應急處理站廢水處理工藝優化實踐

周維偉

（江西銅業集團有限公司 貴溪冶煉廠，江西 貴溪 335424）

1 引言

貴溪冶煉廠是一家大型銅冶煉企業，生產過程中產生污染較重的廢酸廢水主要經硫酸車間廢酸排水工序的硫化、石膏、除氟、電化學等工藝［1-3］處理達到國家排放標準［4］后進入排水網，而地面沖洗水和廠區雨水則直接進入排水網，然而上述區域的廢水可能含有較重污染物，特別是下雨初期，問題會更加嚴重一些，為了解決該問題，2012 年貴溪冶煉廠開始建立一座廢水應急處理站，該應急處理站于2014 年正式投入運行以來，有效地改善了貴溪冶煉廠外排水質［5-6］。但應急處理站自運行以來，也存在著廢水處理能力不足，藥劑使用成本偏高等問題，本文簡要介紹貴溪冶煉廠應急處理站生產工藝［7］，并論述了對應急處理站廢水處理工藝進行優化的生產實踐。

2 應急處理站工藝簡介

2.1 廢水收集工序簡介

廢水收集工序由一個預沉池、兩個廢水收集池和一個緩沖池組成，1#排口的水主要來自新材料車間排口，硫酸廢酸廢水處理排口和初期雨水等，其首先進入預沉池（庫容1.4 萬m3）進行固體沉降。1#廢水收集池（庫容6.9 萬m3）收集經過預沉池沉降后未達標的污水。2#廢水收集池（庫容8.7 萬m3）主要收集銅材公司、2#排口、西區排口的異常廢水和初期雨水，兩個廢水收集池中的廢水通過提升泵和管道送至反應槽處理。

圖1 應急處理站工藝流程圖

2.2 聚合硫酸鐵反應原理

聚合硫酸鐵處理污水分三個階段。

（1）凝聚階段：是將聚合硫酸鐵溶液注入混凝池與原水快速混凝在極短時間內形成微細礬花的過程，此時水體變得更加渾濁，它要求水流能產生激烈的湍流，因此聚鐵反應槽處理有攪拌機之外，一般還配合雜用風進行吹掃。

（2）絮凝階段：是礬花成長變粗的過程，要求適當的湍流程度和足夠的停留時間（10～15min），至后期可觀察到大量礬花聚集緩緩下沉，形成表面清晰層。

（3）沉降階段：它是在沉降池中進行的絮凝物沉降過程，要求水流緩慢，為提高效率一般采用斜管（板式）沉降池（最好采用氣浮法分離絮凝物），大量的粗大礬花被斜管（板）壁阻擋而沉積于池底，上層水為澄清水，剩下的粒徑小、密度小的礬花一邊緩緩下降，一邊繼續相互碰撞結大，至后期余濁基本不變。

2.3 中和反應原理

在酸性條件下，NaOH 易于與廢水中的酸性物質發生中和反應，同時廢水中重金屬離子在堿性條件下更容易生成沉淀而除去。主要發生的中和反應原理為：OH-+H+=H2O，2OH-+Cu2+= Cu(OH)2↓。

2.4 DTCR 反應原理

DTCR 全名重金屬捕集劑，它是一長鏈的高分子，含有大量的極性基，這極性基中的硫離子原子半徑較大、帶負電，易于極化變形，產生負電場，捕捉陽離子，同時趨向成鍵，生成難溶的氨基二硫代甲酸鹽（TDC 鹽）而析出。這樣生成的難溶TDC 鹽，有的是離子鍵或強極性鍵，如TDCAg，大多數是配價鍵，如TDC-Cu、TDC－Zn、TDC－Fe。關于上述配價鍵的結構，同一金屬離子螯合的配價基極可能來自不同的DTCR 分子，這樣生成的TDC 鹽的分子會是高交聯的、立體結構的，原DTCR 的分子量為10～15 萬，而生成的難溶螯合鹽的分子可達到數百萬，甚至上千萬，故此種金屬鹽一旦在水中生成，受重力作用，便有好的絮凝沉析效果。

2.5 絮凝反應原理

陰離子高分子凝聚劑主要用于處理以無機固體為主的中性懸浮物。通過高分子長鏈條把污水中的許多懸浮物顆粒或油珠吸附后纏在一起而形成架橋，絮凝效果非常好，通常與鋁鹽配合使用。對不同的懸浮固體離子的水懸浮液應用不同水解度的PAM 來處理，也就是說，對水解度一定的PAM，它可能對水中的某些懸浮粒子的絮凝效力比對其他的一些水中懸浮粒子的凝聚效力大，即不同的水解度，對水中懸浮粒子具有選擇性絮凝效能，一般PAM 的水解度控制在15%～30%之間。

2.6 斜管沉降原理

斜管填料沉淀池是根據平流式沉淀原理，在池內增加許多斜管后，加大水池過水斷面的濕周，同時減小水力半徑，為此在同樣的水平流速V 時，可以大大降低雷諾數Re，從而減少水的紊動，促進沉淀。另外在泥渣懸浮層上方安裝60°的斜管組件，使原水中的懸浮物、固化物或經投加混凝后形成絮體礬花，在斜管底側表面積聚成薄泥層，依靠重力作用滑回泥渣懸浮層，繼而沉入集泥斗，由排泥管排入污泥池另行處理或綜合利用。上清液逐漸上升至集水管排出，可直接排放或回用。

2.7 砂濾池工作原理

過濾一般是指以石英砂濾料、無煙煤濾料等粒狀濾料層截留水中懸浮雜質，從而使水獲得澄清的過程。采用石英砂濾料、無煙煤濾料的濾池通常設在沉淀池或澄清池之后。進水濁度一般在10 度以下，濾出水濁度必須達到排放水標準。過濾的作用，不僅在于進一步降低水的濁度，而且水中有機物、細菌乃至病毒等將隨水的濁度降低而被部分去除。

2.8 濃密壓濾工序

斜管沉降池和普通砂濾池排除的污泥流入集泥池后由集泥池抽出泵送至濃密機濃縮，濃密機底部濃縮的漿液由底流輸送泵送往壓濾機進一步脫水。壓濾機采用半自動控制程序運行，進液，壓榨，風干可以自動運行，風干結束后進行脫渣，濾餅送其它車間進行金屬回收，濾液返回1#廢水收集池后重新返回反應槽處理。

3 應急處理站運行后存在的問題

3.1 應急處理站水處理能力小

應急處理站最初設計日處理能力為15000m3/d，即每小時最大處理水量為625 m3，一般正常情況時，應急處理站基本能夠滿足要求，但是處于汛期時，大雨致使緩沖池及各排口液面提高，當收集池液位超過上限后，很難繼續收集廢水，且收集池需要預留一定的安全容積，以應對上游發生泄漏等突發事件。如果大雨時期廢水指標異常，廢水收集將會很快占用安全容積，液位迅速升高，以致無法繼續收集水，難以起到應急作用。

3.2 應急處理站藥劑使用量偏大，成本偏高

應急處理站處理廢水主要使用的化學藥劑為聚合硫酸鐵、氫氧化鈉、重金屬捕集劑DTCR、凝聚劑PAM，上述四種藥劑每年花費成本大約200 多萬元，近年來貴溪冶煉廠對應急處理站出口水質要求日趨嚴格，因此應急處理站廢水處理量也越來越大，處理水量的增加也增加了藥劑用量以及電量消耗，給車間生產成本控制帶來嚴重壓力。

4 工藝優化措施

4.1 強化工藝控制，加強班組管理，建立科學收水模式

應急處理站收集工序共安裝了5 臺在線分析儀取樣泵，分別在1#排口、預沉池出口、西區排口、提升泵房、直排渠，其中1#排口和預沉池出口取樣泵將液送至1#總銅在線分析儀，提升泵房和西區排口取樣泵將液送至2#總銅在線分析儀。提升泵房和直排渠取樣泵將液送至總砷在線分析儀，用以作為聚鐵添加量的參考數據。1#排口、2#排口和西區排口分別安裝了一臺pH 計指示廢水酸堿度，可監測排口廢水排放情況。當廠區排水水質正常時，排水經直排渠至緩沖池沉降后排放；當廠區排水水質異常時，排放水則切入預沉池或2#廢水收集池。

車間通過應急處理站（預沉池+直排渠）效果不斷摸索和積累數據分析，找到應急處理站廢水收集臨界值，建立了貴溪冶煉廠廢水應急處理站的科學收水模式：（1）當1#排口、西區排口pH 小于6 或pH 大于10，則必須全部切入收集池；（2）應急處理站停運時，若預沉池出口、西區排口含銅高于0.8mg/L 時，必須切換至廢水收集池；（3）應急處理站開車時，若預沉池出口、西區排口含銅高于1.0mg/L 時，則全部切換至廢水收集池；（4）2#排口污染物超標較為嚴重，2#排口廢水全部切入廢水收集池。在確保工廠總排口廢水排放100%達標的基礎上，最大化減少應急處理站廢水處理開車時間，節約廢水處理成本。

4.2 提高應急處理站廢水處理流量

為提高應急處理站廢水處理能力，車間逐步挖潛，不斷提升設備能力，摸索最佳反應參數，水處理量從最初的625m3/h 逐步提升至900m3/h 左右，同時為應對應急處理站廢水處理流量增大后水中懸浮粒子沉降效果變差以及濾料層雜質含量增多帶來的負面影響，合理增加斜管沉降池及砂濾池反沖洗次數、時間和強度。

4.3 根據提升泵出口的銅濃度合理控制DTCR 的添加量

經過多年的生產實踐，逐步掌握了提升泵出口廢水銅濃度與DTCR 添加量的關系，見表1。

表1 提升泵出口Cu 濃度與DTCR 添加量關系表

5 效果分析

（1）將提升泵出口總管流量提升至900m3/h 左右，應急處理站年廢水處理能力大幅提升，有效緩解了汛期生產壓力，而且應急處理站廢水處理流量增加后，應急處理站排放水水質未受到影響，完全符合國家排放標準，同時應急處理站噸水電耗也從2014 年0.31 kW·h/t 下降至2019 年的0.21 kW·h/t。

表2 2019 年1-12 月應急處理站出口排放水檢測數據

（2）自應急處理站成立以來，噸水DTCR 用量一直在逐年遞減，但應急處理站出口水質并未受到影響，100%達標排放。

表3 2014-2019 年DTCR 用量及應急處理站出口檢測數據

6 經濟效益分析

提升廢水處理流量后，應急處理站噸水電耗 由2014 年 的0.31 kW·h/t 下 降 至2019 年 的0.21 kW·h/t，按應急處理站每年廢水處理量為600 萬m3計算，每年節約電費約為（0.31-0.21）×600×0.51 ＝30.6 萬元；科學調整DTCR 用量后，DTCR 藥劑用量由2014 年0.013kg/t 水下降至2018 年的0.001 kg /t 水，每年節約DTCR 費用約為（0.013-0.001）×600×12878/1000 ＝92.72 萬元。

7 應急處理站目前存在的問題

按設計要求砷分析儀是用來控制、指導添加聚鐵進行除砷，但目前應急處理站所有砷分析儀均故障處于停止狀態，車間只能通過安全環保部的廢水檢測數據中砷的指標情況控制、指導添加聚鐵除砷，反應滯后，不能及時調整聚合硫酸鐵用量，增加了生產成本。

8 結語

貴溪冶煉廠應急處理站自投入使用以來，2014年至2019年已累計處理廢水量達三千五百九十七萬余立方米，為貴溪冶煉廠總排口排放水100%達標排放打下了堅實基礎，同時也為改善鷹潭地區河流及鄱陽湖水質作出了重要貢獻。隨著時代的發展，人們的環保意識日趨增強，國家對環境保護的要求也日趨嚴格，因此企業要不斷加大投入，減少污染物的排放，同時企業也必須不斷加強科技創新，降低生產成本，以實現企業發展與環境保護共贏局面。