某礦業(yè)集團下屬的陰極銅煉制公司地處西部某工業(yè)開發(fā)區(qū)內(nèi)，陰極銅產(chǎn)量為10×104t/a，所在地年平均氣溫為3.1℃，極端最高氣溫為32.4℃，極端最低溫度為－33.1℃，最大凍土深度為150cm。
為了進一步降低該公司比產(chǎn)品廢水產(chǎn)率和單位產(chǎn)品耗水量，對處理后生產(chǎn)廢水進行深度處理，從而達到減量化和資源化的目的。
1、廢水來源
該銅業(yè)公司生產(chǎn)廢水主要包括酸性廢水、化學濃水和普通生產(chǎn)廢水。處理后的酸性廢水(539m3/d)、化學濃水(300m3/d)和普通生產(chǎn)廢水(2026m3/d)排入深度處理系統(tǒng)收集池，深度處理來水為單股或多股廢水混合后最差水質(zhì)。
酸性廢水采用石灰－鐵鹽兩段法處理，每段用石灰乳中和，并投加鐵鹽和PAM去除鈣、鎂，處理后的酸性廢水水質(zhì)達到《銅、鎳、鈷工業(yè)污染物排放標準》(GB25467—2010)，一部分回用于酸性廢水處理的石灰石漿化和石灰乳制備，另一部分進行深度處理后回用。
2、設(shè)計進、出水水質(zhì)
深度處理系統(tǒng)設(shè)計規(guī)模取3000m3/d。各類廢水水質(zhì)只能根據(jù)礦石組成和同類型廢水水質(zhì)進行估算(見表1～3)。深度處理系統(tǒng)設(shè)計進、出水標準分別如表4、5所示。
銅業(yè)公司參考《城鎮(zhèn)污水再生利用工程設(shè)計規(guī)范》(GB/T50335—2016)中的循環(huán)冷卻系統(tǒng)補充水水質(zhì)標準和《工業(yè)鍋爐水質(zhì)》(GB/T1576—2008)的采用鍋外水處理的自然循環(huán)蒸汽鍋爐和汽水兩用蒸汽鍋爐的軟化水水質(zhì)，確定深度水處理系統(tǒng)設(shè)計出水標準。
3、工藝流程及主要構(gòu)筑物
酸性廢水中和處理后出水、化學水處理站濃水進入濁水收集池，普通生產(chǎn)廢水進入普通收集池，根據(jù)生產(chǎn)需要，普通生產(chǎn)廢水收集池出口管設(shè)置輸送至濁水收集池的管道。濁水收集池與普通收集池分別進入兩套深度處理系統(tǒng)。
來自收集池的廢水經(jīng)多階絮凝沉淀、砂濾、活性炭過濾后進入軟化處理器進行軟化(若水質(zhì)較好則直接超越)，隨后通過超濾系統(tǒng)，由高壓泵加壓送入一級、二級反滲透進行脫鹽處理。經(jīng)過反滲透處理后的脫鹽水進入清水池，由變頻泵送至廠區(qū)回用水管道。反滲透產(chǎn)生的濃鹽水自流進入濃水池，變頻泵送至渣緩冷循環(huán)水管道。
產(chǎn)生的污泥進入污泥濃密機進行沉降，上清液泵送至濁水收集池，底泥由泵送至污泥儲泥池，壓濾機壓濾后干渣外運，濾液則進入濁水收集池內(nèi)。
廢水處理工藝流程如圖1所示。主要構(gòu)(建)筑物和工藝設(shè)備見表6。
4、工藝設(shè)計特點
①混凝沉淀段
由于該項目來水為兩股或三股廢水混合后水質(zhì)，在設(shè)計過程中需要考慮各種水質(zhì)的配伍性，有可能混合恰好能形成沉淀，則混合后陰陽離子和理論計算平均值有一定誤差。考慮到深度處理系統(tǒng)可能面對的最不利情況，設(shè)計進水按理論計算值考慮(即無沉淀，此時陰陽離子濃度最高)。
當投加500mg/L碳酸鈉時，Ca2+濃度為244.5mg/L;投加1000mg/L碳酸鈉時，Ca2+濃度為56.34mg/L;投加1500mg/L碳酸鈉時，Ca2+濃度降至10mg/L以下。當碳酸鈉投加量為1500mg/L，來水pH值將增至11.6左右，在砂濾后進行pH值調(diào)節(jié)酸化，最大HCl耗量在9.66mmol/L左右。
最終確定在批次絮凝沉淀所投加藥劑中，氯化鐵為10%溶液，90mg/L;氫氧化鈣為30%溶液，400mg/L;碳酸鈉為5%溶液，1500mg/L;PAM為0.1%溶液，5mg/L。
②過濾段
過濾系統(tǒng)的進、出水水質(zhì)受來水水質(zhì)波動影響，有很大變化。由于酸性廢水處理出水和化學水處理站排出濃水混合液較普通生產(chǎn)廢水有很大變化，所以來水的變化必然會對過濾系統(tǒng)整體穩(wěn)定性造成極為不利的影響。因此，設(shè)計決定選用V型濾池。采用石英砂單層濾料，有效粒徑為1.2～2.4mm，層厚為1.0m，不均勻系數(shù)為1.2～1.8。為減少巡檢周期和運行維護難度，設(shè)計過濾流速降至4m/h。反沖橫掃強度為1.8L/(s•m2)。
③膜系統(tǒng)
考慮到炭濾、軟化系統(tǒng)出水有一定壓力，為了降低系統(tǒng)能耗損失，取消炭濾、軟化和超濾系統(tǒng)前端的中間水池，直接進入超濾膜系統(tǒng)。設(shè)計炭濾進水泵Q=93m3/h，H=440kPa，最大揚程＞500kPa。設(shè)計炭濾、軟化壓力損失≤0.1MPa，設(shè)計超濾進水壓力≥0.3MPa。
考慮到膜使用效率和能耗，超濾膜采用一級直流式設(shè)計，RO膜采用一級三段直流式設(shè)計。其中單條生產(chǎn)線一段RO回收率為65%～70%，二段RO回收率≥50%，三段RO回收率≥50%，RO系統(tǒng)整體回收率≥85%(以RO系統(tǒng)產(chǎn)出水與污水、補充水之和計算)。
5、總投資及運行效果
該污水處理站已于2017年8月建成，定員每班6人，總投資為1397.5萬元，設(shè)備費為462.1萬元，土建及安裝費為870.2萬元，其他費為65.2萬元。運行成本為5.7元/m3，其中人工費為0.05元/m3，電耗為3.7kW•h/m3，藥劑費為1.7元/m3(含污泥脫水)。深度處理系統(tǒng)現(xiàn)階段正在進行運行調(diào)試，近期運行良好，出水水質(zhì)均能達到設(shè)計要求，近期平均數(shù)據(jù)見表7。
6、結(jié)論
①對銅業(yè)生產(chǎn)廢水采用多階混凝沉淀+多介質(zhì)過濾+離子交換+膜系統(tǒng)工藝進行深度處理，可以滿足回用要求。
②取消活性炭過濾器、軟化樹脂和超濾系統(tǒng)之間的中間水池對整個系統(tǒng)正常運行沒有不良影響，能適當降低系統(tǒng)運行能耗。
③增加V型濾池過濾面積，降低過濾流速，能有效避免砂濾污堵情況。
④去掉一段RO和二段、三段RO之間的中間水箱，通過信號反饋調(diào)節(jié)二段、三段RO增壓泵的頻率，可以保持RO系統(tǒng)恒定回收率和產(chǎn)水流量。（來源：四川恒泰環(huán)境技術(shù)有限公司，西南科技大學環(huán)境與資源學院）
