稀土企業工業廢水處理工藝改進及綜合效益分析

劉梅，王蒙軍

（中國北方稀土（集團）高科技股份有限公司，內蒙古包頭014030）

稀土企業工業廢水處理工藝改進及綜合效益分析

劉梅，王蒙軍

（中國北方稀土（集團）高科技股份有限公司，內蒙古包頭014030）

以某稀土企業為例，介紹了該企業改進工業廢水處理工藝所采取的措施及取得的效果，并對項目改造后的環境效益、經濟效益和社會效益進行了分析。

循環經濟；氯化銨廢水；優化

某稀土企業是一家稀土濕法冶煉分離企業，多年來一直以混合碳酸稀土為原料，采用鹽酸溶解—萃取分離—碳酸稀土沉淀—氧化物灼燒的生產工藝進行稀土化合物的制備。該企業的工業廢水主要來自于萃取工序和沉淀工序，由于原來在稀土萃取和沉淀過程中分別采用液堿做皂化劑和碳酸氫銨做沉淀劑，所以在這兩個工序分別產生氯化鈉廢水和氯化銨廢水。對于氯化鈉廢水，該企業采用物理化學法處理后達標排放，對于氯化銨廢水則全部回收處理。

隨著環保準入門檻不斷提高，該企業面臨的環境風險也不斷加大，受環境倒逼機制的影響，該企業近年來致力于工業廢水零排放系統的改造，走一條生產廢水全部資源化回用之路。

1 工藝改進概況

1.1 優化稀土生產工藝，將廢水種類化繁為簡

如何將萃取工序產生的廢水全部回收是該企業面臨的首要問題。萃取工序原產廢水主要成分為NaCl，目前稀土企業普遍采用蒸發結晶的方式處理，但存在回收的NaCl難以資源化等問題[1]。鑒于此，該企業在萃取工序改用氨水作皂化劑，相應產生氯化銨廢水。此舉可以簡化廢水種類，將萃取和沉淀工序所產廢水的特征污染物全部統一為氯化銨，便于集中處理。

改造后，萃取工序產生的廢水氯化銨濃度在12%左右，產生量約320 t/d；沉淀工序產生氯化銨濃度為9%的廢水510 t/d,濃度為0.1%～0.6%的氯化銨廢水205 t/d。廢水中含有少量的金屬離子（Ca2+,Fe3+等）和石油類，水質比較干凈，較容易回收氯化銨[2]和水資源，具有較高回收價值。

1.2 原氯化銨廢水處理系統存在的問題

該企業原采用多效蒸發的方式將氯銨廢水制備成氯化銨晶體作農肥，冷凝水回用，廢水處理流程如圖1所示。此種方式雖然可實現廢水的資源化，但也暴露出幾點問題：一是原處理方式是將沉淀工序所產的兩種高低濃度不同的氯化銨廢水混合后去三效蒸發系統處理，由于混合后的廢水氯化銨濃度較低（4%左右），且三效蒸發技術效率較低，致使消耗蒸汽量過大，蒸發1 t氯銨廢水需要半噸蒸汽，不符合節能理念；二是蒸發冷凝水水質不穩定，冷凝水氯離子濃度偏高導致在回用過程中對稀土產品造成不良影響；三是原蒸發系統已運行多年，設備老化嚴重，自動化程度低，無法實現操作條件的精準控制。

圖1 原氯化銨蒸發工藝流程圖

根據原氯化銨廢水治理系統存在的不足,該企業決定進行工藝改進，淘汰原工藝，新建氯化銨廢水回收系統，新工藝在設計時一是考慮不同濃度的廢水分類收集和處理，便于節能；二是要少加或不加藥劑，以免產生二次污染；三是處理工藝要成熟先進，設備要節能，自動化程度要高。

2 改進后的工藝及運行效果

2.1 改進后的工藝流程

該企業新的廢水處理流程如圖2所示。

圖2 改進后氯化銨處理工藝流程圖

此次氯化銨廢水資源化利用項目分為低濃度氯化銨廢水濃縮系統和高濃度氯化銨廢水資源化系統兩部分。低濃度氯化銨廢水濃縮系統由膜集成工藝組成，低濃度的氯化銨廢水首先進入超濾系統，去除廢水中的懸浮物、膠體等。超濾透過液進入納濾系統，去除鈣鎂等金屬離子。納濾透過液采用“電滲析+反滲透+EDI處理”，所產的淡水回用于生產工藝，所產的濃水與高濃度氯化銨廢水合并處理。

高濃度氯化銨廢水資源化系統由汽提工藝、蒸發濃縮工藝、噴霧造粒工藝組成。高濃度氯化銨廢水采用石灰（石灰可就近取材，成本低）做輔料，將氯化銨廢水和石灰反應生成氨水和氯化鈣，通過蒸餾濃縮塔一次性將氯化銨廢水中的氨蒸溜并濃縮到9 mol/L以上，再經冷卻吸收后返回生產繼續使用。提取氨元素后的氯化鈣溶液經過凈化，利用MVR[3]蒸發濃縮裝置和噴霧造粒工藝制成為無水氯化鈣和蒸餾水，蒸餾水返回生產工藝，氯化鈣作為產品銷售，達到全回收的目的。整個生產線實現密封，消除無組織排放，符合循環經濟模式。

2.2 運行效果

該項目2016年開始建設，建設期半年，現正在調試，調試期間運行監測結果如表1所示。

表1 改進后的工藝運行結果統計mg/L

從表1可以看出，膜組合工藝所產的濃水NH4+濃度已經和高濃度氯化銨廢水的NH4+濃度相當，具備進入后續資源化系統的條件，所產的純水中NH4+，Ca2+，Fe3+等濃度極低，完全可以回用于生產，說明氯化銨廢水濃縮系統的處理效果良好；高濃度氯化銨廢水資源化系統所產的冷凝水中NH4+和Cl-濃度均明顯低于原三效蒸發系統所產的冷凝水，這說明新工藝的蒸發系統效能要明顯優于原蒸發系統。所產氨水濃度也達到了設計要求，完全可以回用于萃取工序。

3 效益分析

3.1 環境效益分析

此次環境效益[4]分析從能源消耗、污染排放、資源利用等3方面綜合考慮。

污染物減排是該企業此次改進廢水回收工藝的目的。此次污染排放指標主要考察廢水處理工藝優化前后對外部環境作用而產生的效益。該企業通過優化生產工藝，簡化廢水種類，對不同濃度的廢水分類收集，分質處理，實現了工業廢水的全部回收。此次以單位稀土產品（以REO計）排放的污染物來計。

減少能源消耗、提高用能效率是企業發展需要解決的重點問題。此次氯化銨廢水全回收項目通過合理選擇廠址、合理布局以減少輸送、運輸功率；在設備選型方面，無論是蒸發設施還是過濾設備[5]、變壓器等均采用新型節能產品，電機、風機采用變頻調速控制。文中將處理單位廢水量的耗電量、蒸汽消耗量及天然氣用量折算為標煤等效耗用量作為指標表征氯銨廢水處理系統的能耗情況。

資源利用反映的是該企業工業廢水有效利用的情況及新水使用情況。將這三方面指標的對比情況列出，如表2所示。

表2 廢水處理工藝改進前后的環境效益統計

通過表2可以看出，改進后的工藝與原工藝相比，能耗明顯下降，說明該企業采取的節能措施有效；污染物排放量指標中，優化后，水污染物排放量為0，減排效益比較明顯；資源利用率方面，萃取工序廢水的回收使該企業單位產品工業廢水循環利用率明顯上升，而新水使用量明顯降低。綜合這三方面來說，新的廢水工藝環境效益明顯。

3.2 經濟效益

此次經濟效益[6]分析從運行成本、副產品回收效益、減排效益三方面考慮。項目達產后，年運行成本（含原材料費、工資及福利費、折舊費、修理費等）3 920萬元，每年可產氨水5萬t、蒸餾水23.3 t、無水氯化鈣3.3 t，以目前市場價格和今后價格走勢綜合考慮，可實現銷售收入6 316萬元；由于此項目是減排項目，每年因減排可少交納排污費2萬元。

3.3 社會效益

新工藝中，物料的轉接、工藝的操作、生產過程的監控、產品的包裝等每一個環節都需要補充新的人員上崗，無疑增加了就業崗位。該項目的實施，實現了廢水的減量化、再利用和再循環，把工業廢水轉化為生產中所需的原料和資源進行循環使用，實現了“零排放”，氯化鈣產品用途廣泛，是企業新的經濟增長點，也為企業發展帶來了新機。

4 結論

該企業通過改進廢水回收工藝，不僅有效代謝了自身產生的污染物，而且使資源得到充分的利用，延伸了產業鏈，增加了就業崗位，實現企業環境效益、經濟效益、社會效益的統一，起到良好的示范作用。

[1]陳濤，李寧，晏波等.稀土濕法冶煉廢水污染治理技術與對策[J].化工進展，2014，33(5)：1 306-1 311.

[2]周新木，張麗，李青強，等.稀土分離高銨氮廢水綜合回收與利用研究[J].稀土，2014，33(5)：7-10.

[3]高麗麗，張琳，杜明照.MVR蒸發與多效蒸發技術的能效對比分析研究[J].現代化工，2012，32(10)：84-86.

[4]謝園園，傅澤強.循環經濟評價研究進展述評[J].環境工程技術學報，2012，2(5)：422-257.

[5]馮汛，石健，汪興興.自動化技術在環保設備中的應用與發展前景[J].工業安全與環保，2016，42(1)：100-102.

[6]常艷君.鋼鐵工業發展循環經濟的效益分析[J].環境保護與循環經濟，2011，1(7)：40-41.

Analysis of circular economy mode of rare earth enterprises

LIU Mei,WANG Mengjun
（China Northern Rare Earth(Group)High-Tech Co.,Ltd.Inner Mongolia,Baotou 014030,China）

Taking a rare earth company in Baotou as an example,the paper introduced the background of developing circular economy and measures to improve the recovery of rare earth resources and reduction of the three wastes, which provided reference for the development of rare earth enterprises.

circular economy;reduce;resource utilization

X703

A

1674-0912（2016）12-0036-03

2016-11-21）

劉梅（1979-），女，山東德州人，碩士，工程師，專業方向：環境工程。