節(jié)約廢水處理成本。

4.2 提高應(yīng)急處理站廢水處理流量

為提高應(yīng)急處理站廢水處理能力，車間逐步挖潛，不斷提升設(shè)備能力，摸索最佳反應(yīng)參數(shù)，水處理量從最初的625m3/h 逐步提升至900m3/h 左右，同時(shí)為應(yīng)對(duì)應(yīng)急處理站廢水處理流量增大后水中懸浮粒子沉降效果變差以及濾料層雜質(zhì)含量增多帶來的負(fù)面影響，合理增加斜管沉降池及砂濾池反沖洗次數(shù)、時(shí)間和強(qiáng)度。

4.3 根據(jù)提升泵出口的銅濃度合理控制DTCR 的添加量

經(jīng)過多年的生產(chǎn)實(shí)踐，逐步掌握了提升泵出口廢水銅濃度與DTCR 添加量的關(guān)系，見表1。

表1 提升泵出口Cu 濃度與DTCR 添加量關(guān)系表

5 效果分析

（1）將提升泵出口總管流量提升至900m3/h 左右，應(yīng)急處理站年廢水處理能力大幅提升，有效緩解了汛期生產(chǎn)壓力，而且應(yīng)急處理站廢水處理流量增加后，應(yīng)急處理站排放水水質(zhì)未受到影響，完全符合國家排放標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)應(yīng)急處理站噸水電耗也從2014 年0.31 kW·h/t 下降至2019 年的0.21 kW·h/t。

表2 2019 年1-12 月應(yīng)急處理站出口排放水檢測(cè)數(shù)據(jù)

（2）自應(yīng)急處理站成立以來，噸水DTCR 用量一直在逐年遞減，但應(yīng)急處理站出口水質(zhì)并未受到影響，100%達(dá)標(biāo)排放。

表3 2014-2019 年DTCR 用量及應(yīng)急處理站出口檢測(cè)數(shù)據(jù)

6 經(jīng)濟(jì)效益分析

提升廢水處理流量后，應(yīng)急處理站噸水電耗 由2014 年 的0.31 kW·h/t 下 降 至2019 年 的0.21 kW·h/t，按應(yīng)急處理站每年廢水處理量為600 萬m3計(jì)算，每年節(jié)約電費(fèi)約為（0.31-0.21）×600×0.51 ＝30.6 萬元；科學(xué)調(diào)整DTCR 用量后，DTCR 藥劑用量由2014 年0.013kg/t 水下降至2018 年的0.001 kg /t 水，每年節(jié)約DTCR 費(fèi)用約為（0.013-0.001）×600×12878/1000 ＝92.72 萬元。

7 應(yīng)急處理站目前存在的問題

按設(shè)計(jì)要求砷分析儀是用來控制、指導(dǎo)添加聚鐵進(jìn)行除砷，但目前應(yīng)急處理站所有砷分析儀均故障處于停止?fàn)顟B(tài)，車間只能通過安全環(huán)保部的廢水檢測(cè)數(shù)據(jù)中砷的指標(biāo)情況控制、指導(dǎo)添加聚鐵除砷，反應(yīng)滯后，不能及時(shí)調(diào)整聚合硫酸鐵用量，增加了生產(chǎn)成本。

8 結(jié)語

貴溪冶煉廠應(yīng)急處理站自投入使用以來，2014年至2019年已累計(jì)處理廢水量達(dá)三千五百九十七萬余立方米，為貴溪冶煉廠總排口排放水100%達(dá)標(biāo)排放打下了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)，同時(shí)也為改善鷹潭地區(qū)河流及鄱陽湖水質(zhì)作出了重要貢獻(xiàn)。隨著時(shí)代的發(fā)展，人們的環(huán)保意識(shí)日趨增強(qiáng)，國家對(duì)環(huán)境保護(hù)的要求也日趨嚴(yán)格，因此企業(yè)要不斷加大投入，減少污染物的排放，同時(shí)企業(yè)也必須不斷加強(qiáng)科技創(chuàng)新，降低生產(chǎn)成本，以實(shí)現(xiàn)企業(yè)發(fā)展與環(huán)境保護(hù)共贏局面。