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高浓度泥浆法在冶炼烟气制酸污水处理中的应用
万学武，康宏宇
（中冶有色葫芦岛锌业股份有限公司硫酸厂，辽宁葫芦岛125003）
摘要：介绍了葫芦岛锌业硫酸厂高浓度泥浆法加电石渣-铁盐法污水处理系统的工艺流程及设备选型情况。与常规低密度石灰法（LDS）相比，高浓度泥浆法具有投资少、石灰消耗少、设备运转率高、自动化程度高、运行成本低等优点。采用高浓度泥浆法改造后污水处理系统排水水质指标全部达到GB 25466—2010《铅、锌工业污染物排放标准》排放指标，每年可节约运行费用约119万元，企业经济效益和环境效益显著。
关键词：硫酸生产
锌冶炼烟气
酸性污水
高浓度泥浆法
电石渣-铁盐法
应用
中图分类号：TQ111.16+2
文献标识码：B
文章编号：1002-1507（2011）06-00 中冶有色葫芦岛锌业股份有限公司（以下简称葫芦岛锌业）硫酸厂西区制酸车间2×80kt/a锌冶炼制酸装置酸性污水处理原采用三级石灰乳中和-高铁液反调法工艺。2007年葫芦岛锌业新上一套109m2沸腾炉锌精矿酸化焙烧制酸装置，原有污水处理系统处理能力不足、设备老化严重，因此污水排放经常超标。2007年葫芦岛锌业对污水处理系统实施技术改造，采用高浓度泥浆法治理酸性污水，实现了污水达标排放。1原有污水处理工艺
2×80kt/a硫酸装置净化工序采用高效冲击洗涤器—填料塔—两级电除雾器稀酸洗净化工艺流程，循环酸
w（H2SO4）控制在5%~10%。随着洗涤的循环进行，循环酸中的杂质含量和酸浓度不断增高，需抽出一定量的稀酸送污水处理系统中和处理，再补充新水以保证净化指标。污水处理采用三级石灰乳中和-高铁液反调法处理含重金属离子酸性污水，絮凝剂为聚丙烯酰胺（PAM），其工艺流程见图1。
石灰乳泵酸泵絮聚剂一级中和槽水力分离器一级浓密机过滤机储斗渣场絮聚剂二级 中和槽储水罐储水泵二级浓密机压滤机储斗渣场石灰乳槽电石渣高铁液三级 中和槽三级浓密机上清液直接排放
图1 改造前污水处理系统工艺流程
高效冲击洗涤器排出的酸性污水进沉降槽沉降后，底流经压滤机压滤后送入污水处理站。酸性污水中含有As3+、Zn2+、Cu2+、F-、Pb2+、Cd2+、Hg2+等离子，用泵输送至一级中和槽内与加入的石灰乳液中和反应，反应后污水进入一级浓密机沉降。一级浓密机底流进入过滤机过滤，滤渣送渣场堆放，滤液返回一级中和槽。浓密机上清液溢流入二级中和槽与石灰乳液反应，反应后污水中加入PAM絮聚后进入二级浓密机沉降。二级浓密机底流进入压滤机压滤，滤饼送渣场堆放，滤液则返回一级中和槽。二级浓密机上清液溢流入三级中和槽和高铁液反应，然后进入三级浓密机沉降，三级浓密机底液并入二级浓密机底液一起经压滤机压滤，上清液直接排放。污水处理中产生的一级中和渣主要成分为硫酸钙，可用作水泥生产的配料。二级中和渣主要含锌和镉，可以回收利用。三级中和渣主要成分是氢氧化铁，可混入二级中和渣中。
该污水处理系统投产初期运行正常，随着设备老化和酸性污水处理量的增大，逐渐暴露以下问题：
a.设备老化、腐蚀、结垢严重，自动化操作系统失灵。pH电极更换频繁，管道、阀门锈蚀、泄漏严重，严重影响了设备的运转效率。
b.污泥量大且水含量高，输送困难，污泥大部分外排到附近的泥坑中，既占用大量土地，也容易造成二次污染。
c.运行费用比较高，操作环境恶劣。
d.随着109m2沸腾炉锌精矿制酸装置的投产，污水处理能力明显不足，不能满足生产要求。2改造后污水处理工艺 2.1工艺选择 根据酸性污水排放总量并考虑日后制酸产能进一步扩大，设计污水处理系统处理水量80m3/h，日处理水量近2000m3。选择工艺遵循了以下原则：（1）采用国内外先进、可靠的工艺技术和大型节能设备；（2）采用先进的控制、检测等技术，建立一个、功能全面、操作简单、性价比优越的污水自动处理控制系统；（3）在环保、节能、消防、绿化等方面均执行国家有关标准和当地有关规定；（4）尽可能利用原有的建筑物及设备、设施，合理布局、节约用地，尽可能节省投资。
通过对现有工艺的分析和筛选，并经过系统性试验分析，最终确定采用高浓度泥浆法（HDS）加电石渣-铁盐法除砷除重金属工艺。改造后污水处理系统工艺流程见图2。
污酸废水调节池石灰乳调节池污水泵一级反应槽 絮凝剂一级絮混槽集泥池一级浓密池 板框压滤机渣外运 石灰底泥混合槽过滤器中间池清水池二级浓密池 排放二级絮混槽二级反应槽 絮凝剂石灰乳铁盐
图2 改造后污水处理系统工艺流程
该工艺分两步处理，第一步采用高浓度泥浆法，包括混凝反应系统、沉淀池、药剂（电石渣、PAM）配置投加系统加药（电石渣、PAM）系统、污泥收集脱水系统、动力系统、控制系统等。第二步深度处理采用铁盐-电石渣除砷除重金属工艺，包括混凝反应系统、沉淀池、药剂（电石渣、铁盐、PAM）配置投加系统、动力系统和保安过滤系统。污水经一步处理后即可达到回用要求，再经第二步深度处理后即可达标排放。净化工序排出的酸性污水进入调节池均化后，用调节池污水泵（即自吸耐酸泵）送入一级反应槽，与加入的石灰乳进行中和反应，自动控制pH值9~
10、反应时间30min。反应后污水自流至一级絮混槽，投加絮凝剂PAM并搅拌5min，随后污水自流至一级浓密池。一级浓密池出水自流至二级反应槽，与加入的石灰乳、铁盐反应并搅拌30min，反应后污水进入二级絮混槽，投加PAM反应6min后流入二级浓密池，出水进入中间池，用泵打入过滤器进行过滤处理，滤液流入清水池达标排放。
一、二级浓密池底泥排入集泥池，集泥池的作用是作为回流底泥泵和板框压滤机工作的缓冲池，约80%的污泥用泵打返到石灰/泥浆混合槽，其余污泥用泵打到板框压滤机压滤脱水后外运。2.2工艺特点
与常规低密度石灰法（LDS）相比，高浓度泥浆法有以下特点：
a.高浓度泥浆法使石灰得到充分的利用，处理同体积量酸性污水可减少石灰消耗5%~10%。b.在原有污水处理设施基础上，将常规低密度石灰法改为高浓度泥浆法，可提高水处理能力1~3倍；并且技术改造简单，改造投资小。
c.高浓度泥浆法产生污泥固含量高，通常污泥固含量可达20%~30%，同常规低浓度石灰法产生固含量约1%的污泥相比，污泥体积量大幅度减小，可节省大量的污泥处置或输送费用。
d.高浓度泥浆法能够大大减缓设备和管道结垢，常规低浓度石灰法通常1个月停产清垢一次，高浓度泥浆法一般1年时间清垢1次，可节省大量设备维护费用并提高了设备的运转率。
e.常规低浓度石灰法通常为采用手动操作，高浓度泥浆法可实现全自动化操作，药剂的投加更
加合理、准确，可有效降低运行费用。
另外，高浓度泥浆法与电石渣-铁盐法配合使用，在高浓度泥浆法除去酸性污水中80%以上的重金属离子后，加入电石渣乳液和铁盐可进一步除去污水中的砷、氟、重金属离子，处理后污水用过滤器过滤除去其中的悬浮物，使污水可稳定达标排放。2.3设计主要运行指标
改造后污水处理系统设计主要运行指标见表1。
表1改造后污水处理系统设计主要运行指标
项目
运行参数
石灰乳w[Ca（OH）2]，% 石灰/底泥混合槽溶液固含量（w），% 石灰/泥浆混合槽溶液pH值 一级反应槽溶液固含量（w），% 一级反应槽溶液pH值
一级絮混槽溶液固含量（w），% 一级絮混槽溶液pH值
一级浓密池底泥固含量（w），% 二级反应槽溶液固含量（w），% 二级反应槽溶液pH值
二级絮混槽溶液固含量（w），% 二级絮混槽溶液pH值
二级浓密池底泥固含量（w），% 压滤机滤渣固含量（w），% 2.4主要设备选型
改造后污水处理系统主要设备情况见表2。
表2 改造后污水处理系统主要设备情况
项 目 一级反应槽
规格型号
φ4000mm×5000mm，容积62.8m3，有效容积47.5m3，1台5 10 5 10 25 0.3 8 0.3 8 13.2 60 10 25
一级絮混槽
φ2500mm×2500mm，容积12.26 m3，有效容积10m3，1台
一级浓密池刮泥机 石灰/泥浆混合槽
φ12m，1台
φ2000mm×2200mm，容积6.9 m3，有效容积5.2 m3，1台
电石渣乳液配置投加系统
PAM自动配置投加系统 板框压滤机 调节池污水泵 回流底泥泵 滤渣浆泵 清水回用泵
一级电石渣乳液投加泵
PAM投加泵 加酸调节计量泵 二级反应槽 二级絮混槽
1套
投加量6g/m3（非离子型PAM），1台
过滤面积450m2，板框1.6m，1台 Q=100m3/h，H=20m，1台 Q=40m3/h，H=30m，1台 Q=20m3/h，H=80m，1台 Q=100m3/h，H=30m，1台 Q=15m3/h，H=20m，1台
计量泵，Q=0.8m3/h，H=20m，1台 Q=0.2m3/h，H=20m，1台
φ3600mm×3600mm，有效容积32.6m3，1台 φ2500mm×2500mm，容积12.26m3，有效容积10m3，1台
二级浓密池刮泥机 铁盐配置投加系统 过滤器 过滤泵
3改造后运行情况
φ10m，1台 1套
φ2500mm×4200mm，1台 Q=50m3/h，H=30m，1台
改造后污水处理系统于2007年11月投入运行，设备运转良好，各项指标均达到设计值，实现了制酸污水稳定达标排放。改造后污水处理系统排水水质指标全部达到GB 25466—2010《铅、锌工业污染物排放标准》排放指标（见表3）。
表3 改造后污水处理系统水质指标
mg/L
项目
Zn
Cd
Pb
Hg Cu As F pH
值
原水
一级反应槽出水
269.06 0.58
＜0.05 清水池出水
0.34
＜0.05 GB 25466—2010≤2.0 ≤0.1 标准
＜0.2 ≤1.0
19.26 16.80.56 0.00
0.0019 ≤0.05
＜0.05 ＜0.05 ≤0.5
≤0.5
≤10
6~9
0.14
2.12
1.72
22.2 124.256.5 11.27 10.78.64 1.6 改造后污水处理成本由原来的6.72元/t下降到4.84元/t，每年可节约运行费用约119万元，同时向城市管网中排放有害物质量大大减少。
目前污水处理系统尚存在以下问题有待解决：（1）中和渣只是堆存处理，未能资源化利用。根据葫芦岛锌业的实际情况，以后可将中和渣加入铜熔炼炉用作造渣剂或部分用于水泥制块。（2）深度处理后的清水主要是外排，未能有效循环利用。目前葫芦岛锌业正考虑将其与其他单位产生的污水统一进行深度处理，再返回到生产系统循环使用。5结语
葫芦岛锌业高浓度泥浆法加电石渣-铁盐法污水处理系统已稳定运行3年多时间，改造后污水处理工艺流程缩短、处理成本减少、污泥量大大减少、设备运转率大有提高，污水很容易达标排放。高浓度泥浆法酸性污水处理技术已在矿山、有色冶炼、钢铁、化工等行业应用多年，这一节能环保技术值得在硫酸行业推广应用。◆
收稿日期：2011-07-18。
著者简介：万学武，男，中冶有色葫芦岛锌业股份有限公司硫酸厂技术厂长、高级工程师，从事硫酸生产技术管理工作。
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