楊益芬，張寶輝，周 尚，徐小艷

（楚雄滇中有色金屬有限責(zé)任公司，云南楚雄675000）

有色冶金廢水外排將造成重金屬及鹽類對(duì)水體的污染，所以廢水循環(huán)利用零外排放已成為發(fā)展趨勢(shì)。反滲透工藝是實(shí)現(xiàn)廢水零外排中應(yīng)用較為成功的工藝。銅、鋅、鉛冶煉以硫化礦為原料，在煙氣制酸過程中，采用稀酸洗滌凈化工藝產(chǎn)生污酸。污酸中ρ(H2SO4)60～100 g/L，ρ(As)2～5 g/L，采用硫化鈉法、中和鐵鹽法等處理工藝。中和鐵鹽法會(huì)產(chǎn)生的高硬度廢水，需處理后才能回用。針對(duì)中和鐵鹽法產(chǎn)生高硬度廢水，云南某銅冶煉企業(yè)采用反滲透處理工藝，具體流程為除鈣預(yù)處理+超濾+一級(jí)反滲透（RO1）+二級(jí)反滲透（RO2）+濃水反滲透（RO3），產(chǎn)水回用于循環(huán)冷卻水系統(tǒng)及低壓鍋爐用水。一級(jí)、二級(jí)反滲透系統(tǒng)對(duì)進(jìn)水控制指標(biāo)要求較高，其中一級(jí)反滲透要求電導(dǎo)率小于等于6 000 μs/cm，當(dāng)電導(dǎo)率大于6 000 μs/cm時(shí)，一級(jí)反滲透就不能正常過流，甚至?xí)?dǎo)致一級(jí)反滲膜堵塞或損壞，降低反滲透膜的使用壽命。

由于原料資源日益緊缺，原料品質(zhì)波動(dòng)大，導(dǎo)致工業(yè)廢水中的成分也會(huì)產(chǎn)生較大的波動(dòng)，引起電導(dǎo)率波動(dòng)較大，污水處理出水口電導(dǎo)率指標(biāo)經(jīng)常性超出控制范圍，最高值時(shí)達(dá)21 920 μs/cm，嚴(yán)重影響生產(chǎn)廢水處理系統(tǒng)正常運(yùn)行。為延長反滲透膜使用壽命，降低膜污堵現(xiàn)象發(fā)生的頻次，穩(wěn)定實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)廢水零外排，經(jīng)專業(yè)技術(shù)人員多次研究、探討，決定對(duì)現(xiàn)有深度水處理工藝進(jìn)行改造，以適應(yīng)高電導(dǎo)率生產(chǎn)廢水的處理要求，并能實(shí)現(xiàn)原有低電導(dǎo)率深度水處理流程與改造后高電導(dǎo)率生產(chǎn)廢水處理流程的靈活切換。

1 現(xiàn)有污水處理工藝簡介

1.1 污酸處理

污酸處理采用中和鐵鹽法，污酸用電石渣中和，加絮凝劑澄清分離，上清液溢流入氧化桶，同時(shí)投加硫酸亞鐵，鼓風(fēng)氧化，使Fe2+氧化成Fe3+，砷酸鹽、亞砷酸鹽與鐵離子反應(yīng)形成穩(wěn)定的砷酸鐵、亞砷酸鐵，并被氫氧化鐵吸附而共沉淀。

污酸處理主要的反應(yīng)方程式如下：

1.2 深度水處理

云南某銅冶煉企業(yè)建有2套600 m3/d深度水處理系統(tǒng)，可獨(dú)立或同步運(yùn)行，處理能力為1 200 m3/d。主要工藝流程為：廢水用氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)pH值后加入純堿溶液使廢水中鈣、鎂、銅、鋅、鐵等離子發(fā)生沉淀反應(yīng)，再加入PAC，PAM進(jìn)行絮凝沉淀[1]，上清液經(jīng)超濾、一級(jí)反滲透（RO1）、二級(jí)反滲透（RO2）及濃水反滲透（RO3）處理，產(chǎn)水回用，濃水用于渣緩冷。絮凝沉淀的污泥經(jīng)壓濾后返回污酸處理作為中和劑使用。

深度水處理系統(tǒng)工藝流程見圖1。

圖1 現(xiàn)有深度水處理工藝流程

超濾膜孔徑 0.001～0.05 μm[2]，超濾對(duì)水中的懸浮物、膠體、大分子物質(zhì)、細(xì)菌等幾乎可以完全截留，對(duì)BOD和COD的去除率在20%～60%，對(duì)小分子有機(jī)物和無機(jī)離子幾乎不截留。反滲透膜是利用壓力差為動(dòng)力的膜分離過濾技術(shù)，其孔徑小至納米級(jí)，在一定的壓力下，H2O分子可以通過RO膜，而原水中的無機(jī)鹽、重金屬離子、有機(jī)物、膠體、細(xì)菌、病毒等雜質(zhì)無法透過RO膜，從而使可以透過的純水和無法透過的濃縮水分離。用反滲透系統(tǒng)進(jìn)一步處理超濾裝置的產(chǎn)水，截留97%的溶解鹽及分子量大于100的有機(jī)物，同時(shí)允許水分子通過。 RO2系統(tǒng)進(jìn)一步處理RO1系統(tǒng)的產(chǎn)水，截留大于97%的溶解鹽分，為產(chǎn)區(qū)提供優(yōu)質(zhì)回用水，RO3系統(tǒng)進(jìn)一步處理RO1系統(tǒng)產(chǎn)出的濃水，提高水處理的利用率。

2 改造情況

2.1 改造思路

現(xiàn)有濃水反滲透膜抗污堵能力強(qiáng)，可處理高電導(dǎo)率濃水，但現(xiàn)有流程中電導(dǎo)率偏高的廢水只能先進(jìn)入RO1系統(tǒng)，不能直接進(jìn)入RO3系統(tǒng)，且RO3系統(tǒng)最大處理能力為20～24 m3/h，而雨季產(chǎn)生的電導(dǎo)率偏高的廢水約800 m3/d，管線流程及處理能力不能滿足要求。本著經(jīng)濟(jì)、高效的原則，決定對(duì)原有工藝進(jìn)行改造，經(jīng)工藝改造后可將電導(dǎo)率偏高的廢水經(jīng)超濾系統(tǒng)處理后直接進(jìn)入改造后的RO3系統(tǒng)，新的處理工藝流程為：預(yù)處理+多介質(zhì)過濾+超濾+濃水反滲透（RO3）+二級(jí)反滲透（RO2）。經(jīng)過改造后RO3系統(tǒng)的處理能力不低于800 m3/d，改造前后不改變現(xiàn)有工藝流程及處理效率。新流程關(guān)鍵在RO3系統(tǒng)，而要確保RO3系統(tǒng)的效果，就必須確保其進(jìn)水壓力和流速。確定改造方向后，進(jìn)一步精確計(jì)算出廢水電導(dǎo)率大于等于6 000 μs/cm時(shí)進(jìn)入RO3系統(tǒng)所需的壓力，而后在原有流程上進(jìn)行改進(jìn)。

2.2 改造的可行性

RO3系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，進(jìn)水電導(dǎo)率常規(guī)指標(biāo)控制在 24 000～28 000 μs/cm，RO3 系統(tǒng)處理的廢水電導(dǎo)率遠(yuǎn)大于原水電導(dǎo)率歷史記錄的最大值，所以當(dāng)原水電導(dǎo)率超標(biāo)時(shí)，可將超濾系統(tǒng)處理后的產(chǎn)水直接進(jìn)入RO3系統(tǒng)進(jìn)行處理。經(jīng)設(shè)計(jì)軟件計(jì)算，在原水異常進(jìn)水電導(dǎo)率為18 000 μs/cm的情況下，RO3系統(tǒng)產(chǎn)水電導(dǎo)率約為420 μs/cm，RO3系統(tǒng)產(chǎn)水再進(jìn)入二級(jí)反滲透處理后產(chǎn)水電導(dǎo)率小于或等于20 μs/cm，完全能夠滿足出水技術(shù)指標(biāo)電導(dǎo)率小于或等于100 μs/cm的要求，經(jīng)過技改后可以確保處理后的水質(zhì)達(dá)到原流程產(chǎn)水回用標(biāo)準(zhǔn)。

改造方案實(shí)施后使用RO3系統(tǒng)處理超濾系統(tǒng)產(chǎn)水，可以確保深度水處理站原水電導(dǎo)率超標(biāo)時(shí)仍然保持正常、穩(wěn)定運(yùn)行，產(chǎn)水能得到有效回用。

2.3 改造的內(nèi)容

新增1臺(tái)高壓泵和反滲透元件，確保濃水反滲透膜進(jìn)水壓力的同時(shí)增加流速，提升處理量。在超濾裝置產(chǎn)水管道上安裝切換閥門，當(dāng)污水原水電導(dǎo)率大于等于6 000 μs/cm時(shí)，直接將超濾產(chǎn)水切換至新流程，即超濾系統(tǒng)產(chǎn)水直接進(jìn)入RO3系統(tǒng)處理，RO3系統(tǒng)產(chǎn)水進(jìn)入二級(jí)反滲透系統(tǒng)處理，RO3系統(tǒng)濃水直接回用于渣緩冷。采用新的流程，高電導(dǎo)率的廢水系統(tǒng)回收率達(dá)到48%以上，高電導(dǎo)的水質(zhì)處理能力大于等于800 m3/d。根據(jù)原有高壓泵性能曲線可查，Q=15 m3/h，H=180 m 的高壓泵在流量Q=20 m3/h時(shí)，水泵揚(yáng)程約為162 m，而實(shí)際運(yùn)行需要240 m揚(yáng)程，因此需要額外增加1臺(tái)Q=20 m3/h，H=80 m的高壓泵。新增高壓泵安裝于保安過濾器與現(xiàn)有高壓泵之間。改造后需要的設(shè)備配置見表1。

表1 改造需要的設(shè)備配置表

2.4 改造施工方案

在超濾裝置產(chǎn)水管道上安裝切換閥門，當(dāng)污水原水電導(dǎo)率大于或等于6 000 μs/cm時(shí)，直接將超濾產(chǎn)水切換連接至RO1系統(tǒng)濃水箱，投用改造流程，將超濾系統(tǒng)產(chǎn)水直接進(jìn)入RO3系統(tǒng)處理，RO1系統(tǒng)保養(yǎng)停用，后續(xù)流程不變，RO3系統(tǒng)產(chǎn)水進(jìn)入RO1系統(tǒng)產(chǎn)水箱后再進(jìn)入RO2系統(tǒng)處理，RO3系統(tǒng)濃水直接回用于渣緩冷。改造后的工藝流程見圖2。

確認(rèn)滿足現(xiàn)場工作條件后，停運(yùn)深度水處理系統(tǒng)，并關(guān)閉超濾產(chǎn)水箱和RO1系統(tǒng)濃水箱出口閥門，排盡管道內(nèi)積水。然后進(jìn)行管道、閥門安裝工作，敷設(shè)PE管，在超濾系統(tǒng)產(chǎn)水箱出口管處由DN150變徑為DN100，與RO1系統(tǒng)濃水箱出口管處連通，在安裝的PE管段安裝DN100切換閥。

3 改造后的效果

改造前后運(yùn)行參數(shù)見表2。

表2 改造前后運(yùn)行參數(shù)表

改造后RO3系統(tǒng)運(yùn)行正常，進(jìn)水電導(dǎo)率、產(chǎn)水電導(dǎo)率、脫鹽率、進(jìn)水壓力、濃水壓力、膜壓差等各項(xiàng)工藝控制關(guān)鍵指標(biāo)與改造前一致，在工藝控制指標(biāo)范圍。產(chǎn)水流量提升，達(dá)到15～18 m3/h，產(chǎn)水率提升，達(dá)到48%～57%，均高于改造前。處理水量達(dá)840 m3/d，高于預(yù)期目標(biāo)800 m3/d，改造后成效明顯。

圖2 改造后的工藝流程

4 結(jié)語

通過改造，解決了有色冶金廢水電導(dǎo)率波動(dòng)大，廢水電導(dǎo)率超標(biāo)時(shí)現(xiàn)有廢水處理系統(tǒng)無法正常運(yùn)行的難題，實(shí)現(xiàn)了同一套生產(chǎn)廢水處理系統(tǒng)可靈活處理不同電導(dǎo)率廢水。改造后由于增加了濃水處理系統(tǒng)的處理量，深度水處理系統(tǒng)總的處理能力增加。