復雜工業廢水鹽濃縮試驗研究

劉 亮，鐘瑞晨

（江西銅業股份有限公司貴溪冶煉廠，江西貴溪 335424）

復雜成分的工業廢水處理能力一直都用來衡量一個廢水處理企業的處理能力上限。一般來說，冶金行業的廢水按照其成分與處理量被歸入復雜工業廢水的行列中，需要進行處理才可以達標排放的項目數量相較其他種類的廢水多，具有廢水量較大、污染物質種類多、水質較為復雜等特點[1]。對于復雜成分的工業廢水，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”工藝進行處理，即污酸的處理后液混合新老系統各車間生產廢水以及初期雨水進入調節池內，采用研磨后的石灰乳中和至 pH為3.5，經過濃密機沉降后清液進入除氟工序除氟（控制pH=6～7），通過添加硫酸鋁實現石膏濾液除氟。除氟后的廢水再經一段氧化曝氣將二價鐵離子氧化成三價鐵離子，進入中和反應池內調節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，清液進入電化學系統內與砷絮凝共沉降，最終得到可排放的達標排放水。這期間產生的石膏通過離心機分離水分后外售，電化學系統產生的底流通過管道輸送至廠內選礦車間進一步加工外銷。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廢水經過處理后未進行降硬度和脫鹽，廢水鈣離子和鹽分都較高，難以作為生產用水直接回用，故目前部分處理后的廢水作為渣緩冷場循環水系統的補充水，其余部分達標外排。總體來說，該流程若不采用合理的改善措施，從長遠來看無法實現“零排放”的宏觀目標。

對于該類型的復雜成分工業廢水，采用膜法分離鹽濃縮的方式回用再生水是一種切合實際的方案。膜法分離鹽濃縮可實現含鹽廢水“零排放”和資源化再利用，并且膜法處理較其他傳統方法具有分離效果好、能耗低、占地面積小、操作簡單、環境污染小等優點[2]。據此，賽恩斯環保股份有限公司設計了1套針對石膏濾液部分的鹽濃縮試驗方案，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”項目[3]，采用“生物制劑-脫鈣預處理+反滲透膜濃縮+電滲析濃縮”組合工藝對廢水進行連續14 d的鹽分濃縮中試研究，目的在于驗證該工藝對廢水鹽分與回用水分離的可行性、掌握該廢水實際水質情況和確定各工藝流程的運行參數，為后續項目的設計與實施提供重要依據。

2 復雜工業廢水鹽濃縮試驗

2.1 試驗目標

試驗研究預期實現的技術目標如下：

1）連續全流程試驗產出的濃水中鹽分（以Na2SO4計）質量分數穩定在15%以上。

2）連續全流程試驗產出的回用水水質穩定達到HG/T 3923—2007《循環冷卻水用再生水水質標準》要求。

2.2 進水水質

試驗進水水質見表1。

表1 試驗進水水質

2.3 分析方法

試驗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 結果與討論

3.1 反滲透膜系統產水

反滲透膜系統產水水質依據的標準為HG/T3923—2007。試驗期間采用內部隨機采樣的方式檢測并出具內部產水數據，反滲透產水內部檢測數據見表3。

表3 反滲透產水內部檢測數據

續表3

由于反滲透系統產水質量是主要試驗評價指標之一，為保證結果客觀可靠，對部分樣品送外部檢測。相應的外部檢測數據見表4。

從表4可以看出：反滲透產水除細菌總數外，其余指標均達到HG/T 3923—2007要求?？側芙庑怨腆w為40～348 mg/L，滿足回用要求，達到了前期的試驗目標。

表4 反滲透產水外部檢測數據

3.2 電滲析濃縮鹽水

電滲析系統的主要關注點體現在產出的濃鹽水濃度（或用TDS標定）是否達標。試驗期間得到的數據見表5。

由表5的數據可以看出：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）質量分數在15.95%～20.07%，ρ(Na+)在63.86 g/L以上，濃鹽水中鹽分全部達到大于15%的指標。說明電滲析濃縮工藝能夠滿足最終濃縮工藝要求。

表5 電滲析濃水檢測數據

3.3 試驗期間消耗情況與成本核算

3.3.1 電消耗

全流程穩定運行期間，用電統計包括兩部分：總電表和電滲析電表，電滲析電表主要監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測?？傠姳砗碗姖B析電表數據見表6。

表6 總電表和電滲析電表數據 單位：kWh

3.3.2 藥劑消耗

試驗期間預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 試驗預處理藥劑使用量 單位：kg

表8 試驗樹脂與反滲透藥劑使用量 單位：kg

3.3.3 水消耗

全流程穩定運行期間，用水統計包括兩部分，一部分為固體藥劑脫鈣劑和絮凝劑配制成溶液用水，另一部分為膜系統進水降溫冷卻用水。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、電費及能耗等在內消耗分析，石膏濾液預處理達到膜濃縮水質要求的預處理運行成本約為27.18 元/m3，石膏濾液鹽濃縮膜系統運行成本約為 14.78 元/m3。

4 結論

1）連續全流程24 h穩定運行14 d研究結果表明：采用“生物制劑配合-協同脫鈣+深度除氟+反滲透+電滲析膜濃縮”組合工藝實現石膏濾液中鹽分高倍數濃縮工藝整體可行，濃縮后濃水含鹽量和產水水質基本達到了預期的總體目標。同時，整體工藝運行比較穩定，各系統的處理效果符合預期，優化了工藝路線和運行條件參數，具有較好的經濟效益。

2）石膏濾液預處理后液經反滲透膜濃縮處理后，淡水的 TDS 值遠低于 1 000 mg/L 的標準。根據外檢數據反滲透產水指標除細菌總數超標，其他指標均遠低于HG/T 3923—2007中的指標值，反滲透內檢數據除pH 值達標率約 80%外，總堿度、總硬度均達標，可認為反滲透產水指標達到目標要求。

3）為保證工程順利實施及系統的穩定運行，需解決在研究過程中發現的問題，如殘余COD堵膜風險，旱季雨季水質波動、水溫等因素對工程化應用的影響等，在后續設計中需充分考慮這些因素。