研究有色湿法冶金工艺废水最佳节能治理技术，促进企业环保发展

研究有色湿法冶金工艺废水最佳节能治理技术，促进企业环保发展

冶金工业的产品种类繁多，生产过程串联，排放废水量大，是污染环境的主要废水之一。冶金废水的主要特点是水量大、种类多、水质复杂多变。

湿法冶金工艺废水成分复杂，经中和、沉淀处理后仍有少量重金属元素超标，废水中含NaCl等含盐量过高而无法排放，有色湿法冶金工艺废水的处理已成为湿法冶金企业面临的主要环保问题和技术难题。本文立足企业实际需求，研究有色湿法冶金过程废水最佳节能处理技术，寻求解决制约有色冶金企业发展的环境保护问题，促进我国有色冶金企业在节能环保方向上的健康发展的途径。

一、有色金属湿法冶金废水的污染特性及处理意义

1.1 有色冶金废水污染特性

2005年，我国10种常用有色金属总产量为1639.02万只，居世界第一[1]。在有色金属工业的整个生产过程中，从采矿、选矿到冶炼，再到成品的加工，几乎所有的过程都需要用水，废水被排放。据统计，全国有色金属行业废水年排放量为6.0549亿吨（其中铜、铝、铅、锌、镍等5种有色金属占80.8%），占全国废水排放总量的2.35%。与黑色金属冶炼和加工（年废水排放量30.7亿，T占全国废水排放总量的10.5%）相比，有色金属行业废水量不大，但有色金属行业对水环境的污染不能掉以轻心。特别是有色金属湿法冶金企业，是耗水量大、废水排放量大、废水中污染物种类多、用量大、对水环境污染最严重的行业之一。有色冶金废水对环境污染具有以下特点：废水排放量大、污染源分散复杂、污染物金属种类多、污染物毒性高[2]。

1.2 有色冶金废水源头研究及湿法冶金废水处理技术的意义

有色冶金分为火法冶金和湿法冶金两大类，火法冶金废水主要包括：设备冷却水、渣冲洗水、烟气净化废水、车间清洗用水;湿法冶金废水主要有两类：烟气净化废水和湿法冶金工艺排放或泄漏的废水。其中，设备冷却水基本未受到污染，渣冲洗水仅受到轻微污染，烟气湿法净化系统排放的废水和湿法冶金过程中排放或泄漏的废水污染严重，是重点治理对象[2]。

这

火法冶金设备的冷却水经冷却过滤后可循环再利用;渣冲洗水经沉淀净化后，可循环再利用;烟气湿法净化系统排出的废水，大部分经沉淀过滤后可以回收再利用，有一小部分与湿法冶金废水相似。但是，湿法冶金过程中排放或泄漏的废水成分复杂，污染物含量高，一些杂质元素含量超过工艺要求，必须开路排放。由于重金属元素含量少的状态较多。污水综合达标排放。(-1996)一级、二级标准，废水含盐量过高，会对环境产生一定影响，不能排放。而且，随着国家环保要求的提高和企业环保意识的增强，许多地区的生产废水根本无法排放，废水中的杂质元素含量超过工艺要求，过去经过常规处理后不能回用，不能排放。由于处理成本和能耗高，湿法冶金过程中不断产生的高浓度废水和烟气湿法净化废水的处理非常困难，已成为困扰有色冶金企业的技术难题和环境保护问题。因此，开展湿法冶金过程废水和烟气湿法净化废水最佳节能处理技术研究，对于解决制约有色冶金企业发展的问题，促进我国有色冶金企业在节能环保方向上的健康发展，具有重要的现实意义。

二、有色冶金工艺废水处理常用方法及存在的主要问题

2.1.常用的有色冶金工艺废水处理方法

一般废水处理方法按其原理可分为物理法、化学法、生物法三大类。各种处理方法都有其特点和适用条件，对于废水的不同性质，有时采用单独的处理方法，如果不能达到预期的效果，则采用综合处理方法。常用的有色冶金废水处理方法有：石灰中和沉淀法、硫化物沉淀法、离子交换法等。石灰中和沉淀法（又称氢氧化物沉淀法）主要是控制废水的pH值，向废水中加入中和剂（石灰石、石灰石、氢氧化钠、碳酸钠等），使重金属离子变成氢氧化物沉淀，然后分离回收;砷、氟、磷等有害元素可以沉淀出来，从钙离子中分离出来，形成不溶性化合物。硫化物沉淀法是将硫化氢或硫化钠引入废水中，使重金属离子与硫离子反应，形成不溶性金属硫化物，然后分离提取。此外，吸附、离子交换、氧化还原、铁氧体、膜分离、生化处理，以及电渗析、反渗透、隔膜电解等先进处理方法，可用于回收有用金属、净化废水[3]。

2.2. 主要问题

有色金属湿法冶金工艺和湿法集尘废水一般含有大量的酸、碱、重金属等有害元素，含有少量有机物，污染物成分复杂、分散、浓缩。这些工艺废水和湿式集尘废水一般采用两级中和和沉淀法处理，主要重金属含量可达到国家水平。污水综合达标达标的一级、二级标准，但少量重金属元素和有害元素含量超标，且废水中硫酸盐、氯化钠等盐类含量过高，容易使土地盐碱化，无法排放。因此，在达到标准排放或重复使用之前，必须对其进行超前发展。电渗析、反渗透或其他膜分离技术一般用于二级深度处理。二级深度处理的淡水可以重复利用，经过二级深度处理后，湿法冶金过程产生的浓缩水和部分高浓度废水的含盐量超过海水淡化浓缩水的质量，使电渗析、反渗透或膜分离处理装置难以连续稳定运行， 必须寻求新的治疗方法。

3、高浓度湿法冶金废水处理及蒸发浓缩实验研究

3.1. 高浓度湿法冶金工艺废水的组成

某有色冶金企业湿法冶金工艺废水，石灰乳二阶段中和沉淀后pH值为7~9，除铜、镉外，主要污染物含量均达到国家一级排放标准，但废水含盐量过高而无法排放， 并且只能长期储存在池中，浓缩水达到反渗透处理的浓缩水质，但由于池的储存容量有限，企业难以进一步发展。废水长期贮存后的主要化学元素含量见表1。

从表1可以看出，除了Cu、Cd、F含量超标外，废水产生的主要原因是废水含盐量过高，会使土地盐碱化，根本无法排放。由于废水的含盐量超过了海水淡化产生的盐水质量，膜分离、电渗析和反渗透装置在废水深度处理过程中难以稳定运行，而这些方法处理的浓水仍将找到出路。为保证高浓度湿法冶金废水、反渗透等深度处理后的浓水不排放，必须有相应的高浓度湿法冶金废水处理技术作为支撑，且这些技术必须技术上可行、经济合理，设备能长期稳定运行，便于经营管理， 而能够为溶质处理开辟道路的末端处理技术，可以彻底解决高浓度湿法冶金工艺废水问题。

为此，项目开展了高浓度湿法冶金废水蒸发浓缩处理工艺研究，开展了利用太阳能工业锅炉余热资源和有色冶金企业高浓度湿法冶金废水处理工艺及装置的研究。

3.2 废水蒸发浓缩实验研究

该项目对废水进行了蒸发浓度试验，旨在研究蒸发浓缩后的溶质方向和得到的蒸馏水的成分。蒸馏水成分分析结果如表2所示。

实验结果表明，溶质主要在蒸发浓缩后进入结晶产物，蒸发浓缩后的蒸馏水水质能满足回用和排放的要求[4]。然而，使用常规的蒸发浓缩设备，能耗太高，企业难以承受。因此，为满足高浓度湿法冶金废水处理的需要，有必要开展低能耗废水处理装置的研究。

4、高浓度湿法冶金废水低能耗处理工艺及装置研究

由于废水经过蒸发、浓缩、结晶后可以完全液固分离，高浓度的无机盐变成固体开路，蒸馏水经过蒸发浓缩处理后的水质可以满足回用和排放的要求。因此，蒸发浓缩是高浓度湿法冶金废水的最终处理方法。使用普通蒸发浓缩设备，能耗过高，经济性不合理（普通蒸发浓缩设备，13t~14t蒸汽蒸发1t水）。经过多种选择和设备性能对比，该项目采用太阳能或企业工业锅炉对废水进行预热，采用多效蒸发器进行蒸发浓缩和闪蒸结晶，只需少量蒸汽即可解决蒸发能耗问题。两者结合，与常压蒸发浓缩过程相比，可节省70%~80%的能源，比一般真空蒸发浓缩过程可节省50%以上的能源。

从表3可以看出，采用多效蒸发比单效蒸发更节能，比常压蒸发更节能，而第三效采用强制循环闪蒸结晶，具有传热效率高、循环强度大、蒸发速度快、加热时间短、物料不易结焦和结垢等特点， 而且设备易于清洁。此外，废水中的无机盐可以出口或作为再盐产品综合利用，蒸馏水可以循环使用。

本项目选用的多效逆流连续蒸发浓缩结晶器是目前世界上最先进的蒸发结晶设备之一，设计用于高浓度湿法冶金工艺废水，在技术上具有可行性。该工艺及装置是有色冶金企业用水量少的有色冶金企业反渗透工艺处理后浓水等高浓度湿法冶金废水的有效节能环保方法，符合国家节能降耗政策，符合企业实际需要。该项目的实施可以解决企业当前的环保问题，可以实现余热的利用，废水的回用，废水中的无机盐类变成固体开路，便于综合利用或最终处置的目的，符合清洁生产和循环经济的特点， 并具有良好的经济效益和社会效益。通过该项目的试验研究，具备工程实施条件，可为有色冶金企业高浓度工艺废水的处理提供技术支持。有关详细信息，请参阅相关技术文档。

5、湿法冶金工艺废水最佳节能处理技术研究结论在

比较上述湿法冶金废水处理技术的成本、效果、运行状态等技术经济指标的基础上，通过高浓度无机废水处理技术的试验研究，获得了湿法冶金工艺废水和湿法集尘废水最优节能处理技术研究的初步成果。目前，课题组通过实验研究得出以下结论

：

1）湿法冶金工艺废水和湿法集尘废水经石灰乳第二阶段、预处理和二次反渗透处理中和沉淀后，自然蒸发浓缩后的浓水和高浓度湿法冶金废水经蒸发浓缩和闪蒸结晶工艺处理，蒸发浓缩后的蒸馏水水质均能满足要求的再利用和排放。

2）利用太阳能或锅炉余热对废水进行预热，再利用多效逆流蒸发器进行蒸发浓缩、闪蒸结晶，蒸汽消耗量仅为常规蒸发浓缩蒸汽消耗量的20%~30%，蒸馏水可循环使用，废水中的无机盐可作为再盐产品出口或回收利用。

3）该工艺是有色冶金企业小水量高浓度废水处理或反渗透装置浓水处理的有效节能环保方法，具有良好的经济效益和社会效益。

目前，该技术正在进一步研究中，希望冶金环保界的同仁们共同探讨，不断完善湿法冶金过程废水最佳节能处理技术方案，使其能够发挥更大的社会效益和经济效益。

参考文献：[1]中国有色金属工业协会 《中国有色金属工业年鉴》编辑委员会.中国有色金属工业年鉴[M].北方：中国有色金属年鉴学会，2006

[2] 北水市环境技术装备研究中心、北市环境保护研究院、国家城市环境污染防治工程技术研究中心.三废处理工程技术手册（废水量）[M].北方：化学工业出版社，2000

[3]涂海玲，赵国权，郭庆伟.有色金属（冶金、材料、回收利用与环境保护）[M].北方：化学工业出版社，2003

[4]何彦明，徐淑科.高浓度湿法冶金废水综合处理工艺研究[C]//云南省科协.第三届云南省生态和谐发展科技论坛.云南：云南科学技术出版社，2007.（上接第29页）。

[5]吴婉荣，魏建华，张永顺，杨向碧.大直径深孔钻孔偏转机理及控制方案[J].中国有色金属学报，2001，（2）：153-156

[6]王显忠.高阶段大直径深孔开采方法在安庆铜矿中的应用[J].矿业通讯，2006，（4）：41-42

[7] 周国军， 黄志伟， 王宝山.井下采矿大直径深孔爆破研究[J].爆破，2006，（4）：25-29

[8]魏章能.安庆铜矿大孔眼开采存在的问题及处理措施[J].，2006，（5）：8-9

[9]陈献春.安庆铜矿特大型矿山开采实践[J].，2006，（1）：4-6