某重金屬冶煉廠環(huán)境污染深度治理設(shè)計(jì)方案

彭時(shí)軍 李 秒

(1.五礦鈹業(yè)股份有限公司,湖南 衡陽 421513;2.中國恩菲工程技術(shù)有限公司,北京 100038)

0 前言

重金屬是對環(huán)境造成污染的主要污染源之一,目前,重金屬污染主要來源于采礦、選礦、冶煉及金屬加工制造等行業(yè)。這些行業(yè)由于原料的特殊性,在生產(chǎn)組織過程中會不同程度地排放大量重金屬污染物,尤其是重金屬冶煉過程會產(chǎn)生粉塵、二氧化硫、鉛、鎘、鉈等污染物質(zhì),它們不可避免地隨著煙氣、廢水的轉(zhuǎn)移而對生態(tài)環(huán)境造成污染,嚴(yán)重影響人們的生命健康。

隨著人們生活水平的提升和全民生態(tài)環(huán)境保護(hù)意識的加強(qiáng),生態(tài)環(huán)保的要求越來越嚴(yán)苛,國家環(huán)保部門也相繼頒布了各類法律法規(guī),加大了對各類重金屬冶煉企業(yè)的監(jiān)管和執(zhí)法。各重金屬冶煉企業(yè)為了實(shí)現(xiàn)企業(yè)的可持續(xù)健康發(fā)展,踐行“綠水青山就是金山銀山”的新發(fā)展理念,也陸續(xù)加大了對冶煉廠環(huán)保設(shè)施改造的力度。

某鉛冶煉廠采用“底吹氧化熔煉+側(cè)吹還原熔煉+煙化綜合回收+電解精練+稀貴綜合回收”工藝進(jìn)行鉛及稀貴金屬的生產(chǎn)和深加工。該廠于2005 年開始建廠,由于當(dāng)初設(shè)計(jì)時(shí)環(huán)境保護(hù)措施未按現(xiàn)行環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì),致使環(huán)境集煙氣、工藝煙尾氣處理及廢水零排放等方面達(dá)不到現(xiàn)行排放標(biāo)準(zhǔn),因此有必要進(jìn)行相應(yīng)的改造,以滿足現(xiàn)行環(huán)保排放標(biāo)準(zhǔn)。

本文對該冶煉廠環(huán)保設(shè)施運(yùn)行現(xiàn)狀進(jìn)行了細(xì)致分析,提出了環(huán)境集煙尾氣、工藝煙尾氣、廢水處理工藝全面升級改造的新工藝和新思路,使大氣污染物排放實(shí)現(xiàn)了ρ(顆粒物) ＜10 mg/m3、ρ(SO2) ＜100 mg/m3的特別排放標(biāo)準(zhǔn)[1],廢水實(shí)現(xiàn)零排放,希望對重金屬冶煉廠的廢氣、廢水排放治理有所借鑒。

1 環(huán)境集煙氣特別排放改造設(shè)計(jì)

1.1 煙氣來源

煙氣來源包括:

1)在熔煉備料工序,按工藝控制要求開展的初級混堆配料過程中產(chǎn)生的大量逸散揚(yáng)塵;初級備料后的混合物料經(jīng)長距離皮帶運(yùn)輸后,進(jìn)入料倉過程中產(chǎn)生的落差揚(yáng)塵;各類混合物料及輔料在混料機(jī)混料過程中產(chǎn)生的飄散揚(yáng)塵。

2)在氧化爐和還原爐進(jìn)料口附近,由于冶金爐座采用連續(xù)進(jìn)料模式,進(jìn)料過程中隨著爐內(nèi)熱氣的擴(kuò)散,伴有不同程度的粉塵逸散。

3)還原爐排放粗煉金屬及渣料的過程中產(chǎn)生的大量含塵煙塵。

1.2 改造前環(huán)境集煙氣處理工藝

該冶煉廠的環(huán)境集煙氣處理采用傳統(tǒng)的脈沖布袋除塵器處理工藝,煙尾氣經(jīng)布袋過濾后通過30 m煙囪高空排放。該處理工藝存在顆粒物無法穩(wěn)定達(dá)到《鉛、鋅工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB 25466—2010)第2 號修改單(后文簡稱《標(biāo)準(zhǔn)》)的要求。處理工藝改造前的煙尾氣檢測數(shù)據(jù)見表1。

表1 處理工藝改造前環(huán)境集煙氣檢測數(shù)據(jù)

1.3 改造后環(huán)境集煙氣處理工藝

1.3.1 改造措施

針對上述問題,對環(huán)境集煙氣處理工藝主要進(jìn)行了以下4 方面的改造:

1)全面整改和完善所有揚(yáng)塵點(diǎn)的煙氣捕集罩,及煙氣捕集罩至收塵器端口的收塵管路,從源頭減少漏風(fēng)系數(shù),確保需要收集的煙塵能夠全部有效地收集,并通過管路輸送至收塵器的入口端。

2)在現(xiàn)有脈沖布袋除塵器末端再增加一級硫化預(yù)處理+塑燒板除塵設(shè)備[2],確保尾氣顆粒物的排放穩(wěn)定達(dá)標(biāo)。

3)在各收塵點(diǎn)位配備電動調(diào)節(jié)閥門,根據(jù)生產(chǎn)工藝需求適時(shí)合理調(diào)節(jié)生產(chǎn)過程中各收塵點(diǎn)位的風(fēng)量,確保整體收塵效果。依據(jù)現(xiàn)場的實(shí)際情況精確計(jì)算所需風(fēng)量、風(fēng)壓,并通過軟件模擬設(shè)定的風(fēng)量、風(fēng)壓是否滿足生產(chǎn)實(shí)際需要,綜合確定收塵風(fēng)機(jī)選型,確保其滿足布袋除塵器+塑燒板除塵器串聯(lián)后的壓力需求及風(fēng)量需求。

4)修繕布袋收塵器后端的粉塵檢測儀等設(shè)施,以便監(jiān)控布袋除塵器的工作狀態(tài)。在生產(chǎn)過程中,通過定性分析煙氣成分,選擇滿足塑燒板除塵器預(yù)處理系統(tǒng)的最佳硫化劑以及噴涂方式,避免形成氣溶膠型顆粒物,對塑燒板基體造成污堵。

優(yōu)化后的環(huán)境集煙氣處理工藝流程如圖1 所示。

圖1 改造后環(huán)境集煙氣處理工藝流程圖

1.3.2 改造后效果分析

環(huán)境集煙氣處理流程優(yōu)化后,環(huán)境集煙氣排放值見表2。由表2 可知,通過新增和完善煙氣捕集罩及合理調(diào)節(jié)各抽風(fēng)點(diǎn)位的風(fēng)量,不但減少了總抽風(fēng)量,而且使尾氣中的顆粒物含量穩(wěn)定在4 mg/m3以內(nèi),達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)要求。

表2 處理工藝改造后環(huán)境集煙氣排放值

2 工藝煙尾氣特別排放改造設(shè)計(jì)

2.1 煙氣來源

工藝煙尾氣來源包括:1)氧化爐在高溫熔煉過程中產(chǎn)生的大量煙塵及高濃度SO2煙氣;2)還原爐在高溫熔煉過程中產(chǎn)生的大量煙塵及高濃度SO2煙氣。

2.2 改造前工藝煙尾氣處理工藝

氧化爐排放的煙塵及高濃度SO2煙氣依次經(jīng)余熱鍋爐降溫、電收塵除塵后,進(jìn)入兩轉(zhuǎn)兩吸工藝系統(tǒng)制酸,制酸尾氣通過鈉堿法[3]吸收后達(dá)標(biāo)排放。

還原爐排放的煙塵及高濃度SO2煙氣依次經(jīng)余熱鍋爐及表面冷卻器降溫、脈沖布袋除塵器除塵后,進(jìn)入離子液脫硫系統(tǒng)[4]脫硫,脫硫尾氣再通過60 m煙囪高空排放。該離子液脫硫系統(tǒng)在建設(shè)初期并沒有考慮處理規(guī)模的富余量,同時(shí)由于后期生產(chǎn)規(guī)模的增加以及原料結(jié)構(gòu)的不穩(wěn)定性,該脫硫處理工藝存在SO2無法穩(wěn)定達(dá)到《標(biāo)準(zhǔn)》的要求。改造前工藝煙氣尾氣檢測數(shù)據(jù)見表3。

表3 處理工藝改造前工藝煙尾氣檢測數(shù)據(jù)

2.3 改造后工藝煙尾氣處理工藝

2.3.1 改造措施

為實(shí)現(xiàn)資源化利用,兼顧并匹配原有運(yùn)行系統(tǒng),主要進(jìn)行了三方面的改造:

1)在原有脫硫系統(tǒng)的前端增加一級動力波洗滌系統(tǒng),強(qiáng)化煙塵中顆粒物的去除效率,防止重金屬顆粒物進(jìn)入離子液吸收系統(tǒng),避免離子液的吸收效率降低。

2)在原有離子液吸收系統(tǒng)末端再增加一級離子液吸收系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)兩級串聯(lián)式離子液吸收系統(tǒng),增大整套系統(tǒng)的吸收能力。

3)新增配套液堿應(yīng)急脫硫塔處理系統(tǒng),使該系統(tǒng)在各種極端情況均能滿足環(huán)保排放要求。當(dāng)安裝在新建離子液系統(tǒng)中的SO2檢測儀檢測到尾氣SO2含量超標(biāo)時(shí),應(yīng)急配套的液堿吸收脫硫塔自動打開,以確保尾氣的連續(xù)穩(wěn)定達(dá)標(biāo)排放。

改造后的工藝煙尾氣處理流程如圖2 所示。

圖2 改造后工藝煙尾氣處理工藝流程

2.3.2 改造后效果分析

工藝煙尾氣處理工藝改造后,工藝煙氣尾氣排放值見表4。由表4 數(shù)據(jù)可知,改造后尾氣中排放的顆粒物含量由改造前的18～38 mg/m3降低至5 mg/m3以內(nèi),尾氣中SO2含量由改造前最高134 mg/m3降至穩(wěn)定在60 mg/m3以內(nèi),實(shí)現(xiàn)達(dá)標(biāo)排放。

表4 處理工藝改造后工藝煙尾氣排放值

3 廢水零排放處理系統(tǒng)改造設(shè)計(jì)

3.1 廢水來源

某重金屬冶煉廠的廢水來源包括:1)脫硫制酸工段產(chǎn)生的廢水;2)硫酸場地初期雨水;3)非硫酸場地初期雨水;4)循環(huán)水排污水、鍋爐排污水、車間沖洗地坪排水及其他生產(chǎn)排廢水。

3.2 廢水零排放處理工藝

廢水處理系統(tǒng)零排放處理系統(tǒng)改造設(shè)計(jì),實(shí)行從源頭進(jìn)行雨污分流、清污分流、污污分流的原則,采取分質(zhì)收集、分質(zhì)處理的方式,將全廠的廢水處理建立成一個(gè)有機(jī)的統(tǒng)一體,并將其中的有價(jià)金屬進(jìn)行有效回收,處理后的水回用于工藝系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)廢水零排放目標(biāo)[5]。廢水零排放工藝流程如圖3 所示。

圖3 廢水零排放工藝流程圖

初期雨水經(jīng)過“絮凝-沉淀-過濾”處理后,補(bǔ)至循環(huán)水站作為補(bǔ)水;酸性廢水經(jīng)“中和-沉淀-氧化-石灰鐵鹽-沉淀-硫化法-沉淀”預(yù)處理后,進(jìn)入高鹽廢水調(diào)節(jié)池;生產(chǎn)廢水經(jīng)“石灰鐵鹽-沉淀”預(yù)處理后,進(jìn)入高鹽廢水調(diào)節(jié)池;酸性廢水處理后液及生產(chǎn)廢水處理后液經(jīng)降硬度處理后,再依次經(jīng)過納濾膜、RO 膜處理等膜濃縮處理,部分濃鹽水直接返回熔煉冷卻熔渣作為補(bǔ)水,剩余部分濃鹽水進(jìn)入MVR蒸發(fā)系統(tǒng),淡水則直接補(bǔ)至循環(huán)水站。綜上,初期雨水、酸性廢水及生產(chǎn)廢水經(jīng)分質(zhì)收集、分質(zhì)處理后進(jìn)行了回收利用,實(shí)現(xiàn)了零排放,不僅改善了環(huán)境,也提高了經(jīng)濟(jì)效益。

4 結(jié)束語

該冶煉廠在原有環(huán)保設(shè)施的基礎(chǔ)上,改建并新增部分環(huán)保設(shè)施。經(jīng)過一年多的運(yùn)行,在多種生產(chǎn)工況下,污染物質(zhì)的排放均能滿足《標(biāo)準(zhǔn)》的排放要求,廢水實(shí)現(xiàn)零排放目標(biāo),為企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ),同時(shí)也為其他同行業(yè)企業(yè)在進(jìn)行環(huán)保深度治理改造設(shè)計(jì)提供借鑒。