廣西華錫集團股份有限公司長波選礦廠選礦廢水治理

工程名稱：廣西華錫集團股份長波選礦廠選礦廢水和生活污水的治理與回用工程單位：廣西華錫集團股份長波選礦廠申報單位： 江西理工大學技術依托單位： 江西理工大學華東理工大學二○一○年十二月1.1企業(yè)概況長波選礦廠位于廣西河池市南丹縣老大廠礦務局所在地，是自治區(qū)直屬大型國有企業(yè)柳州華錫集團下屬的一個主體生產(chǎn)單位。自建廠以來，堅持以科技創(chuàng)新為生產(chǎn)開展的原動力，大力開展科研攻關和技術改造。和車河選廠一起已獲得國家科技進步一、二等獎各一項，省部級科技進步獎10多項，有效促進了生產(chǎn)經(jīng)營的持續(xù)開展。長波選礦廠生產(chǎn)規(guī)模是僅次于車河選礦廠的錫多金屬選礦廠。近幾年來，長波選礦廠在開展生產(chǎn)的同時，投入了大量資金，進行環(huán)境綜合治理，大力開展企業(yè)文化建設，努力創(chuàng)立標準化工廠和文明單位。1.2企業(yè)生產(chǎn)工藝及污染物分析長波選礦廠的選礦工藝流程是重選-浮選-重選。選礦廠流程內(nèi)水循環(huán)率僅為29.11％，總循環(huán)利用率不到70％，外排廢水中所含金屬量高，對水體的污染程度大。2.1工程建設的重要性和必要性目前，我國有色選礦行業(yè)廢水回用率僅為76%，距離行業(yè)標準85%差距很大，主要是缺乏先進、經(jīng)濟實用的廢水處理回用技術和工程示范的帶動。如何合理地利用選廠廢水，是國內(nèi)礦山亟待解決的一個重要課題。本工程是在選礦行業(yè)水資源消耗過高和環(huán)境污染嚴重這一背景下提出的，長波選礦廠選礦廢水富含多種重金屬離子及選礦藥劑，單純混凝沉淀法處理，很難到達達標排放與回用標準，而且回用水會影響選礦指標，因此，開發(fā)研究一種能綜合利用含低濃度重金屬離子工業(yè)廢水(廢水回用及金屬回收)的方法具有很強的現(xiàn)實意義。最后，展示選礦廢水治理與資源化成套技術，總結經(jīng)驗，為實現(xiàn)行業(yè)節(jié)能減排目標提供技術支撐和科技引領作用。2.2主要建設內(nèi)容〔1〕采用清潔生產(chǎn)審核原理，結合鉛鋅硫化礦選礦過程中水的分布和走向，制定長波選廠優(yōu)化節(jié)水方案；〔2〕對長波選礦廢水進行分質(zhì)處理回用，實現(xiàn)選礦廢水回用目標；〔3〕對長波選礦廠選礦排放廢水進行末端處理，確保廢水回用或達標排放；同時，回收重金屬離子。通過上述綜合治理工程，實現(xiàn)選礦廢水綜合處理回用，為行業(yè)節(jié)水減排提供示范。2.3工程經(jīng)費本工程分兩步實施：①工程研發(fā)經(jīng)費為60萬元，包括實驗室研究及半工業(yè)實驗研究；②在前期研發(fā)的根底上，進一步實施于工業(yè)實踐，工程工程費用為1200萬元。工程總經(jīng)費：1260萬元。2.4工程前期工作情況葉雪均教授及其課題組重要成員鐘常明博士均在水處理及其防治方面有豐富的經(jīng)驗，尤其是礦山廢水治理方面做了許多成功的工程，具體如下：⑴廣東省大寶山礦業(yè)鐵泥攔泥壩廢水綜合治理工程；⑵江西金源礦業(yè)白鎢選礦廢水治理工程；⑶江西全南螢石礦選礦廢水治理工程；⑷江西章源鎢業(yè)選礦廢水治理工程；⑸福建行洛坑鎢業(yè)選礦廢水治理工程；⑹納濾膜法脫除浙江寧波腈綸紡絲洗滌廢水中非揮發(fā)組分的治理工程；⑺超濾膜法脫除江蘇省江陰市九天特鋼電鍍液中固體懸浮物的治理工程；⑻超低壓反滲透膜與離子交換組合工藝脫除江蘇省江陰市信佳化學品阻燃劑HBCD廢水中溴離子的治理工程；⑼納濾膜濃縮回收處理江蘇省江陰市九天特鋼電鍍廢水的治理工程；⑽納濾膜法處理上海市吳經(jīng)化工硫酸氨廢水的治理工程；⑾納濾膜法處理上海市化肥廠尿素廢水的治理工程；⑿福建鐃山紙業(yè)網(wǎng)下白水治理工程；⒀福建鐃山紙業(yè)染料廢水治理工程。2.5工藝技術方案技術路線工程及研發(fā)建設內(nèi)容技術路線見圖1。主要包括四個局部，這四個局部各自獨立，又互相聯(lián)系，由上至下相成了一個完整的礦山廢水管理調(diào)控技術網(wǎng)絡體系。①選礦企業(yè)主要污染狀況的調(diào)查與分析。對企業(yè)的主要生產(chǎn)工藝、產(chǎn)污排污環(huán)節(jié)、“用水-排水-回水〞情況進行詳細的調(diào)查，重點部位進行實測，收集得到第一手資料；②采用系統(tǒng)工程思想和清潔生產(chǎn)原理對選礦企業(yè)污染環(huán)節(jié)進行分析，篩選出廢水的主要污染物和污染源，制定清潔生產(chǎn)節(jié)水途徑的整體研究框架；③進行選礦廢水綜合治理的“優(yōu)化-處理-回用〞的綜合研究。研究的技術路線是：a采用清潔生產(chǎn)審核原理的技術路線，即調(diào)查建檔、比擬剖析、分析篩選，系統(tǒng)控制的方法，研究一水多用，梯級利用的方式優(yōu)化用水；b廢水處理和回用技術的研究方法是以前期已取得研究成果和研究經(jīng)驗為根底，按照工程技術研究的一般程序“系統(tǒng)調(diào)研—實驗室實驗—半工業(yè)實驗—工業(yè)驗證—工程設計—工程實施—效果評估〞等步驟進行。技術研究可采用自主研發(fā)或與國內(nèi)外合作等方式。④最終確定工程措施和方案，進行工程實施，并對工程實施后的集成效益〔包括技術、經(jīng)濟和工程質(zhì)量等〕進行分析綜合評價，對評價結果進行分析并反響指導、完善清潔生產(chǎn)節(jié)水途徑研究。效果后評價集成效益效果后評價集成效益工程目標優(yōu)化用水方法廢水處理技術廢水回用技術系統(tǒng)工程思想和清潔生產(chǎn)理論和凊潔生產(chǎn)理論凊潔生產(chǎn)理論凊潔生產(chǎn)理論選礦企業(yè)主要污染狀況分析和凊潔生產(chǎn)理論凊潔生產(chǎn)理論凊潔生產(chǎn)理論信息反響并完善研究圖1工程研發(fā)建設內(nèi)容技術路線工程應用〔一水多用工程;廢水處理工程;回用工程等〕清潔生產(chǎn)節(jié)水途徑研究凊潔生產(chǎn)理論凊潔生產(chǎn)理論凊潔生產(chǎn)理論2.5.2工藝技術2.5.2.1采用清潔生產(chǎn)審核原理，結合通過采用現(xiàn)場調(diào)查、收集資料和實地監(jiān)測等手段，借鑒清潔生產(chǎn)審核方法，對主要污染源和控制設施進行調(diào)查，弄清各股選礦廢水水質(zhì)水量和產(chǎn)生、利用和排放的分布及走向，建立水平衡，找出影響選礦廢水回用率的主要因素，并結合車河選礦廠選礦工藝及回用指標，制定節(jié)水備選方案，通過技術經(jīng)濟論證確定選礦廢水優(yōu)化節(jié)水技術方案。以源頭控制、分質(zhì)處理、梯級利用為原那么提出科學系統(tǒng)的選礦廢水綜合利用的優(yōu)化方案。2.5.2.采用節(jié)水優(yōu)化方案和優(yōu)化的選礦工藝實現(xiàn)選礦廠選礦廢水分質(zhì)處理、梯級利用，大幅度提高水循環(huán)利用率。通過選礦流程的優(yōu)化，實現(xiàn)串級用水；根據(jù)具體選礦工藝的用水指標，選用機械沉淀、物化法、氣浮法、吸附法等單元處理工藝并進行合理集成，滿足選礦工藝梯級用水指標要求。采用重金屬廢水處理先進的膜別離技術工藝和混凝沉淀聯(lián)合工藝有效回收選礦廢水中的重金屬〔Pb、As、Zn等〕，膜別離滲透水與生活污水一起進入兼性氧化塘，氧化塘出水回用，典型工藝見圖2。圖2選礦廢水回用處理工藝流程圖該工藝流程包括二步處理，第一步采用預處理系統(tǒng)，包括混凝反響系統(tǒng)、沉淀池、加藥〔電石渣、PAM〕系統(tǒng)、污泥收集脫水系統(tǒng)、動力系統(tǒng)、控制系統(tǒng)等；第二步采用膜別離技術除砷除重金屬，濃縮后的金屬離子進一步回收利用?！?〕預處理系統(tǒng)改造對長波選廠現(xiàn)有的混凝處理系統(tǒng)進行改造，使其出水SDI值小于1，滿足進膜水質(zhì)?！?〕膜別離系統(tǒng)該方法采用反滲透和納濾膜典型組合工藝處理預處理后的重金屬廢水，到達重金屬離子高倍濃縮，產(chǎn)水量超過90%，既使重金屬離子高倍濃縮，產(chǎn)水到達回用或排放標準。本方案能使95%以上的重金屬離子回收利用，90%以上的水到達回用或排放標準。〔3〕兼行氧化塘處理系統(tǒng)利用長波現(xiàn)有氧化塘的根底上，進一步改造利用，改造成滿足處理生活污水和膜別離滲透水混合水的系統(tǒng)，確保廢水回用或達標排放；提高水資源利用率。3技術來源及效果分析3.1技術來源傳統(tǒng)上處理含重金屬離子礦山廢水的方法主要有以下幾種：化學沉淀法、離子交換法和物理吸附法等，這些處理方法都是一種污染轉(zhuǎn)移，將廢水中溶解的重金屬轉(zhuǎn)化成沉淀或是更加易于處理的形式，對這些物質(zhì)最終的處置，通常是進行填埋。然而，重金屬對環(huán)境的危害依然長期存在，常常造成對地下水和地表水的污染，對這種污染的治理常常需要付出更加昂貴的代價。另外，這些處理方法在實際操作中都存在一定的局限性，如對于具有大量絡合劑的重金屬廢水，用化學沉淀法是無法處理的；對于濃度較低的重金屬廢水這些方法也是行不通的或者需要高額的處理費用?，F(xiàn)在要求在處理廢水的同時不但不產(chǎn)生污染而且還能回收物質(zhì)、回用廢水?，F(xiàn)在也有許多有效的方法，如電解、萃取電積法和水泥固化等，在不產(chǎn)生金屬氫氧化物沉淀的條件下處理含重金屬離子工業(yè)廢水，但這些過程對于大量含低濃度重金屬離子工業(yè)廢水就無能為力了或本錢太高。迄今為止，無論是國內(nèi)和國外，對重金屬廢水的治理仍然不夠完善和徹底，未能杜絕重金屬廢水對環(huán)境的污染。因此，研究一種能綜合利用含低濃度重金屬離子工業(yè)廢水(廢水回用及金屬回收)的方法具有很強的現(xiàn)實意義。膜別離技術是當代新型高效別離技術，是多學科交叉的產(chǎn)物，與傳統(tǒng)的別離技術比擬，它具有高效、節(jié)能、無相變、過程易控制、操作方便、環(huán)境友好、便于放大、易與其它技術集成等優(yōu)點。膜技術已廣泛而有效地應用于能源、電子、石油化工、醫(yī)藥衛(wèi)生、生化、環(huán)境、冶金、輕工、食品、重工和人民生活等領域，形成了新興的高技術產(chǎn)業(yè)。在當今世界上能源短缺、水資源匱乏和環(huán)境污染日益嚴重的情況下，膜技術是緩解資源短缺、能源危機和治理環(huán)境污染的重要措施，因而得到了世界各國的高度重視，已成為推動國家支柱產(chǎn)業(yè)開展、改善人類生存環(huán)境、提高人們生活質(zhì)量的共性技術。另外，各國政府和公眾對環(huán)境的不斷重視迫使工業(yè)界不得不尋求更加嚴格和平安的處理方法。由于能源和水資源的短缺，世界各國對資源的綜合利用都比擬重視。采用膜別離法進行工業(yè)廢水處理與傳統(tǒng)的化學方法相比不僅降低本錢，還防止了二次污染，同時還可回收有用物質(zhì)，具有一定的經(jīng)濟效益，應用前景廣闊。反滲透〔RO〕和納濾〔NF〕等膜技術是以壓力差作為推動力的膜別離過程。反滲透(RO)除在苦咸水、海水淡化中使用外，還廣泛用于純水的制備、廢水處理及飲水、飲料和化工產(chǎn)品的濃縮、回收工藝等多種領域。最新研究說明，通過反滲透〔RO〕膜別離技術回收處理廢水，不但污染物的消除率有顯著的提高，而且降低了處理本錢，并且回收了自然資源。在EDTA作為螯合劑的條件下，Ujang和Anderson論證了使用低壓反滲透〔RO〕膜從廢水中脫除Cu2+和Zn2+的可行性；Steenkampetal.使用自制管狀alumina/chitosan復合反滲透〔RO〕膜消除Cu2+離子，滲透液中的Cu2+離子濃度低于1mg/l；Padilla和Tavani使用反滲透〔RO〕膜研究了從罐頭廢水中去除Cr3+離子，研究證明了反滲透〔RO〕膜從廢水中消除Cr3+離子是行之有效的。使用納濾〔NF〕膜技術處理重金屬廢水，不僅可以回收90%以上的廢水，使之純化，而且同時使重金屬離子的含量濃縮10倍，濃縮后的重金屬具有回收的價值；在制革過程中，多用硫酸鉻進行鞣制，但僅70%左右被利用，故廢水中大量鉻鹽引起嚴重的排放問題，因此使用納濾〔NF〕使鉻鹽回用，不僅經(jīng)濟效益好，且保護了環(huán)境免受其害；據(jù)報道美國一廢水處理公司用納濾〔NF〕膜成功解決了核廢水排放問題；Katselnik等將納濾〔NF〕膜用于渡鎳漂洗水再循環(huán)及鎳的回收，設備操作及維修簡單，運轉(zhuǎn)費用底；Raff等采用Desal和NF系列納濾〔NF〕膜對含鈾飲用水進行了處理，發(fā)現(xiàn)納濾〔NF〕膜對于飲用水中的UO2(CO3)22-和UO2(CO3)34-具有很高的截留率，分別到達95%和98%，因此用納濾(NF)膜脫除重金屬離子將是一種行之有效的方法；Mohamma等人使用納濾處理含鎳電鍍廢水，實驗結果證明也是很成功的。超低壓反滲透〔ULPRO，Ultro-Low-PressureReverseOsmosis〕是近幾年迅速開展起來的一項膜技術，是在納濾的根底上開展起來的。眾所周知，反滲透膜需要很高的運行壓力，運行費用較高，限制了反滲透技術的應用。納濾膜克服了反滲透膜運行壓力高的缺點，但脫鹽率較低，所以不能用于除鹽。超低壓反滲透改良了納濾膜的外表材質(zhì)和組成結構，提高了膜的性能，克服了反滲透和納濾的缺點，不僅可以在較低的壓力下實現(xiàn)對苦咸水的脫鹽，還可用于地表水和一些特殊廢水的處理，而且產(chǎn)水量大、抗污染能力和抗微生物沖擊的能力強、機械強度好、耐溫、性能穩(wěn)定。目前，國外在超低壓反滲透膜的性質(zhì)和特征、去除污染物的機理研究和應用方面進展很快，已經(jīng)有一系列的超低壓反滲透膜應用于水污染治理的各個領域。Ozaki等和Ujang等均用超低壓反滲透膜處理含重金屬離子廢水，實驗結果證明，超低壓反滲透膜處理含重金屬離子廢水是行之有效的。含重金屬離子工業(yè)廢水無論采用那種處理方法都只能改變其形態(tài)，而不能將其破壞或降解，排放到環(huán)境中盡管發(fā)生一定的遷移轉(zhuǎn)化，仍會在生物體內(nèi)或環(huán)境中積累。所以，要想徹底解決重金屬廢水的污染，必須將重金屬加以回收利用。同時，許多重金屬價格較貴，進行回收會取得一定的經(jīng)濟效益，以彌補重金屬廢水處理的費用。在水資源日益匱乏的今天，工業(yè)廢水的回用已成為解決水資源短缺的主要途徑之一。膜別離技術在環(huán)保領域的研究和應用剛剛起步，但已有良好的開端，包括廢水治理及實現(xiàn)清潔化生產(chǎn)、城市廢水的治理和回用、工業(yè)用水中物質(zhì)的回收與水再利用、工業(yè)廢水的治理等將成為新的增長點。與傳統(tǒng)廢水處理技術相比，膜過程中大多無相變化，可以在常溫下操作，具有能耗低、效率高、工藝簡單、投資小和污染輕等優(yōu)點，能滿足日益嚴格的環(huán)保要求，并可實現(xiàn)廢水回用。目前反滲透技術已在海水淡化、純水制備、工業(yè)用水處理、廢水處理回收和化工別離濃縮等方面得到廣泛的應用，取得了顯著的經(jīng)濟和社會效益。納濾〔Nanofiltration，NF〕膜是20世紀80年代末期問世的新型別離膜。它具有兩個顯著特征：一個是其截留的物質(zhì)的相對分子量介于反滲透膜和超濾膜之間，約為200～2000；另一個是因為納濾膜外表別離層由聚電解質(zhì)所構成，對不同價態(tài)的離子存在Donnan效應，而使得它對無機電解質(zhì)具有一定的截留率。據(jù)有關文獻，反滲透膜和納濾膜對重金屬離子均有很高的截留率。同時單一膜法別離脫鹽受各種因素的影響，應用領域受到很大的限制，尤其在化工、冶金和環(huán)保等領域。以反滲透為例，反滲透幾乎截留所有無機物質(zhì)，最適宜稀溶液的濃縮，但對濃度較高的溶液的處理將受到滲透壓和膜本身耐壓的限制，水回收率很低。納濾膜對離子的截留具有選擇性(半脫鹽性能)，可以讓局部單價離子通過而截留二價以上的離子。如果把反滲透脫水和納濾的半脫鹽性能結合起來組成新的工藝流程，強強聯(lián)合就能充分發(fā)揮兩者的優(yōu)勢，擴大膜別離技術的應用領域。反滲透和納濾集成的結果可能有幾十種甚至上百種，本工程根據(jù)長波選廠廢水的性質(zhì)以及綜合回收利用資源的目的，提出反滲透—納濾濃水分級納濾產(chǎn)水回流技術。因此，本工程提出反滲透和納濾組合技術處理礦山廢水的綜合利用，同時實現(xiàn)廢水回用和濃縮液高倍濃縮并到達回收利用，最終解決礦山含重金屬廢水的處理問題，并為其它重金屬工業(yè)廢水的治理提供借鑒作用。該工程的成功應用必將給企業(yè)帶來重大的環(huán)境效益和經(jīng)濟效益。3.4示范效果評價及推廣應用前景本工程是針對重金屬選礦行業(yè)實施工業(yè)廢水減排和污染控制的綜合性科研研究，研究成果實踐證明技術可行，效果良好，可在含重金屬離子廢水治理中進行推廣。重金屬選礦廢水污染控制技術研究與應用工程符合國務院公布的《國家中長期科學和技術開展規(guī)劃綱要〔2006━2023年〕》開展目標要求,具體條款為第〔6〕條“水資源優(yōu)化配置與綜合開發(fā)利用〞章節(jié)關于重點研究開發(fā)污水、雨洪資源化利用技術，第〔7〕條“綜合節(jié)水〞章節(jié)關于重點研究開發(fā)工業(yè)用水循環(huán)利用技術和節(jié)水型生產(chǎn)工藝，及第〔13〕條“綜合治污與廢棄物循環(huán)利用〞章節(jié)關于重點開發(fā)重污染行業(yè)清潔生產(chǎn)集成技術，建立開展循環(huán)經(jīng)濟的技術示范模式。隨著國家節(jié)能減排工作的深入進行，迫于環(huán)境保護壓力，有色金屬行業(yè)越來越多的企業(yè)將開展工業(yè)廢水的治理改造，這將給重金屬選礦廢水污染控制技術研究成果的全面推廣創(chuàng)造難得的機遇，工程研發(fā)的各項成果已經(jīng)在多個重金屬企業(yè)推廣應用，并取得了極好的效果，研究成果市場推廣應用前景十分廣闊。4工程實施條件及建設周期4.1配套條件4.1.1資金來源〔1〕工程實施所需資金來源：本工程投資1260萬元，所需的資金主要來自企業(yè)自有資金。土地本工程是在原有生產(chǎn)線上進行技術改造，所以技術占地面積較少，原有的廠房面積可以滿足新生產(chǎn)工藝的要求，不需新增土地。4.1.3環(huán)境影響評價本工程嚴格執(zhí)行環(huán)評和“三同時〞制度，符合國家和地方那個規(guī)定的環(huán)