稀土企業(yè)工業(yè)廢水處理工藝改進(jìn)及綜合效益分析

劉梅，王蒙軍

（中國北方稀土（集團(tuán)）高科技股份有限公司，內(nèi)蒙古包頭014030）

稀土企業(yè)工業(yè)廢水處理工藝改進(jìn)及綜合效益分析

劉梅，王蒙軍

（中國北方稀土（集團(tuán)）高科技股份有限公司，內(nèi)蒙古包頭014030）

以某稀土企業(yè)為例，介紹了該企業(yè)改進(jìn)工業(yè)廢水處理工藝所采取的措施及取得的效果，并對項(xiàng)目改造后的環(huán)境效益、經(jīng)濟(jì)效益和社會效益進(jìn)行了分析。

循環(huán)經(jīng)濟(jì)；氯化銨廢水；優(yōu)化

某稀土企業(yè)是一家稀土濕法冶煉分離企業(yè)，多年來一直以混合碳酸稀土為原料，采用鹽酸溶解—萃取分離—碳酸稀土沉淀—氧化物灼燒的生產(chǎn)工藝進(jìn)行稀土化合物的制備。該企業(yè)的工業(yè)廢水主要來自于萃取工序和沉淀工序，由于原來在稀土萃取和沉淀過程中分別采用液堿做皂化劑和碳酸氫銨做沉淀劑，所以在這兩個工序分別產(chǎn)生氯化鈉廢水和氯化銨廢水。對于氯化鈉廢水，該企業(yè)采用物理化學(xué)法處理后達(dá)標(biāo)排放，對于氯化銨廢水則全部回收處理。

隨著環(huán)保準(zhǔn)入門檻不斷提高，該企業(yè)面臨的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)也不斷加大，受環(huán)境倒逼機(jī)制的影響，該企業(yè)近年來致力于工業(yè)廢水零排放系統(tǒng)的改造，走一條生產(chǎn)廢水全部資源化回用之路。

1 工藝改進(jìn)概況

1.1 優(yōu)化稀土生產(chǎn)工藝，將廢水種類化繁為簡

如何將萃取工序產(chǎn)生的廢水全部回收是該企業(yè)面臨的首要問題。萃取工序原產(chǎn)廢水主要成分為NaCl，目前稀土企業(yè)普遍采用蒸發(fā)結(jié)晶的方式處理，但存在回收的NaCl難以資源化等問題[1]。鑒于此，該企業(yè)在萃取工序改用氨水作皂化劑，相應(yīng)產(chǎn)生氯化銨廢水。此舉可以簡化廢水種類，將萃取和沉淀工序所產(chǎn)廢水的特征污染物全部統(tǒng)一為氯化銨，便于集中處理。

改造后，萃取工序產(chǎn)生的廢水氯化銨濃度在12%左右，產(chǎn)生量約320 t/d；沉淀工序產(chǎn)生氯化銨濃度為9%的廢水510 t/d,濃度為0.1%～0.6%的氯化銨廢水205 t/d。廢水中含有少量的金屬離子（Ca2+,Fe3+等）和石油類，水質(zhì)比較干凈，較容易回收氯化銨[2]和水資源，具有較高回收價(jià)值。

1.2 原氯化銨廢水處理系統(tǒng)存在的問題

該企業(yè)原采用多效蒸發(fā)的方式將氯銨廢水制備成氯化銨晶體作農(nóng)肥，冷凝水回用，廢水處理流程如圖1所示。此種方式雖然可實(shí)現(xiàn)廢水的資源化，但也暴露出幾點(diǎn)問題：一是原處理方式是將沉淀工序所產(chǎn)的兩種高低濃度不同的氯化銨廢水混合后去三效蒸發(fā)系統(tǒng)處理，由于混合后的廢水氯化銨濃度較低（4%左右），且三效蒸發(fā)技術(shù)效率較低，致使消耗蒸汽量過大，蒸發(fā)1 t氯銨廢水需要半噸蒸汽，不符合節(jié)能理念；二是蒸發(fā)冷凝水水質(zhì)不穩(wěn)定，冷凝水氯離子濃度偏高導(dǎo)致在回用過程中對稀土產(chǎn)品造成不良影響；三是原蒸發(fā)系統(tǒng)已運(yùn)行多年，設(shè)備老化嚴(yán)重，自動化程度低，無法實(shí)現(xiàn)操作條件的精準(zhǔn)控制。

圖1 原氯化銨蒸發(fā)工藝流程圖

根據(jù)原氯化銨廢水治理系統(tǒng)存在的不足,該企業(yè)決定進(jìn)行工藝改進(jìn)，淘汰原工藝，新建氯化銨廢水回收系統(tǒng)，新工藝在設(shè)計(jì)時一是考慮不同濃度的廢水分類收集和處理，便于節(jié)能；二是要少加或不加藥劑，以免產(chǎn)生二次污染；三是處理工藝要成熟先進(jìn)，設(shè)備要節(jié)能，自動化程度要高。

2 改進(jìn)后的工藝及運(yùn)行效果

2.1 改進(jìn)后的工藝流程

該企業(yè)新的廢水處理流程如圖2所示。

圖2 改進(jìn)后氯化銨處理工藝流程圖

此次氯化銨廢水資源化利用項(xiàng)目分為低濃度氯化銨廢水濃縮系統(tǒng)和高濃度氯化銨廢水資源化系統(tǒng)兩部分。低濃度氯化銨廢水濃縮系統(tǒng)由膜集成工藝組成，低濃度的氯化銨廢水首先進(jìn)入超濾系統(tǒng)，去除廢水中的懸浮物、膠體等。超濾透過液進(jìn)入納濾系統(tǒng)，去除鈣鎂等金屬離子。納濾透過液采用“電滲析+反滲透+EDI處理”，所產(chǎn)的淡水回用于生產(chǎn)工藝，所產(chǎn)的濃水與高濃度氯化銨廢水合并處理。

高濃度氯化銨廢水資源化系統(tǒng)由汽提工藝、蒸發(fā)濃縮工藝、噴霧造粒工藝組成。高濃度氯化銨廢水采用石灰（石灰可就近取材，成本低）做輔料，將氯化銨廢水和石灰反應(yīng)生成氨水和氯化鈣，通過蒸餾濃縮塔一次性將氯化銨廢水中的氨蒸溜并濃縮到9 mol/L以上，再經(jīng)冷卻吸收后返回生產(chǎn)繼續(xù)使用。提取氨元素后的氯化鈣溶液經(jīng)過凈化，利用MVR[3]蒸發(fā)濃縮裝置和噴霧造粒工藝制成為無水氯化鈣和蒸餾水，蒸餾水返回生產(chǎn)工藝，氯化鈣作為產(chǎn)品銷售，達(dá)到全回收的目的。整個生產(chǎn)線實(shí)現(xiàn)密封，消除無組織排放，符合循環(huán)經(jīng)濟(jì)模式。

2.2 運(yùn)行效果

該項(xiàng)目2016年開始建設(shè)，建設(shè)期半年，現(xiàn)正在調(diào)試，調(diào)試期間運(yùn)行監(jiān)測結(jié)果如表1所示。

表1 改進(jìn)后的工藝運(yùn)行結(jié)果統(tǒng)計(jì)mg/L

從表1可以看出，膜組合工藝所產(chǎn)的濃水NH4+濃度已經(jīng)和高濃度氯化銨廢水的NH4+濃度相當(dāng)，具備進(jìn)入后續(xù)資源化系統(tǒng)的條件，所產(chǎn)的純水中NH4+，Ca2+，F(xiàn)e3+等濃度極低，完全可以回用于生產(chǎn)，說明氯化銨廢水濃縮系統(tǒng)的處理效果良好；高濃度氯化銨廢水資源化系統(tǒng)所產(chǎn)的冷凝水中NH4+和Cl-濃度均明顯低于原三效蒸發(fā)系統(tǒng)所產(chǎn)的冷凝水，這說明新工藝的蒸發(fā)系統(tǒng)效能要明顯優(yōu)于原蒸發(fā)系統(tǒng)。所產(chǎn)氨水濃度也達(dá)到了設(shè)計(jì)要求，完全可以回用于萃取工序。

3 效益分析

3.1 環(huán)境效益分析

此次環(huán)境效益[4]分析從能源消耗、污染排放、資源利用等3方面綜合考慮。

污染物減排是該企業(yè)此次改進(jìn)廢水回收工藝的目的。此次污染排放指標(biāo)主要考察廢水處理工藝優(yōu)化前后對外部環(huán)境作用而產(chǎn)生的效益。該企業(yè)通過優(yōu)化生產(chǎn)工藝，簡化廢水種類，對不同濃度的廢水分類收集，分質(zhì)處理，實(shí)現(xiàn)了工業(yè)廢水的全部回收。此次以單位稀土產(chǎn)品（以REO計(jì)）排放的污染物來計(jì)。

減少能源消耗、提高用能效率是企業(yè)發(fā)展需要解決的重點(diǎn)問題。此次氯化銨廢水全回收項(xiàng)目通過合理選擇廠址、合理布局以減少輸送、運(yùn)輸功率；在設(shè)備選型方面，無論是蒸發(fā)設(shè)施還是過濾設(shè)備[5]、變壓器等均采用新型節(jié)能產(chǎn)品，電機(jī)、風(fēng)機(jī)采用變頻調(diào)速控制。文中將處理單位廢水量的耗電量、蒸汽消耗量及天然氣用量折算為標(biāo)煤等效耗用量作為指標(biāo)表征氯銨廢水處理系統(tǒng)的能耗情況。

資源利用反映的是該企業(yè)工業(yè)廢水有效利用的情況及新水使用情況。將這三方面指標(biāo)的對比情況列出，如表2所示。

表2 廢水處理工藝改進(jìn)前后的環(huán)境效益統(tǒng)計(jì)

通過表2可以看出，改進(jìn)后的工藝與原工藝相比，能耗明顯下降，說明該企業(yè)采取的節(jié)能措施有效；污染物排放量指標(biāo)中，優(yōu)化后，水污染物排放量為0，減排效益比較明顯；資源利用率方面，萃取工序廢水的回收使該企業(yè)單位產(chǎn)品工業(yè)廢水循環(huán)利用率明顯上升，而新水使用量明顯降低。綜合這三方面來說，新的廢水工藝環(huán)境效益明顯。

3.2 經(jīng)濟(jì)效益

此次經(jīng)濟(jì)效益[6]分析從運(yùn)行成本、副產(chǎn)品回收效益、減排效益三方面考慮。項(xiàng)目達(dá)產(chǎn)后，年運(yùn)行成本（含原材料費(fèi)、工資及福利費(fèi)、折舊費(fèi)、修理費(fèi)等）3 920萬元，每年可產(chǎn)氨水5萬t、蒸餾水23.3 t、無水氯化鈣3.3 t，以目前市場價(jià)格和今后價(jià)格走勢綜合考慮，可實(shí)現(xiàn)銷售收入6 316萬元；由于此項(xiàng)目是減排項(xiàng)目，每年因減排可少交納排污費(fèi)2萬元。

3.3 社會效益

新工藝中，物料的轉(zhuǎn)接、工藝的操作、生產(chǎn)過程的監(jiān)控、產(chǎn)品的包裝等每一個環(huán)節(jié)都需要補(bǔ)充新的人員上崗，無疑增加了就業(yè)崗位。該項(xiàng)目的實(shí)施，實(shí)現(xiàn)了廢水的減量化、再利用和再循環(huán)，把工業(yè)廢水轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)中所需的原料和資源進(jìn)行循環(huán)使用，實(shí)現(xiàn)了“零排放”，氯化鈣產(chǎn)品用途廣泛，是企業(yè)新的經(jīng)濟(jì)增長點(diǎn)，也為企業(yè)發(fā)展帶來了新機(jī)。

4 結(jié)論

該企業(yè)通過改進(jìn)廢水回收工藝，不僅有效代謝了自身產(chǎn)生的污染物，而且使資源得到充分的利用，延伸了產(chǎn)業(yè)鏈，增加了就業(yè)崗位，實(shí)現(xiàn)企業(yè)環(huán)境效益、經(jīng)濟(jì)效益、社會效益的統(tǒng)一，起到良好的示范作用。

[1]陳濤，李寧，晏波等.稀土濕法冶煉廢水污染治理技術(shù)與對策[J].化工進(jìn)展，2014，33(5)：1 306-1 311.

[2]周新木，張麗，李青強(qiáng)，等.稀土分離高銨氮廢水綜合回收與利用研究[J].稀土，2014，33(5)：7-10.

[3]高麗麗，張琳，杜明照.MVR蒸發(fā)與多效蒸發(fā)技術(shù)的能效對比分析研究[J].現(xiàn)代化工，2012，32(10)：84-86.

[4]謝園園，傅澤強(qiáng).循環(huán)經(jīng)濟(jì)評價(jià)研究進(jìn)展述評[J].環(huán)境工程技術(shù)學(xué)報(bào)，2012，2(5)：422-257.

[5]馮汛，石健，汪興興.自動化技術(shù)在環(huán)保設(shè)備中的應(yīng)用與發(fā)展前景[J].工業(yè)安全與環(huán)保，2016，42(1)：100-102.

[6]常艷君.鋼鐵工業(yè)發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)的效益分析[J].環(huán)境保護(hù)與循環(huán)經(jīng)濟(jì)，2011，1(7)：40-41.

Analysis of circular economy mode of rare earth enterprises

LIU Mei,WANG Mengjun
（China Northern Rare Earth(Group)High-Tech Co.,Ltd.Inner Mongolia,Baotou 014030,China）

Taking a rare earth company in Baotou as an example,the paper introduced the background of developing circular economy and measures to improve the recovery of rare earth resources and reduction of the three wastes, which provided reference for the development of rare earth enterprises.

circular economy;reduce;resource utilization

X703

A

1674-0912（2016）12-0036-03

2016-11-21）

劉梅（1979-），女，山東德州人，碩士，工程師，專業(yè)方向：環(huán)境工程。