循環(huán)水脫鹽軟化技術在大冶有色冶煉廠的應用

李桂珍，曹龍文，李小偉，俞 陽,甄宗晴

(1.大冶有色金屬有限責任公司有色金屬冶金與循環(huán)利用湖北省重點實驗室，湖北黃石 435005;2.天津膜天膜科技股份有限公司，天津 300000)

循環(huán)水脫鹽軟化技術在大冶有色冶煉廠的應用

李桂珍1，曹龍文1，李小偉1，俞 陽1,甄宗晴2

(1.大冶有色金屬有限責任公司有色金屬冶金與循環(huán)利用湖北省重點實驗室，湖北黃石 435005;
2.天津膜天膜科技股份有限公司，天津 300000)

介紹了大冶有色冶煉廠硫酸循環(huán)水軟化項目的設計與運行情況。該廠采用超濾+反滲透(RO)雙膜法工藝處理循環(huán)水排污水，超濾系統(tǒng)產(chǎn)水濁度控制在0.03～0.05 NTU，電導率基本都小于10 μs/cm，脫鹽率均大于等于99%，對循環(huán)水系統(tǒng)起到較好的水質補充作用。該方法在銅冶煉行業(yè)是首次工業(yè)應用，為后序污水處理的“零”排放打下基礎。

硫酸生產(chǎn) 循環(huán)水 超濾 反滲透 軟化 減排

Abstract: Design and project operation of circulating water softening in Daye Nonferrous Smelter are described. The plant uses ultrafiltration and RO double membrane process to deal with circulating water discharge. Ultrafiltration system water turbidity was controlled between 0.03～0.05 NTU. Conductivity was less than 10 μs/cm, desalination rate was more than or equal to 99%, with playing better water supplement role in circulating system. The method was the first industrial application in the copper smelting industry, laying the foundation of "zero emissions" for later treatment of wastewater.

Keywords: sulphuric acid production; recycled water; ultrafiltration; reverse osmosis; soften; emission reduction

大冶有色金屬有限責任公司冶煉廠(以下簡稱大冶有色冶煉廠)現(xiàn)有硫酸三系統(tǒng)與硫酸四系統(tǒng)2套冶煉煙氣制酸系統(tǒng)。為了保證循環(huán)水水質，2套系統(tǒng)循環(huán)水會定期進行排污和補充。循環(huán)水池補充新水(生活水)5 200 m3/d，外排水排污量高達2 000 m3/d。2016年冶煉廠區(qū)水平衡治理方案中考慮到對硫酸循環(huán)水水質進一步優(yōu)化，降低總硬度及鹽分、優(yōu)化水質，處理后的產(chǎn)水回到循環(huán)水池中循環(huán)利用，實現(xiàn)節(jié)能減排。

1 工藝選擇

循環(huán)水處理技術有很多種，常見的有硫酸+有機磷、硫酸+復合阻垢緩蝕劑、石灰處理+復合阻垢劑、弱酸補充水軟化處理+阻垢劑、離子交換樹脂、膜法等技術。有的技術系統(tǒng)簡單，但易對設備產(chǎn)生腐蝕；有的技術系統(tǒng)復雜投資額度大，但可去除有機物；有的技術可靠性高，系統(tǒng)運行穩(wěn)定，但運行費用高。經(jīng)研究并結合廠區(qū)實際情況，硫酸循環(huán)水系統(tǒng)改造備選了2個方案：①對硫酸循環(huán)水補水(生活水)進行軟化，采用離子交換樹脂法降低循環(huán)水系統(tǒng)的Ca2+、Mg2+含量，提高濃縮倍率，減少外排水量；②對硫酸循環(huán)水直接脫鹽，大幅提高循環(huán)系統(tǒng)水質，從而減少外排水量。2個方案的優(yōu)缺點對比見表1。

通過2種方案的對比，綜合考慮，大冶有色冶煉廠選擇第二種方案即膜法脫鹽技術對循環(huán)水進行軟化。同時考慮到循環(huán)水排污水主要是硬度和鹽分高，須通過反滲透RO膜處理，且原水濁度并不高，僅通過超濾即能將濁度降至0.2 NTU以下，符合進入反滲透的條件，因此選擇超濾+反滲透雙膜法工藝處理循環(huán)水排污水[1]。

表1 選擇工藝對比

2 膜裝置介紹

2.1 工藝原理[2]

硫酸循環(huán)水軟化項目采用超濾+反滲透(RO)雙膜法工藝處理循環(huán)水排污水。

超濾是一種流體切向流動并以壓力驅動的膜過濾過程，按分子量大小來分離顆粒。超濾膜的孔徑大約在0.002～0.1 μm范圍內(nèi)。溶解物質和尺寸小于膜孔徑的物質將隨透過液透過膜濾，不能透過濾膜的物質被逐漸濃縮于排放液中。因此產(chǎn)水中含小分子的物質，而膠體物質、顆粒懸浮物(SS)將被膜去除。

當把相同體積的稀溶液和濃溶液分別置于滲透膜的兩側時，若在濃溶液一側施加一個大于滲透壓的壓力時，溶劑的流動方向將與原來的滲透方向相反，開始從濃溶液向稀溶液一側流動，這一過程稱為反滲透。反滲透是借助于半透膜的選擇截留作用將溶液中的溶質與溶劑分開的分離方法，以獲得高質量的純水。

2.2 工藝流程

原水(硫酸系統(tǒng)循環(huán)水排污水)先經(jīng)自清洗過濾器(精度為100 μm)，對原水進行過濾并自動對濾網(wǎng)進行清洗排污，然后分別進入兩套并聯(lián)的超濾裝置，去除濁度至0.2 NTU以下，且SDI≤3，產(chǎn)水再進入反滲透裝置進行脫鹽、軟化，最終極低電導率的淡水(<20 μS/cm)回到循環(huán)水池被重新利用。其中RO系統(tǒng)產(chǎn)出的淡水回到系統(tǒng)中循環(huán)利用，超濾系統(tǒng)產(chǎn)生的濃水/反洗排放水及RO濃鹽水送往渣緩冷系統(tǒng)作為緩冷渣包冷卻用水，整套系統(tǒng)基本無三廢產(chǎn)生。其工藝流程見圖1。

圖1 循環(huán)水軟化系統(tǒng)工藝流程

2.3 工藝設計參數(shù)

超濾與反滲透雙膜裝置設計參數(shù)見表2，主要技術指標見表3。

表2 設計參數(shù)

2.4 主要設備及配置

硫酸循環(huán)水軟化系統(tǒng)的主體設備是UF系列中空纖維膜組件及反滲透RO膜組件。前端設置了給水系統(tǒng)包括原水箱、輸送泵及管道，中間還有加藥系統(tǒng)包括藥劑罐及輸送管道，UF和RO均配套反洗和化學清洗系統(tǒng)，整套系統(tǒng)運行畫面可以在PLC控制柜上顯示與監(jiān)控，并可實現(xiàn)全自動運行。操作調(diào)節(jié)采用PLC自動化控制，將液位等指標與泵的運行進行聯(lián)鎖，確保故障及時反饋、受控。整套系統(tǒng)的設備清單見表4。

表3 主要技術指標

UF膜采用津膜科技外壓式UOF-4d超濾膜組件，膜組件總數(shù)量為28支，共分為2套裝置。每套裝置14支組件以進口聚偏氟乙烯(PVDF)為原料，具有超低運行壓力、更高的水通量、更寬的水質適用范圍，可以在較惡劣的水質條件下工作，且產(chǎn)水量穩(wěn)定、水質優(yōu)良。UF膜組件具體參數(shù)見表5。

反滲透RO膜采用海德能抗污染組件PROC10，膜組件總數(shù)量為48支，其作用是脫除水中的可溶性鹽份、膠體。該系統(tǒng)反滲透膜采用美國海德能公司PROC10產(chǎn)品新型大通量、抗污染、耐腐蝕的新型聚酰胺復合膜。產(chǎn)水量的增加是通過增加膜面積而增大產(chǎn)水量，而不是靠加大膜通量及給水壓力，故能保持低的污堵速率。進而長期維持高流速，延長膜壽命。該系統(tǒng)具有高低壓保護裝置、爆破膜裝置、慢起動裝置、穩(wěn)流裝置，運行壓力低，高壓部分采用不銹鋼，低壓采用UPVC，可增強系統(tǒng)的運行經(jīng)濟性。RO膜組件參數(shù)見表6。

表4 主要設備清單

表5 UF超濾膜參數(shù)

表6 PROC10膜組件參數(shù)

3 運行結果與討論

建成調(diào)試完成后，項目已經(jīng)連續(xù)運行3個月，膜系統(tǒng)運行穩(wěn)定，產(chǎn)水質量優(yōu)良。

3.1 運行壓力隨時間的變化關系

系統(tǒng)的運行壓力大小直接決定了系統(tǒng)運行的能耗和系統(tǒng)的運行穩(wěn)定性。超濾系統(tǒng)的運行壓力在0.065～0.070 MPa，超濾系統(tǒng)運行壓力較低，且運行較為穩(wěn)定；反滲透系統(tǒng)運行壓力在0.67～0.74 MPa，反滲透系統(tǒng)運行壓力較低，且運行較為穩(wěn)定。

3.2 超濾產(chǎn)水濁度隨時間的變化關系

超濾系統(tǒng)主要是去除原水中的懸浮物，超濾的產(chǎn)水情況直接影響反滲透系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性。超濾系統(tǒng)的進水濁度波動性較大，但超濾產(chǎn)水濁度非常穩(wěn)定，其在0.03～0.05 NTU波動。

3.3 反滲透產(chǎn)水電導率及脫鹽率隨時間變化關系

隨著時間的運行，進水電導率有了較大的改善，進水電導率維持在600～800 μs/cm。產(chǎn)水電導率基本都小于10 μs/cm。脫鹽率均大于等于99%，對循環(huán)水系統(tǒng)起到較好的水質補充作用。

4 經(jīng)濟效益

大冶有色冶煉廠硫酸循環(huán)水軟化項目投資約200萬元，其中設備費100萬元，材料費15萬，安裝費55萬元，土建費30萬元。日處理量1 150 t，反滲透產(chǎn)水量800 t，經(jīng)測算運行成本約為0.99元/t(低于新水的價格1.47元/t)，相比于改造前日減少排污量800 t。據(jù)此可以推算改造前后每年能節(jié)約運行成本20萬元，淡水產(chǎn)量260 kt，且產(chǎn)出的淡水可以更優(yōu)質等級實現(xiàn)回用。采用雙膜法工藝對循環(huán)水排污水進行軟化，產(chǎn)出的優(yōu)質淡水又回到系統(tǒng)中，優(yōu)化了循環(huán)水水質從而進一步減少了循環(huán)水外排污水量，從總體上來說節(jié)約了補充新水量，環(huán)保節(jié)能顯著。

5 結語

該項目自動化程度高，順利實現(xiàn)一次性開車，并穩(wěn)定運行。超濾+反滲透雙膜軟化工藝處理循環(huán)水排污水技術在該廠屬工業(yè)化應用，為水的減排打下了基礎，也為后續(xù)廢水“零”排放奠定了技術基礎。

[1] 梁建瑞.超濾-反滲透膜組合工藝處理電廠循環(huán)排污水[J].水處理技術，2006，32(6)：286-289.

[2] 趙洪貴，陳明偉，莊小波，等.有色冶煉污酸綜合處理廢水回用研究[J].硫酸工業(yè)，2017(7)：35-38.

ApplicationofcirculatingwaterdesalinationandsofteningtechnologyinDayesmelter

LIGuizhen，CAOLongwen,LIXiaowei,YUYang,ZHENZongqing

(1.Daye Nonferrous Metals Holding Group Co., Ltd. Non-ferrous Metallurgy & Recycle Hubei Province Key Laboratory, Huangshi，Hubei，435005, China; 2.Tianjin Motianmo Polytron Technologies Inc, Tianjin, 300000, China)

TQ111.16

B

1002-1507(2017)08-0038-04

2017-05-12。

李桂珍，女，大冶有色金屬有限公司冶煉廠化工工程師，主要從事冶煉煙氣制酸和廢水處理技術管理工作。電話：15826959259；E-mail: linser19870309@163.com。