煙氣制酸污酸物理法閉路循環(huán)處理技術(shù)

＊戚永輝

（易門銅業(yè)有限公司 云南 651100）

在化工鉛鋅冶煉生產(chǎn)過程中，所產(chǎn)生的大量富含SO2與有害金屬成分的煙氣污染影響較大。如果從綠色環(huán)保與綜合利用等多種角度來看，鉛鋅冶煉企業(yè)是建設(shè)有二轉(zhuǎn)二吸制酸系統(tǒng)的，其在煙塵回收與SO2制硫酸方面表現(xiàn)突出，不過在實(shí)際生產(chǎn)過程中會(huì)產(chǎn)生大量重金屬及強(qiáng)酸性廢水，即污酸。污酸中的有害有毒物質(zhì)種類較多且含量較大，如汞、砷、鎘等，已經(jīng)達(dá)到工業(yè)廢水級別，對于自然生態(tài)環(huán)境的污染危害極大。所以，化工鉛鋅冶煉生產(chǎn)過程中需要有效治理污酸，保證煙氣制酸生產(chǎn)水平提高。

1.鉛鋅冶煉工業(yè)中煙氣制酸的基本概述

鉛鋅冶煉工業(yè)在生產(chǎn)過程中會(huì)產(chǎn)生含有二氧化硫的煙氣，這主要是煙氣制酸所產(chǎn)生的，稱之為“污酸”。這就要深入探究鉛鋅冶煉、煙氣制酸的系統(tǒng)凈化工序，它主要采用半封閉稀酸洗滌技術(shù)，其煙氣中會(huì)產(chǎn)生大量礦塵、三氧化硫及揮發(fā)性物質(zhì)，煙氣在洗滌過程中直接進(jìn)入到稀硫酸之中。伴隨洗滌過程的不斷推進(jìn)，大量雜質(zhì)就會(huì)逐漸富集起來。為確保稀酸洗滌效果理想化，需要排除部分稀酸到污酸處理站中特別處理，最終排出污酸。

污酸中的大量雜質(zhì)如鉛、鋅、銅等重金屬元素雜質(zhì)對于人和自然的污染相對較大，且眾所周知重金屬元素在自然界中較難完成生物降解，長久存在就會(huì)相互發(fā)生化學(xué)作用，不斷轉(zhuǎn)化。目前化工企業(yè)是非常重視污酸處理的，比較常用的污酸處理方法就包括了化學(xué)沉淀法及物理法[1]。

2.煙氣制酸中污酸處理工藝實(shí)施的發(fā)展現(xiàn)狀與難點(diǎn)問題

(1)煙氣制酸中污酸處理工藝實(shí)施的發(fā)展現(xiàn)狀

煙氣制酸中對于污酸處理工藝的實(shí)施主要遵從堅(jiān)持節(jié)約資源、保護(hù)環(huán)境的基本國策，其中主要堅(jiān)持節(jié)約優(yōu)先、保護(hù)優(yōu)先、自然恢復(fù)等主要方針，同時(shí)著力推進(jìn)綠色循環(huán)發(fā)展、低碳發(fā)展等，形成了資源節(jié)約與環(huán)境保護(hù)的空間格局，為產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、生產(chǎn)方式、生活方式等諸多層面創(chuàng)造空間條件，真正扭轉(zhuǎn)生態(tài)環(huán)境惡化發(fā)展現(xiàn)實(shí)格局，為全球生態(tài)安全做出巨大貢獻(xiàn)。早在2015年，我國的《環(huán)境保護(hù)法》中新增了“保護(hù)環(huán)境是國家的基本國策”這一規(guī)定，這一規(guī)定有效推進(jìn)了生態(tài)文明建設(shè)進(jìn)程，對于促進(jìn)經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展非常有利。在新政策實(shí)行后，污酸處理工作的全新標(biāo)準(zhǔn)與參考依據(jù)也已經(jīng)全面提出，較好促進(jìn)了污酸處理工作的順利推進(jìn)。

(2)煙氣制酸中污酸處理工藝實(shí)施的難點(diǎn)問題

煙氣制酸中污酸處理工藝的難點(diǎn)問題較多，其中最大的難點(diǎn)問題就是防止產(chǎn)生二次污染。在污酸主要成分中，重金屬與氟是具有不可降解特性的，所以在處理過程中難度較大，必須加以充分注意。要避免在處理過程中經(jīng)過化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生大量廢水廢渣，生成另一種污染形式。在重金屬污染的回收方式上，主要結(jié)合資源化回收機(jī)制來實(shí)現(xiàn)變廢為寶，建立閉路循環(huán)利用機(jī)制。針對污酸的處理要求需要保證無公害，同時(shí)考慮到資源化處理方式有效合理實(shí)施。

眾所周知，污酸中的有毒有害成分非常多，采用單一藥劑較難徹底去除，特別是針對污酸中的有害重金屬去除工作，需要采用多種藥劑才有可能去除，但也并不保證徹底去除。目前針對煙氣制酸中的污酸處理工藝技術(shù)逐漸先進(jìn)化，可確保污酸在處理后也能循環(huán)使用，例如可以采用更為先進(jìn)的污酸閉路循環(huán)處理工藝，最終實(shí)現(xiàn)廢水零排放[2]。

3.煙氣制酸中的污酸物理法閉路循環(huán)處理工藝概述

煙氣制酸中處理污酸可以采用化學(xué)方法，同時(shí)也可以采用物理方法，例如污酸物理法閉路循環(huán)處理工藝。該工藝專門可以針對SO2尾氣進(jìn)行處理，同時(shí)也能去除SO3煙霧，形成完整的凈化工藝操作流程，進(jìn)而處理所產(chǎn)生的污酸及污酸雜質(zhì)。這種物理處理方法能夠造成水硬度的增加，同時(shí)積累大量無機(jī)鹽，對凈化效果影響較大，不容忽視。在生產(chǎn)過程中，水硬度的增加意味著管理設(shè)備容易結(jié)垢且最終被堵塞，這就導(dǎo)致全封閉循環(huán)面臨現(xiàn)實(shí)困境。進(jìn)一步展開研究會(huì)發(fā)現(xiàn)結(jié)垢成分中的聚丙烯酸、共聚物等都具有吸附作用。

4.煙氣制酸中的污酸物理法閉路循環(huán)處理工藝的實(shí)踐應(yīng)用要點(diǎn)

目前針對煙氣制酸中污酸處理的物理方法異常豐富，其中就包括了硫酸亞鐵石灰法、PM-PL膜法、熱風(fēng)濃縮配合硫化法等。這些物理方法在處理污酸中復(fù)雜成分方面表現(xiàn)突出，主要用于篩除和分離硫酸、重金屬離子、非金屬物等，有效克服了傳統(tǒng)污酸中重金屬有機(jī)物無法有效降解的現(xiàn)實(shí)難題。另一方面，就是有效防止處理過程中產(chǎn)生廢渣廢水等全新污染源，特別是針對重金屬的資源化回收工作開展相對全面到位。對于污酸的無害化工藝處理主要兼顧資源化操作，在該處理原則下大量加入化學(xué)藥劑，有可能會(huì)導(dǎo)致污酸中含鹽量與電導(dǎo)率快速提高，其中的處理成本較高，處理難度較大，資源回收較為困難，所以還有必要進(jìn)一步闡述污酸物理法閉路循環(huán)處理方法的有效應(yīng)用，明確其中的實(shí)踐應(yīng)用要點(diǎn)。

(1)污酸物理法閉路循環(huán)處理方法的基本概述

采用污酸物理法閉路循環(huán)處理方法，其關(guān)鍵就是解決傳統(tǒng)化學(xué)處理方法中去除污酸所產(chǎn)生的有害金屬與氟，避免污酸中污水硬度增高及無機(jī)鹽大量積累，即產(chǎn)生大量“疲勞水”。水溶液硬度的增高就會(huì)導(dǎo)致管道及生產(chǎn)設(shè)備嚴(yán)重結(jié)垢，其中的無機(jī)鹽積累也會(huì)造成處理效果下降，它必然會(huì)產(chǎn)生全封閉無限循環(huán)難題，且這些問題會(huì)集中體現(xiàn)出來，導(dǎo)致污酸物理法閉路循環(huán)處理方法實(shí)施無法有效到位[3]。

(2)污酸物理法閉路循環(huán)處理方法的實(shí)踐應(yīng)用要點(diǎn)

①物理法閉路循環(huán)處理方法流程

首先，要在煙氣制酸的酸性環(huán)境中對金屬離子進(jìn)行分析，了解其中的酸式鹽成分。當(dāng)石灰中和以后，金屬離子多為氫氧化物，氫氧化物在經(jīng)過酸分離后被回收，而金屬離子也會(huì)在近中性條件下再次分離出來，其中的資源化回收采用相對化學(xué)法操作流程更為簡單。

其次，在這里應(yīng)該考慮采用物理方法，保證硫酸鈣配合超聲波水垢處理設(shè)施進(jìn)行在線防垢與除垢。其中針對中性廢水，利用膜法分離非常有效，它能夠?qū)兓┧岱蛛x，確保廢水進(jìn)入污水后實(shí)現(xiàn)站內(nèi)金屬有效回收。

②物理法閉路循環(huán)處理方法中的酸分離回收技術(shù)應(yīng)用

污酸處理過程中要采用物理法閉路循環(huán)處理方法，確保其中的酸分離回收技術(shù)實(shí)踐應(yīng)用到位，即將污酸中的酸與金屬離子完全分離出來。在中性條件下，需要了解到重金屬的處理工藝方法還是相對豐富的，且實(shí)現(xiàn)難度不高。在酸分離回收機(jī)應(yīng)用過程中，主要利用特種填料對填料中的滯留酸進(jìn)行清理，保證金屬離子隨溶液溢流出來，最終達(dá)到分離目的。采用水反洗填料過程中，要確保填料中的酸伴隨反洗水直接流出，形成再生新酸。要將鋅中的污酸成分檢驗(yàn)分離出來，形成樣品加以實(shí)驗(yàn)研究。當(dāng)然，考慮到實(shí)驗(yàn)室中所配置的污酸樣品與所生產(chǎn)污酸成分相差較大，所以需要對分離效果加以細(xì)致評估，有效解決分離中所面臨的各種問題。如果配合硫酸亞鐵-石灰法處理污酸，雖然技術(shù)扎實(shí)，但是也會(huì)產(chǎn)生大量廢渣。眾所周知，廢渣中的重金屬分離效果比較分散，可能造成回收工作困難，這其中廢渣的無泄漏永久存放也難以實(shí)現(xiàn)技術(shù)流程，如此就容易產(chǎn)生二次污染[4]。

當(dāng)然在污酸物理法閉路循環(huán)處理方法應(yīng)用過程中，要巧用PM-PL膜法處理污酸，保證新工藝處理到位，基于多種過濾技術(shù)優(yōu)點(diǎn)來形成高性能分離過程，采用先進(jìn)的納濾及超濾膜分離技術(shù)來處理陰、陽離子膜，做好技術(shù)凈化操作工作，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對污酸的有效精制過程。在該工藝方法中，主要結(jié)合污酸處理過程中的優(yōu)越性機(jī)制展開分析。配合熱風(fēng)濃縮及硫化法來處理污酸，大量回收污酸中的硫成分，有效規(guī)避所產(chǎn)生的石膏渣、砷酸鈣渣等多種二次污染物。該方法需要正確投入到污酸處理生產(chǎn)運(yùn)行過程中，保證煙氣制酸效果始終良好。為此，也要建立物理法閉路循環(huán)處理方法體系，采用制酸系統(tǒng)直接轉(zhuǎn)化余熱，將凈化工序中所排出的廢酸通過濃縮處理篩選出來，并有效計(jì)算污酸成分與濃度。與此同時(shí)，污酸中的氟、氯等有害物質(zhì)也會(huì)被大量去除，可以考慮采用硫化法去除濃縮液中的重金屬物質(zhì)，在經(jīng)過沉淀后再配合普通薄膜過濾器來過濾去除懸浮物，建立干吸系統(tǒng)補(bǔ)水機(jī)制。如此一來，才能最大限度降低干吸效率。在這一過程中，需要有效對硫進(jìn)行一次性回收，避免二次污染產(chǎn)生，該技術(shù)非常值得廣泛推廣應(yīng)用[5]。

5.煙氣制酸中的污酸物理法閉路循環(huán)處理工藝的實(shí)踐應(yīng)用注意事項(xiàng)

在煙氣制酸中，針對污酸物理法應(yīng)用環(huán)節(jié)應(yīng)該確保閉路循環(huán)處理工藝有效實(shí)施，但其中也需要明確某些關(guān)鍵注意事項(xiàng)。

(1)做好自動(dòng)控制工作

污酸物理法閉路循環(huán)處理工藝中應(yīng)該做好自動(dòng)控制工作方法，例如采用DCS控制系統(tǒng)來建立物理法閉路循環(huán)處理工藝，專門由兩路電源輸入，一路為低壓柜動(dòng)力220V引入，一路為UPS電源，UPS輸入電源與DCS市電電源不應(yīng)在同一回路下。系統(tǒng)機(jī)柜內(nèi)電流輸入信號均使用安全柵進(jìn)行隔離保護(hù)，開關(guān)量輸出皆使用繼電器隔離輸出。I/O點(diǎn)按20%在線備用；同時(shí)機(jī)柜內(nèi)還需預(yù)留20%的備用安裝空間。所有安全柵、繼電器、接線端子等外配附件按I/O實(shí)配點(diǎn)數(shù)滿配，形成物理法閉路循環(huán)處理工藝環(huán)境。在這一環(huán)境中，需要針對DCS控制系統(tǒng)配置大量主控卡，設(shè)置獨(dú)立的物理法閉路循環(huán)控制站，主要用于管理煙氣制酸生產(chǎn)過程。而控制系統(tǒng)則能夠?qū)崿F(xiàn)對現(xiàn)場生產(chǎn)數(shù)據(jù)的有效監(jiān)視、控制、組態(tài)畫面優(yōu)化，同時(shí)修改邏輯程序，同時(shí)編譯、下載功能優(yōu)化，確保控制系統(tǒng)供電電源選用多路輸入電源形式。

(2)建立煙氣制酸物理法閉路循環(huán)控制機(jī)制

首先，在冷啟動(dòng)前，通煙并利用煙氣將催化劑床層的溫度升高到水的露點(diǎn)溫度或露點(diǎn)溫度以上，以清除催化劑表面可能殘存的水分。該項(xiàng)操作對于SOx或HCl含量較高的煙氣來說尤為重要。煙氣升溫速率：在20℃至150℃之間時(shí)，升溫速率宜不大于10℃/min；在150℃至400℃之間時(shí)，升溫速率宜不大于20℃/min，且最高溫度不能超過420℃[6]。

其次，做好噴污酸物理法閉路循環(huán)控制處理，因?yàn)闊煔庵扑岬拈L期運(yùn)行的煙溫為150～180℃，初始噴污酸溫度控制最低閾值為120℃，當(dāng)啟動(dòng)后煙氣溫度達(dá)到120℃以上時(shí)允許開始噴污酸。

該技術(shù)在國內(nèi)許多化工企業(yè)中多有應(yīng)用，其污酸廢棄物排放在0～20mg/Nm間，均值在9mg/Nm左右，滿足A級指標(biāo)排放要求，可享受錯(cuò)峰豁免（錯(cuò)峰期間不停車）政策，給企業(yè)帶來可觀的經(jīng)濟(jì)效益。另外，經(jīng)過超低排放改造后，可以完全把生料磨析出污酸作為SCR系統(tǒng)的還原劑加以有效利用，使SNCR噴污酸量大大降低，目前運(yùn)行部基本不噴污酸，運(yùn)行成本優(yōu)勢明顯，非常值得進(jìn)一步研究和實(shí)踐應(yīng)用[7-8]。

6.總結(jié)

就目前來看，國內(nèi)鉛鋅冶煉化工生產(chǎn)企業(yè)在行業(yè)污酸處理工藝上基本能夠滿足國家規(guī)定排放標(biāo)準(zhǔn)，但其在酸處理、重金屬渣處理過程中易導(dǎo)致二次污染—污酸產(chǎn)生。污酸的大量產(chǎn)生會(huì)導(dǎo)致水硬度指標(biāo)逐漸攀升，同時(shí)也導(dǎo)致煙氣制酸生產(chǎn)工藝中生產(chǎn)指標(biāo)不夠完善，因此深入研究全新新興技術(shù)非常有必要，它能夠完善污染處理措施，有效提高廢水排放標(biāo)準(zhǔn)，為行業(yè)企業(yè)可持續(xù)向前發(fā)展實(shí)現(xiàn)了有效促進(jìn)。從技術(shù)角度來講，污酸處理工藝是能夠?qū)崿F(xiàn)閉路循環(huán)零排放的，它的重點(diǎn)工藝技術(shù)就是在不加堿、控制pH值的基礎(chǔ)上去確保金屬離子在中性條件下有效分離。而基于物理法閉路循環(huán)處理技術(shù)來治理污酸，配合鉛鋅電解廢酸也能滿足酸分離回收，該技術(shù)能夠有效配套設(shè)備、電控系統(tǒng)等來完成工藝技術(shù)流程。而通過大量生產(chǎn)實(shí)踐結(jié)果也證明，物理法在處理污酸實(shí)現(xiàn)閉路系統(tǒng)建設(shè)并滿足污酸零排放方面是非常可行的。