冶煉煙氣制酸項(xiàng)目污染治理

周圣兵，張鑫，董玉劍(江西銅業(yè)鉛鋅金屬有限公司，江西 九江 332500)

0 引言

改革開放后，中國工業(yè)一直以粗放型發(fā)展為主，造成了資源浪費(fèi)與環(huán)境污染。新時(shí)代，中國政府在頂層設(shè)計(jì)方面創(chuàng)新了總體經(jīng)濟(jì)理論，并且，通過金融體制改革、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整、生態(tài)文明深化改革等一系列措施，極大的推動(dòng)了冶煉制酸行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。從冶煉煙氣制酸項(xiàng)目的數(shù)量、規(guī)模、效益等情況看，當(dāng)前階段均處于增長態(tài)勢。由于廢氣廢水的污染也處于同步增加狀態(tài)，因此十分有必要在新時(shí)期進(jìn)一步加強(qiáng)對此類項(xiàng)目的污染治理。

1 冶煉煙氣制酸項(xiàng)目概述

在冶煉裝置生產(chǎn)系統(tǒng)中，冶煉煙氣制酸裝置屬于其中的一個(gè)重要組成部分。從當(dāng)前中國制酸冶煉煙氣的情況看，冶煉以五大類金屬為主，包括了鎳、黃金、鋅、鉛、銅等。從歷史沿革看，中國第一套冶煉煙氣制酸裝置由1960年投產(chǎn)(有色金屬公司)，在40多年的改革開放過程中，無論是制酸裝置、制酸工藝、污染治理等，均取得了長足進(jìn)度。由于新時(shí)代中國推進(jìn)了工業(yè)文明與生態(tài)文明的融合發(fā)展，因而在環(huán)保治理綜合利用政策背景之下，需要在推進(jìn)制酸產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的過程中，積極研發(fā)設(shè)計(jì)一些系統(tǒng)性治理方案，化解此類項(xiàng)目運(yùn)行后的污染問題[1]。

2 冶煉煙氣制酸項(xiàng)目污染對環(huán)境的影響

2.1 污染流程分析

首先，在冶煉煙氣制酸項(xiàng)目中，制酸的工藝流程為凈化—干吸—轉(zhuǎn)化。其中，凈化至為關(guān)鍵，是去除砷、塵、酸霧的重要流程，而干吸環(huán)節(jié)旨在實(shí)現(xiàn)對凈化環(huán)節(jié)煙氣所含水分的進(jìn)一步處理。與前兩道工序相比，轉(zhuǎn)化環(huán)節(jié)主要是將干燥后的煙氣中二氧化硫轉(zhuǎn)化成三氧化硫，為干吸工序濃硫酸產(chǎn)品的生產(chǎn)制造提供原料。對于二氧化硫的轉(zhuǎn)化通常分為兩個(gè)步驟：一是借助觸媒層對煙氣進(jìn)行催化氧化，將干燥塔干燥后的二氧化硫?qū)崿F(xiàn)向三氧化硫的轉(zhuǎn)化。二是將一次吸收后的尾氣進(jìn)行二次轉(zhuǎn)化，二次轉(zhuǎn)化后的煙氣送往二吸塔吸收生產(chǎn)成品酸[2]。

其次，經(jīng)過制酸系統(tǒng)對煙氣污染物的處理，廢氣污染物濃度下降，污染物種類主要為硫酸霧與二氧化硫。廢水污染物主要為酸性污水，如在凈化環(huán)節(jié)生成的污酸即屬此類。污酸的主要成分包括了硫酸(10%左右)、砷、銅、鋅、鉛、鐵、氟、氯等。此類酸性污染需要經(jīng)過一系列處理才能達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)。一些企業(yè)通過工藝優(yōu)化與裝置改進(jìn)，能夠使其返回工藝系統(tǒng)作為新的資源獲得有效利用。從目前的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)看，在同一類型的冶煉制酸項(xiàng)目中，煙氣制酸系統(tǒng)的污酸排放水質(zhì)差異較少，而且，酸性廢水的污染物種類方面差異也比較小。污酸處理后的廢渣與污染數(shù)量相對較少、催化劑排放量較小。需要注意的是，大部分制酸企業(yè)在污酸污泥、廢渣的處理過程中，因工藝差異也會(huì)導(dǎo)致處理效果的差異，此類差異具體數(shù)量、成分等方面。制酸污染流程示意如圖1所示。

圖1 冶煉煙氣制酸污染流程

2.2 對環(huán)境的影響

冶煉煙氣制酸項(xiàng)目污染對環(huán)境的影響主要包括廢氣影響、污酸影響兩大方面。分述如下：

以廢氣對環(huán)境的影響為例，在制酸過程中會(huì)產(chǎn)生以二氧化硫與硫酸霧為主要成分的污染物。當(dāng)此類污染物通過煙囪進(jìn)行排放時(shí)，如果不采用相應(yīng)的污染處理措施，會(huì)直接進(jìn)入到環(huán)境并以酸霧等方式進(jìn)入到人體、自然之中，輕者造成身體不適，嚴(yán)重時(shí)可導(dǎo)致疾病，并對生態(tài)環(huán)境造成破壞。從當(dāng)前冶煉煙氣制酸項(xiàng)目實(shí)施企業(yè)的法治治理情況看，如果采用“兩轉(zhuǎn)兩吸”工藝、WSA工藝等，均可以提高制酸尾氣的生產(chǎn)效率、增強(qiáng)對污染物濃度的控制，并使廢氣排放控制在標(biāo)準(zhǔn)范圍之內(nèi)，從而減輕對環(huán)境的有害影響[3]。以污酸對環(huán)境的影響為例，此類物質(zhì)包括了酸性廢水、污泥、廢渣，既具有一定的毒害作用，也處于污染源頭。因此，為了有效預(yù)防、控制污酸對環(huán)境的影響，大部分企業(yè)采用工藝優(yōu)化與裝置改進(jìn)的方式。例如，以“石灰乳中和—鐵鹽曝氣除砷—戈?duì)柲み^濾工藝”進(jìn)行處理，不但可以減少毒害物質(zhì)，也能夠借助資源循環(huán)利用的方式，于內(nèi)部循環(huán)條件下實(shí)現(xiàn)對廢水的有效利用，減少排放后對土壤、水體、植被等環(huán)境要素的破壞。對于固廢的處理方面，通?？梢愿鶕?jù)石膏、硫酸濾渣、鉛濾餅、中和渣等物質(zhì)，選擇相應(yīng)的安全處理方案。例如，集中收集送往處理置中心進(jìn)行科學(xué)處理。

3 冶煉煙氣制酸項(xiàng)目污染治理方法分析

3.1 石灰法

冶煉煙氣制酸項(xiàng)目中的污酸廢水中含有一定量的氟、砷等重金屬離子。應(yīng)用石灰法可以通過消化的方式，與污染物進(jìn)行反應(yīng)產(chǎn)生砷酸鈣、亞砷酸鈣之類的沉淀物，然后，可以通過除去的方式加以處理。但是，在化學(xué)反應(yīng)后的沉淀物具有溶解難度大、沉淀緩慢等特征，因此，從排放標(biāo)準(zhǔn)看，往往高于0.5 mg/L砷的基本要求。由此可見，采用這種方法時(shí)必然會(huì)出現(xiàn)二次污染的問題。所以，對于該方法的應(yīng)用以初級(jí)除砷、除氟為主，并且，會(huì)生成大量廢渣產(chǎn)物。

3.2 石灰-鹽鐵法

首先，在酸性廢水中添加石灰乳后可以改變其pH值。其次，添加多價(jià)金屬鹽后，能夠生成多價(jià)金屬鹽，此類金屬鹽的溶解度較高，溶解相對困難。因而，在通常條件下可以按照“金屬氫氧化物共沉除砷”的基本原理，采用石灰-鹽鐵法先生成亞砷酸鹽、砷酸鹽，再通過對pH值的適度控制，使它們與氫氧化物共沉淀析出。尤其是在冶煉煙氣制酸企業(yè)中，污酸廢水中的鐵鹽含量相對較多，因而在應(yīng)用該方法時(shí)，受到成本低廉，pH調(diào)節(jié)劑又容易獲取兩大因素的影響，擴(kuò)大了該方法的應(yīng)用范圍，成為了普遍使用的污酸處理方法。

3.3 硫化法

該方法的應(yīng)用原理相對簡單，主要根據(jù)污酸廢水中的硫化劑與砷發(fā)生反應(yīng)生成三硫化二砷沉淀物，再利用去除法將其除去即可。除對砷離子的去除之外，該方法也適用于其他金屬離子。一般為了保障沉淀效果，會(huì)按照理論量添加0.2倍到1.0倍的硫化物。由于硫化劑過量會(huì)生成硫化氫，當(dāng)其泄漏或排放到空氣中后也會(huì)產(chǎn)生二次污染。所以，通常需要設(shè)置配套的硫化氫回收裝置。對于硫酸尾氣堿性廢水的處理中，應(yīng)用該方案的頻率相對較高，通常企業(yè)會(huì)選擇工藝優(yōu)化與裝置改進(jìn)等綜合方案[4]。

3.4 吸附與離子交換法

目前，對于含砷廢水的吸附處理，以活性炭、離子交換樹脂、蛭石等為主。從實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)看，應(yīng)用此類方法的吸附量、交換量相對較少，應(yīng)用范圍相對受限。所以，從方法應(yīng)用的角度看，仍然處于探索與嘗試階段，但是由于該方法具有一定的便利性，其應(yīng)用前景相對廣闊。

4 冶煉煙氣制酸典型治理方案工藝分析

4.1 污酸預(yù)處理

首先，需要以凈化系統(tǒng)為準(zhǔn)，對其生成的污酸進(jìn)行濃密機(jī)重力沉降處理，使不溶性的鉛物質(zhì)獲得100%脫除。其次，可以將鉛濾液送到石膏反應(yīng)槽，通過與石灰漿液反應(yīng)生成石膏。第三，在硫化反應(yīng)槽內(nèi)添加硫氫化鈉溶液，使其與銅、砷等有害金屬離子發(fā)生化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生硫化物沉淀。在該過程的有害金屬離子脫除率可以達(dá)到98%。第四，對進(jìn)入污水中的硫化后液體進(jìn)行有效處理。

4.2 污水處理

首先，完成污酸預(yù)處理后，酸性廢水被送至均衡池。在該環(huán)節(jié)的重點(diǎn)是進(jìn)行水質(zhì)與水量調(diào)節(jié)。然后，將調(diào)節(jié)后的酸性廢水送到中和曝氣池，該環(huán)節(jié)配置有石灰乳、硫酸亞鐵、濾液，采用石灰-鹽鐵法，在合理控制pH值的條件下(以8.5左右為宜)，可以根據(jù)砷含量添加足量的鐵鹽，并于90～120 min反應(yīng)之后，使砷、硫等重金屬離子，與氫氧化鈣、硫酸鐵等充分進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)生成固體懸浮顆粒。其次，可以將生成的亞砷酸鈣、砷酸鈣、金屬氫氧化物等通過泵送的方式，使其進(jìn)入到戈?duì)柲み^濾器。此時(shí)，借助薄膜濾袋，使其中的清液進(jìn)入到過濾器上腔位置，通過檢測確保其滿足環(huán)保條件下的排放標(biāo)準(zhǔn)后，可以對其進(jìn)行回收利用。例如將其應(yīng)用于前端冶煉工序之中，可以實(shí)現(xiàn)資源再利用目標(biāo)。由于固體顆粒被阻礙在濾袋表面，隨著厚度的增加，可以采用反清洗方式將其送入到過濾器的錐形底部，并通過底流的方式進(jìn)入到污泥池，再借助泵送將其送入壓濾機(jī)形成中和渣與濾濾。濾液可以送入到中和曝氣池進(jìn)行回收利用，中和渣則進(jìn)行集中收集送到附近處理中心。具體工藝流程如圖2所示。

圖2 廢酸處理工藝流程

5 結(jié)語

通過以上初步分析可以看出，冶煉煙氣制酸項(xiàng)目向好發(fā)展的同時(shí)也因其污染對環(huán)境產(chǎn)生了較大影響，為了降低這種影響、提高制酸效率，一方面應(yīng)該積極研究治理方法，利用科學(xué)技術(shù)的研發(fā)創(chuàng)新提高治理效率。另一方面則需要從系統(tǒng)性治理與配套性實(shí)踐相結(jié)合的角度出發(fā)，持續(xù)的推進(jìn)系統(tǒng)性治理方案的研發(fā)應(yīng)用。