冶煉煙氣制酸項目污染治理

周圣兵，張鑫，董玉劍(江西銅業鉛鋅金屬有限公司，江西 九江 332500)

0 引言

改革開放后，中國工業一直以粗放型發展為主，造成了資源浪費與環境污染。新時代，中國政府在頂層設計方面創新了總體經濟理論，并且，通過金融體制改革、產業結構調整、生態文明深化改革等一系列措施，極大的推動了冶煉制酸行業的可持續發展。從冶煉煙氣制酸項目的數量、規模、效益等情況看，當前階段均處于增長態勢。由于廢氣廢水的污染也處于同步增加狀態，因此十分有必要在新時期進一步加強對此類項目的污染治理。

1 冶煉煙氣制酸項目概述

在冶煉裝置生產系統中，冶煉煙氣制酸裝置屬于其中的一個重要組成部分。從當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(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，均取得了長足進度。由于新時代中國推進了工業文明與生態文明的融合發展，因而在環保治理綜合利用政策背景之下，需要在推進制酸產業化發展的過程中，積極研發設計一些系統性治理方案，化解此類項目運行后的污染問題[1]。

2 冶煉煙氣制酸項目污染對環境的影響

2.1 污染流程分析

首先，在冶煉煙氣制酸項目中，制酸的工藝流程為凈化—干吸—轉化。其中，凈化至為關鍵，是去除砷、塵、酸霧的重要流程，而干吸環節旨在實現對凈化環節煙氣所含水分的進一步處理。與前兩道工序相比，轉化環節主要是將干燥后的煙氣中二氧化硫轉化成三氧化硫，為干吸工序濃硫酸產品的生產制造提供原料。對于二氧化硫的轉化通常分為兩個步驟：一是借助觸媒層對煙氣進行催化氧化，將干燥塔干燥后的二氧化硫實現向三氧化硫的轉化。二是將一次吸收后的尾氣進行二次轉化，二次轉化后的煙氣送往二吸塔吸收生產成品酸[2]。

其次，經過制酸系統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，如在凈化環節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過一系列處理才能達到排放標準。一些企業通過工藝優化與裝置改進，能夠使其返回工藝系統作為新的資源獲得有效利用。從目前的實踐經驗看，在同一類型的冶煉制酸項目中，煙氣制酸系統的污酸排放水質差異較少，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，大部分制酸企業在污酸污泥、廢渣的處理過程中，因工藝差異也會導致處理效果的差異，此類差異具體數量、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 對環境的影響

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

以廢氣對環境的影響為例，在制酸過程中會產生以二氧化硫與硫酸霧為主要成分的污染物。當此類污染物通過煙囪進行排放時，如果不采用相應的污染處理措施，會直接進入到環境并以酸霧等方式進入到人體、自然之中，輕者造成身體不適，嚴重時可導致疾病，并對生態環境造成破壞。從當前冶煉煙氣制酸項目實施企業的法治治理情況看，如果采用“兩轉兩吸”工藝、WSA工藝等，均可以提高制酸尾氣的生產效率、增強對污染物濃度的控制，并使廢氣排放控制在標準范圍之內，從而減輕對環境的有害影響[3]。以污酸對環境的影響為例，此類物質包括了酸性廢水、污泥、廢渣，既具有一定的毒害作用，也處于污染源頭。因此，為了有效預防、控制污酸對環境的影響，大部分企業采用工藝優化與裝置改進的方式。例如，以“石灰乳中和—鐵鹽曝氣除砷—戈爾膜過濾工藝”進行處理，不但可以減少毒害物質，也能夠借助資源循環利用的方式，于內部循環條件下實現對廢水的有效利用，減少排放后對土壤、水體、植被等環境要素的破壞。對于固廢的處理方面，通?？梢愿鶕?、硫酸濾渣、鉛濾餅、中和渣等物質，選擇相應的安全處理方案。例如，集中收集送往處理置中心進行科學處理。

3 冶煉煙氣制酸項目污染治理方法分析

3.1 石灰法

冶煉煙氣制酸項目中的污酸廢水中含有一定量的氟、砷等重金屬離子。應用石灰法可以通過消化的方式，與污染物進行反應產生砷酸鈣、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，在化學反應后的沉淀物具有溶解難度大、沉淀緩慢等特征，因此，從排放標準看，往往高于0.5 mg/L砷的基本要求。由此可見，采用這種方法時必然會出現二次污染的問題。所以，對于該方法的應用以初級除砷、除氟為主，并且，會生成大量廢渣產物。

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，添加多價金屬鹽后，能夠生成多價金屬鹽，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中，污酸廢水中的鐵鹽含量相對較多，因而在應用該方法時，受到成本低廉，pH調節劑又容易獲取兩大因素的影響，擴大了該方法的應用范圍，成為了普遍使用的污酸處理方法。

3.3 硫化法

該方法的應用原理相對簡單，主要根據污酸廢水中的硫化劑與砷發生反應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。由于硫化劑過量會生成硫化氫，當其泄漏或排放到空氣中后也會產生二次污染。所以，通常需要設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，應用該方案的頻率相對較高，通常企業會選擇工藝優化與裝置改進等綜合方案[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。從實踐經驗看，應用此類方法的吸附量、交換量相對較少，應用范圍相對受限。所以，從方法應用的角度看，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 污酸預處理

首先，需要以凈化系統為準，對其生成的污酸進行濃密機重力沉降處理，使不溶性的鉛物質獲得100%脫除。其次，可以將鉛濾液送到石膏反應槽，通過與石灰漿液反應生成石膏。第三，在硫化反應槽內添加硫氫化鈉溶液，使其與銅、砷等有害金屬離子發生化學反應產生硫化物沉淀。在該過程的有害金屬離子脫除率可以達到98%。第四，對進入污水中的硫化后液體進行有效處理。

4.2 污水處理

首先，完成污酸預處理后，酸性廢水被送至均衡池。在該環節的重點是進行水質與水量調節。然后，將調節后的酸性廢水送到中和曝氣池，該環節配置有石灰乳、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)，可以根據砷含量添加足量的鐵鹽，并于90～120 min反應之后，使砷、硫等重金屬離子，與氫氧化鈣、硫酸鐵等充分進行化學反應生成固體懸浮顆粒。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，使其進入到戈爾膜過濾器。此時，借助薄膜濾袋，使其中的清液進入到過濾器上腔位置，通過檢測確保其滿足環保條件下的排放標準后，可以對其進行回收利用。例如將其應用于前端冶煉工序之中，可以實現資源再利用目標。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入到污泥池，再借助泵送將其送入壓濾機形成中和渣與濾濾。濾液可以送入到中和曝氣池進行回收利用，中和渣則進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 結語

通過以上初步分析可以看出，冶煉煙氣制酸項目向好發展的同時也因其污染對環境產生了較大影響，為了降低這種影響、提高制酸效率，一方面應該積極研究治理方法，利用科學技術的研發創新提高治理效率。另一方面則需要從系統性治理與配套性實踐相結合的角度出發，持續的推進系統性治理方案的研發應用。