重金属冶炼废水处理工艺优化与零排放研究

文_彭时军 五矿铍业股份有限公司

某重金属冶炼厂采用底吹氧化熔炼+侧吹还原熔炼+烟化综合回收+电解精练+稀贵综合回收工艺进行生产和深加工。在整个生产过程中不仅要消耗大量的冷却水，同时也排放出大量的含重金属离子的废水，随着对重金属冶炼厂废水环保排放要求的提高，尤其是废水中总铊污染物的控制要求的全面执行，势必要求生产企业和新建企业优化处理工艺和减少废水的产生。

1 重金属冶炼废水主要来源分析

重金属冶炼厂废水主要包括生活污水、酸性废水、生产废水及初期雨水等。其主要来源分别为：生活污水，主要来源于办公区及洗浴间排放的未受重金属污染的废水；酸性废水，主要来源于冶炼烟气制酸及尾气脱硫系统排放的污酸废水；生产废水，主要来源于冶炼车间岗位清洁、冶炼熔渣冷却及降温冷却水套循环使用的工业废水；初期雨水，主要来源于生产厂区因降雨单独收集的前15mm 降雨量的雨水。

2 重金属冶炼废水工艺优化

2.1 重金属冶炼废水处理现状及存在的问题

生活污水处理系统：将生活污水引流入生物法地埋式一体化处理设备进行反硝化和接触氧化处理，而后经沙滤、碳滤过滤及在线监测后排放至当地工业园区生活污水处理厂进行深度处理。

酸性废水处理系统：将酸性废水提升至反应槽，通过加入石灰乳和硫化钠进行初步中和反应及去除绝大部分重金属后，排放至电化学系统进一步除去砷、铊等重金属离子，最终排放至均化池。

生产废水及初期雨水处理系统：经废水提升泵提升至反应槽内，通过加入液碱调整pH 值去除绝大部分重金属离子后，合并酸性废水处理后液一并进入电化学处理，产水排放至均化池。

回用水处理系统：将均化池内的废水用提升泵提升至两段生物除铊反应槽内，进行深度除铊和深度脱除重金属离子，合格产水排放至回用水池，全系统产生的污泥返回酸性废水处理系统进行压滤，实现固液分离。

该厂在废水处理系统上，一是未能严格进行分质处理，造成末端水处理量巨大，大幅增加了废水处理的成本。二是处理后的水质含盐及硬度高，仅能实现局部用水点位的回用，且容易造成设备腐蚀和污堵，大大增加了后续设备的维护费用。

2.2 重金属冶炼用水的水质要求分析

由于《铅、锌工业污染物排放标准》（GB25466-2010）修改单的全面执行，各涉及重金属冶炼的企业为满足现行环保标准，均在不同程度的实施零排放工艺改造。为降低各类废水处理的成本，较为经济的处理方式是分类处理后分质进行梯度回用，即将除重金属和降硬度后的洁净水回用于工业循环冷却塔补充水，其水质满足《工业循环冷却水处理设计规范》GB50050-95 的标准。

2.3 分质、分类处理工艺优化

本着废水处理源头治理和预防的理念，对该厂各类不同水质的废水进行了分类收集和分质处理的工艺优化，最终实现零排放目标。即初期雨水、生产废水、酸性废水和 盐废水等通过各自的水处理系统以及不同的水处理工艺实现分级回用。

2.3.1 初期雨水处理系统

初期雨水收集池容积按Vy=1．2F×I×10-3（Vy—初期雨水收集池容积m3；F—受粉尘、重金属、有毒化学品污染的面积m2；I—初期雨水量mm，其中重有色金属冶炼取15mm）公式计算，按5d 处理完全部初期雨水进行扩建新的初期雨水收集池。处理工艺为：初期雨水经液碱调节pH 值后，在反应槽内分别加入重金属捕捉剂和絮凝剂后，通过斜管沉降和自动反洗表面过滤器过滤后，合格产水回用至厂区循环水冷却塔，污泥通过隔膜压滤机压滤后返回熔炼配料系统回收有价金属。

2.3.2 生产废水处理系统

将各车间排放的含重金属离子的生产废水进行集中收集，通过调节pH 值，并采用石灰铁盐+曝气+重金属捕捉剂+絮凝剂工艺处理，后经过斜管沉降和自动反洗表面过滤器过滤，产水排放至 盐废水处理系统调节池，污泥通过隔膜压滤机压滤后返回熔炼配料系统回收有价金属。其工艺流程如图1 所示。

图1 生产废水处理工艺流程

2.3.3 酸性废水处理系统

酸性废水采用中和反应+石灰铁盐法+化学氧化法+硫化法工艺，取代原有的酸性废水处理工艺，不仅缩短了原有酸性废水处理工艺的流程，而且实现了重金属的全面达标和降低处理成本的目的，产水排放至 盐废水处理系统调节池。其工艺流程如图2 所示。

图2 酸性废水处理工艺流程

2.3.4 髙盐废水处理系统

该系统能实现高浓度含盐废水的脱盐处理，产水达到循环水冷却塔补水的水质要求，实现有效回用。浓水中的盐分通过MVR 蒸发器结晶，产出满足工业需求的盐产品，真正意义上实现厂区废水处理的零排放目标，且将预处理废水降硬度系统产生的污泥进行资源化利用。其工艺流程如图3 所示。

图3 高盐废水处理工艺流程

3 工艺优化后水平衡和零排放分析

据相关文献报道，循环水冷却塔蒸发损失水量计算公式为Qe=K·△t·Qx（Qe—蒸发损失水量，m3/h；K—蒸发损失系数，1/℃；△t—冷却塔进、出水的温度差，℃；Qx—循环水量，m3/h）。经现场核实该重金属冶炼厂总循环水量为4500m3/h，冷却塔选型是按进、出水实际温差10℃进行生产配置。经计算知每天需补充的新水用量为1512m3，完全能满足各废水处理系统产出的清液内部循环使用要求，最终实现废水处理零排放要求。其水平衡关系如图4 所示。

图4 水平衡关系

4 结论

通过对该重金属冶炼厂的各类废水进行分质收集、分类处理，将处理达标的合格回用水补充于循环水冷却塔，取代了原有自来水的补充，既节约了新水耗量，又降低了各类废水混合处理的费用，同时使各个处理系统中产生的含有价金属的废渣得以资源化回收利用，最终实现了零排放目标。