铅锌冶炼废水处理技术研究 74页

'分类号Ｘ７５８学号１３０３３３００６２西《連疑种接乂＃Ｉ学位论文铅辞冶炼废水处理技术研究作者泉洋指导教师姓名高湘副教授张督高级工程师‘、Ｉ，’串请学位级别硕壬专业名麻建筑与呈２０１５１１２０１５１２论文提交日ｍ．论义答辩日ｍ．学位授予单位曲《連疑科接乂緣答辩委员会主庶黄宇广评阅人黄宇广高羽飞 声ｉ明本人郑重声明我所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知已经标明引用的内容外，除了文中，本论文不包含其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果，也不包含本人或其他人在其它单位已申请学位或为其它用途使！用过的成果一。与我同工作的同志对本研究所做的所有贡献均已在论文中作了明确的说明！并表示了致谢。申请学位论文与资料若有不实之处一，本人承担切相关责任。女论文作者签名：日期；，２２，关于学位论文使用授权的说明本人完全了解西安建筑科技大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留并向国家有关部ｎ或机构送交学位论文的复印件和电子版，允许论文被查锅和借阅；学校可臥公布学位论文的全部或部分内容，可采用影印、缩印或者其它复制手段保存学位论文。（保密的论文在论文解密后应遵守此规定）５２义２，＾论文作者签名指导教师签名叫：日期：国学术（盘版、本人授权中期刊）杂志国科学技术信息研等学论光社中究所单位将本位＂＂文录到有关学论，阿收位文之并通过络向社会公提息。数据库中众供信服务□一因需要延迟发／□两／ＰＨ切后，某种特殊原因论文电子，同意在年年年布学位版在络上全义发。，网（此明处不勾选的默为时公）布声认即开论文作者签名：指导教师签名：曰期：必吟Ｐ．ａｚ智索斗注：请将此页附在论文首页。 西安建筑科技大学硕士学位论文铅锌冶炼废水处理技术研究专业：建筑与土木工程硕士生：宋洋指导教师：高湘副教授张皙高级工程师摘要2007年,甘肃省成州锌业有限责任公司（以下简称：成州锌业）在每年原有5万t生产规模的基础上，投资4.4亿资金再每年新增5万t电锌生产能力，技改扩建后，锌冶炼厂每年生产能力总规模达到10万t锌锭、硫酸18万t。由于项目建设所在地水源不丰富，成州锌业是用水大户，必须节约用水，生产废水实现“零”排放。铅锌废水通过深度处理回用后，可节约大量宝贵的地下水资源，减少对成县南河水体的污染，可以实现锌冶炼废水的再生利用。分三段工艺处理铅锌废水：一段石灰石中和处理污酸。二段硫化处理；主要去除一段pH值2～3的污酸废水中的砷、汞重金属。三段石灰-铁盐法-微滤-钠滤-工业反渗透处理污水。一段处理来自硫酸净化工艺，通过石灰石中和，出水pH值控制在2～3。二段处理接自污酸处理工序，二段一级反应pH值不大于5，去除重金属砷，二段二级反应pH值不大于9，去除重金属汞，pH值在二段三级反应过程中不大于12，沉淀。三段处理把污酸处理后液、冶炼洗涤废水、初期雨水及冲洗地坪等产生的污水进行处理，通过中和-氧化-微滤-纳滤-反渗透工艺，投加絮凝剂，出水pH值控制在8～9，去除铅、锌等重金属，污水回用。该项目在2010年3月开工建设。年产10万吨锌锭的冶炼技改扩建工程完成4343后，每年总用水量是2755.8×10m，其中新鲜水用量为31.082×10m/a、循环水用4343量为2619.309×10m/a，废水排放量为104.9×10m/a。工程投入生产后，根据不3同水质要求，处理后回用水用于全厂各生产系统，每天减少污水排放量3178.13m，废水循环利用率达到95%以上，减少悬浮物7.60t/a、化学需氧量9.72t/a、氟0.05t/a、锌0.12t/a、铅0.03t/a、镉0.01t/a、铜0.01t/a、砷0.001t/a的排放。成州锌业铅锌废水循环利用工程项目的实施可为成州锌业每年节约新水用量3达104.9万m（按一年330天计），减少重金属废水对地表水的污染。关键词：重金属污染；铅锌冶炼污酸污水；硫化法;石灰-铁盐法；水循环回用 西安建筑科技大学硕士学位论文Lead-ZincSmeltingwaste-waterTreatmentTechnologyResearchSpecialty:ArchitecturalandCivilEngineeringName:SongYangInstructor:GaoXiangZhangXiABSTRACTIn2007,ChengZhouZincco.LTD.GansuProvince,(ChengzhouZinc)invested440million50000t/anewelectrolyticzincproductioncapacityintheoriginal50000t/aproductionscale,whichincreasedthezincsmelterreconstructiontotalproductionscaletoacapacityof100000t/azincingots,sulfate180000t/a.DuetothelargeconsumptionofwaterduringtheproductionandthelackofwaterresourceinChengzhouZincindustry,itisimportanttoreducethewaterconsumption,andtoachievewastewater"zeroemissions"".Valuablegroundwaterresourcecanbesavedbytreatingtheacidicwaste-waterthroughadvancedtreatment,whichcanalsoreducethesourhtcountryricerwaterbodypollutioninordertoleadthezincsmeltingwastewaterrecycling.TherearethreestepsinLead-zincsmeltingwaste-watertreatmenttechnology.First,neutralizaitonbylimestonetotreatacidicwast-water;Second,vulvanizationtreatmenttocontralapHvalue2-3removetheheavymetalmercury(suchasarsenic,mercury);Third,lime-ferricsalt-microfilter-sodiumfilter-industrialreverseosmosistreatmentofsewage.ThefirststepisbasedonsulfuricacidpurificationprocesswhichisuselimestoneneutralizationtocontrolpHvalue2-3.Thesecondstepcontainsthreesections.ThepHvalueofthefirstsectionisnogreaterthan5,inordertoreducetheheacymetalarsenic.ThesecondsectionistoreducetheheavymetalmercurywithapHvaluenogreaterthan9.ThepHvalueofthelastsectionisnogreaterthan12forprecipitation.ThethirdstepisNeutralization-Oxidation-Microfiltration-Nanofiltration-ReverseOsmosisprocessingwithapHvalue8-9,inordertoremoveheavymetals(suchaslead,zinc)fromthesewage,thenthefinalrecyclingwatercanbereusedforall 西安建筑科技大学硕士学位论文theproductionsystem.TheprojectwasconstructedinMarch2010.Thetotalwaterconsumptionis2755.8×104m3/awiththenew100000t/aelectrolyticzincproductioncapacity,whichincludefreshwaterconsumption31.082×104m3/a,circulatingwaterconsumption2619.309×104m3/a,andwastewateremissions104.9×104m3/a.Accordingtodifferentwaterqualityrequirements,thenewprocessreduceda3178.13m3/dwaste-wateremission,increasedthewaterrecycleutilizationrateupto95%.Italsoreducedtheemissionofsuspendedmatter7.60t/a,chemicaloxygendemand(cod)9.72t/a,fluorine0.05t/a,0.12t/azinc,cadmium,lead,0.03t/a0.01t/a,0.01t/acopperandarsenic0.01t/a.A1.049millionm3/afreshwaterconsumptioncanbesavedbyusingtheprojectatChengZhouZinc(330day/a),whicheliminatepollutionofheavymetalwastewatertothesurfacewater.Keywords:Heavymetalpollution;Leadandzincsmeltingacidicwaste-water;Vulcanization；Lime-ferricsaltprocess；Waterrecycle; 西安建筑科技大学硕士学位论文目录1前言.......................................................................................................................11.1课题来源...................................................................................................11.2项目介绍...................................................................................................21.3项目提出的背景.......................................................................................21.4本课题研究的目的、研究必要性和意义...............................................31.4.1研究的目的..................................................................................31.4.2研究的必要性和意义..................................................................31.5铅锌冶炼废水的来源和国内外铅锌冶炼废水的研究现状...................41.5.1铅锌冶炼废水的来源..................................................................41.5.2国内有色金属冶炼污水研究现状..............................................41.5.3国外有色金属冶炼污水研究现状..............................................51.6课题研究的内容.......................................................................................51.7课题研究的主要工作任务.......................................................................52重金属废水处理方法...........................................................................................72.1重金属废水的危害....................................................................................72.2重金属废水处理方法...............................................................................72.3典型重金属废水处理.............................................................................123工程介绍和废水处理工艺比选.........................................................................143.1工程概况.................................................................................................143.1.1锌冶炼扩建工程概述................................................................143.1.2设计范围....................................................................................143.1.3锌冶炼废水原水的水质............................................................143.1.4项目建设的有利条件................................................................153.1.5地理位置....................................................................................163.1.6气象条件....................................................................................163.1.7地形农作物种植情况................................................................163.1.8工程地质和水文地质................................................................163.1.9地震烈度....................................................................................173.1.10市场分析..................................................................................17I 西安建筑科技大学硕士学位论文3.2工程设计要求..........................................................................................173.2.1项目可行性研究的依据.............................................................173.2.2设计依据.....................................................................................173.2.3设计原则.....................................................................................173.2.4处理达标后污水的用途.............................................................183.2.5重金属排放标准.........................................................................193.3废水工艺技术方案比选..........................................................................193.3.1工艺方案选择的原则和要求.....................................................193.3.2处理工艺方案.............................................................................203.3.3工艺方案比较.............................................................................274工程设计..............................................................................................................294.1工艺流程..................................................................................................294.2废水水处理药剂用量及渣量..................................................................294.2.1药剂用量.....................................................................................294.2.2渣量.............................................................................................304.3水平衡......................................................................................................314.4单体构筑物设计......................................................................................324.4.1污酸处理主要构筑物和设计参数.............................................324.4.2污水处理部分设计.....................................................................344.5设备一览表..............................................................................................364.6工程组成和工程设计..............................................................................414.6.1新建建筑一览表.........................................................................414.6.2工程设计.....................................................................................414.7竖向设计..................................................................................................474.8绿化..........................................................................................................474.9运行结果及结论......................................................................................484.9.1分析方法.....................................................................................484.9.2检测结果.....................................................................................484.9.3运行结论.....................................................................................505项目实施计划......................................................................................................515.1项目实施计划..........................................................................................51II 西安建筑科技大学硕士学位论文5.2企业组织机构.........................................................................................536效益分析.............................................................................................................546.1财务分析.................................................................................................546.2项目评价用总投资.................................................................................556.3生产设施投资比较.................................................................................567环境保护与节能.................................................................................................577.1环境保护.................................................................................................577.1.1工程主要污染源治理措施........................................................577.1.2环境管理与环境监测................................................................587.1.3建设项目与周围环境的关系分析............................................587.2节能.........................................................................................................587.2.1节能原则和本工程用能特点....................................................597.2.2综合能耗分析............................................................................597.2.3节能措施....................................................................................608结论.....................................................................................................................618.1论文的结论.............................................................................................618.2工程投产后的不足.................................................................................62致谢................................................................................................................63参考文献................................................................................................................64III 西安建筑科技大学硕士学位论文1前言[1]09年，达沃斯世界经济论坛报告中说，全球正面临水资源危机。报告警示说，将在不到20年的时间（2009年～2029年），全球大面积农田消失是全球水资源短缺造成的，消失农田面积为3.5亿公顷。由此可见水资源的再利用项目，是一项前瞻性的投资，造福社会、造福环境的公益性投资项目。我国历来就是水资源缺乏的国家。全国淡水资源总量是2.84万亿立方米，人均2000立方米的水资源，只是世界平均水平的1/4，是全世界13个人均水资源最[2]贫乏的国家之一。我国工业生产用水量大，用水效率低下，工业废水还具有浓度高、污染物种类多等特点，工业废水进入水体后水质下降，环境被污染。工业废水排出的一部分废水，是来自重金属废水。重金属废水来自于矿山开采，有色金属冶炼等生产排放的废水，重金属本身具有长期潜伏性、累积性和长期不能降解等特点，被重金属污染地区危害大，再治理成本也很高。我国在之前长期矿产开采、加工以及工业化进程中累积形成的重金属污染近年来呈多发态势，[3]对环境和人体健康都有了严重威胁。[4]水体重金属污染已经成为国内外环境头等问题之一。重金属污染在我国“十一五”表现出是重大环境问题，也是“十二五”期间工业废水污染控制的重点内容。我国在《重金属污染综合防治“十二五”规划》列出重点防控的5种重金属污染物，重有色金属冶炼业也作为重点行业在其中。“十二五”期间，消化“十一五”期间经济发展污染物排放量，还要完成重点区域5种重金属（铅、汞、铬、镉和类金属砷等）污染物排放量比2007年减少15%，非重点区域排放量小于等于2007年的重[2]金属污染排放量。过量的重金属会影响人身体健康，严重的能影响到个人生命。例如反应为幼儿铅中毒、胎儿畸形、砷中毒等一些事件，重金属污染已经悄然成为，与个人健康伤害有关的重大环境问题。1.1课题来源项目建设单位是成州矿冶集团公司下所属的成州锌业，成州锌业充分依托陇南丰富的铅锌矿产资源，计划在现有5万吨电锌生产系统的基础上，通过技改扩建，采用国内先进、成熟、可靠的生产工艺技术，再增加建设5万吨锌锭冶炼生产线，硫酸产品8.4万吨。10万吨锌冶炼技改扩建工程的建成标志着甘肃省铅锌资源大县——成县，正在努力打造“西部铅锌基地”，实现可持续发展。1 西安建筑科技大学硕士学位论文成州锌业作为当地经济支柱企业，同时也是用水大户，必须节约用水量，减少重金属排污。建设铅锌废水处理循环利用系统可以实现锌冶炼废水的再生利用，保护水源，符合循环经济发展之路。1.2项目介绍项目名称：成州锌业铅锌废水处理循环工程该项目是成州锌业10万t/a锌锭冶炼技改扩建工程的一部分，分为污酸处理和污水处理两部分。污酸中需要去除的是砷、汞重金属，污水中需要去除的是锌、铅、镉和砷重金属。最后硫酸车间排出的污酸、浸出车间、净液及镉回收车间、电解车间、化学水处理车间、冲洗地面水、初期雨水等产生的污水，经过处理后33综合回收利用。该项目投产后每天将处理污酸量266.4m，每天处理废水量3360m，3每年产生约是104.9万m回用水水量，回用水全部回用于锌冶炼厂。1.3项目提出的背景(1)企业基本情况成州锌业地理位置是甘肃省陇南市成县抛沙镇姜家坪，位于我国第二大铅锌矿核心。成州锌业是以矿产资源开发，集采、选、冶为主的大型民营控股的铅锌工业企业，创建于2002年3月成州锌业，现有资产10亿元，现有员工800人。[5]2006年成州锌业冶炼厂通过ISO9001-2000管理体系质量认证。成州锌业前5万t/a的电锌项目分别在2004年5月和2005年6月顺利建成，并投入企业正常生产中。投产后的湿法炼锌生产装备在国内同行业5万t/a的电锌项目中属中上等水平。成州锌业在近年的发展中，紧紧抓住国家西部大开发的历史机遇，依托当地的资源优势，大力开发和建设铅锌冶炼项目，并在建设冶炼项目中，重视节约资源，节约能源，保护环境和做好劳动卫生等工作。(2)项目建设背景陇南成县水源并不丰富，没有大的河流经过，随着经济发展和城市化进程的加快，当地政府采取多种形式来解决用水压力，成州锌业作为用水大户有必要节约用水，减少排污。成州锌业冶炼厂地处成县南河的上游抛沙镇（南河水横贯县城），位于甘肃省东部，秦岭山脉西南端丘陵河谷地带，由于历史原因，成州锌业锌冶炼厂建设在城市的上游，周围基本没有任何可以外排的区域，当地政府要求：污水必须经过处理，减少排放量，并且要将排污口设在城市河流下游。企业只有达到国家日渐严格的环保要求，才能取得生存权、实现可持续发展，污水必须经2 西安建筑科技大学硕士学位论文过处理后回用。由此成州锌业污水净化处理势在必行，否则企业就做不到可持续发展。出于企业可持续发展的要求，为彻底解决水资源及水污染问题，造福子孙[6]后代，公司决定实施该项目。成县南河是青泥河主要支流，为青泥河流域最大的一个独立之径流形成区。全长48公里，占青泥河流域总面积的34%，青泥河至陕西省略阳县白水江镇附近汇入嘉陵江。(3)项目总投资铅锌废水处理循环利用工程总投资是5229.30万元，其中1600万元为中央预算支持，剩余3629.30万元由公司申请银行贷款和自筹解决。中央预算支持资金主要用于铅锌废水循环利用系统的工程内容，铅锌废水循环工程包括组合膜技术（微滤膜、纳滤膜和工业反渗透），技改原有废水处理工艺。1.4本课题研究的目的、研究必要性和意义1.4.1研究的目的在工业生产中产生大量含铬、铅、锌、镉等重金属废水，重金属是人体健康[7]不可缺少的微量元素，但过量重金属会影响到人体健康。重金属废水本身无色、无臭味，自然界也不能自动降解到无害化。以成州锌业冶炼厂的废水为例，如果重金属废水排入水体，当地被称为“陇上[8]小江南”风采不复存在。农民种植的玉米、小麦和农作物可以减产。含有铅的食物被人接触或者吃掉，铅被人体缓慢吸收，但成人与儿童的吸收率不同，儿童的[9]吸收率较高，能达到40%左右。如何确诊铅中毒？是根据血液中的铅浓度确诊。成人和儿童血液中的铅浓度在确诊铅中毒的时候也不同，例如成人铅浓度达到400[9]微克/升，就可确诊为铅中毒，儿童铅浓度更低。铅锌中毒，毒性对人体是不可逆，对儿童健康将是终生的残疾，人体的血液系统、神经系统等都将会是终身伤[10]害。另外，含有较高重金属的污泥如果排入农田后，增加作物体内的重金属含量，还会引起土壤重金属污染，庄稼还会减产。降雨以后，部分重金属穿过污泥[11]和土壤渗入地表，汇入地下水，此时地下水会造成二次污染。尽可能多的处理水体中的重金属，减少排污量，成为课题研究的目的。1.4.2研究的必要性和意义[12]重金属污染三个特点：一是微量剧毒、长期积累。重金属可潜伏在成年人体内至病发可达10年之久。儿童受重金属污染比成人受重金属污染影响还要大，3 西安建筑科技大学硕士学位论文神经系统病变和智力发育不全这些疾病，在儿童致癌以前就能发生。二是终身有[12]害，不可治愈。以当代医疗条件，大多数因重金属污染引起的病变还是治愈不了。三是光靠肉眼很难发现存在的重金属。多数重金属在水中以无机化合物离子形式存在，在水中没有颜色、没有味道，肉眼很难直观检测出来，只有高精确度[12]的仪器才能检验出来。当今中国，工业化进程不断的加速，近几年国内重金属污染事件报道的越来[13]越多，重金属污染越来越严重影响自然环境和人类生存环境。汞污染、铅-锌-镉污染、砷污染等典型重金属污染问题，大多都是长年堆积的问题。重金属可以污染大气、土壤、地下水、农作物等，使对人体健康构成直接[14]或间接的威胁。本项目的建设及运营能更进一步降低该企业的重金属排放量，废水循环利用，企业所在地区的水环境、大气污染、土壤环境等得到保护，保障铅锌厂附近居民生活安全，促进铅锌厂周边经济的可持续发展，都有重要意义。1.5铅锌冶炼废水的来源和国内外铅锌冶炼废水的研究现状1.5.1铅锌冶炼废水的来源铜、铅、锌等矿石都是典型含有重金属的矿，它们一般都以硫化矿的形式分[15]布。锌的冶炼方法有火法和湿法两种，成州锌业工程的锌冶炼方法是湿法冶炼。[16]铅锌冶炼生产中，产生大量重金属废水，水质复杂、污染环境。以下几种涵盖了铅锌冶炼工艺废水主要内容。(1)冲渣水；在冶炼生产中排放的废水，除含有极少重金属离子外，主要物质还是悬浮物。[17](2)污酸；主要从烟气制酸排出，大量的砷汞等有危害重金属离子。含有大量重金属废水来源的是，冶炼中跑出、漏出的废水和特定地方使用的清洗水。酸性水质，主要是硫酸。(3)雨水；被雨水冲刷过的厂区生产场地，在水质参数中会有少量重金属离子和悬浮杂物。1.5.2国内有色金属冶炼污水研究现状重金属废水处理一直是国内外研究的难题，因为重金属污染物浓度高、成分具多、性质多样特点，采用单一的中和法处理很难达到标准要求，现在已经发展[18]到多级中和法、离子交换法、生物法。随着国家近年来，对环境保护的重视，4 西安建筑科技大学硕士学位论文同时有色金属冶炼废水技术在近年来的提升，有色金属冶炼废水排放治理近年来，也得到更多人的关注。从2005年开始，重金属废水处理研究方法，引入膜分离法和吸附法，膜分离法和吸附法处理重金属效果十分好，但因为其固有缺点，推[19]广起来不容易。目前，在我国重金属冶炼废水处理方法，还是以化学沉淀法为[20]主。像株冶、大冶、祥光铜业等冶炼企业酸水处理均采用硫化钠除铜、除砷，[21]石灰中和处理工艺。我国目前重金属废水工艺技术的发展是:(1)废水治理已经在原来的单项治理的基础上发展到现在综合治理，回水循环利用；(2)不断提高增长的工业回用水利用率；(3)现在已经可以从废水中回收有价金属，有价金属可以[22]转化成商品。1.5.3国外有色金属冶炼污水研究现状[17]国内外现在处理重金属废水的方法，还是化学沉淀法为主。石灰法、石灰-铁盐法、氧化法，但国外发达国家的重金属废水处理，能很容易自动化控制设备，废水处理精度高,处理结果可以达到预期目的,这一点国内废水处理是做不到的。国外的冶金技术、工艺设备十分先进，并且严格执行用水、排放标准，十分注意废[22]水温度、悬浮物和水质盐类平衡，基于多种原因废水循环利用率比国内高。美国肯尼科特（Kennecott）铜冶炼厂处理酸水，先采用硫化钠（硫氢化钠）除铜、除砷，再采用传统的石灰中和法，把产生的滤饼放置渣场，中和水达标后，[21]再送到尾矿系统。1.6课题研究的内容在收集整理大量资料的基础之上，对该企业污水排放的排放规律、水质特点进行深入地研究，提出与之相配的水处理工艺，再进行水处理工艺的相关设计和其他专业的方案设计。具体工作是，按国家现行的环保技术标准、规范进行设计，根据生产实际情况，尽量选择是先进性、稳定性的工艺，处理后的回用水能够达标，废水处理还要满足：设备运行方便、工艺占地场地要少、投资金额较少。工艺尽量利用原有设备、场地为基础，并尽量减少占地面积，利用现有集水管网、中和池、石灰乳投加系统等设施。在进行深度处理及再生利用后的废水，实现回用为目标，出水[23]结果达到循环水补充水要求。1.7课题研究的主要工作任务(1)铅锌厂废水方案的比较；5 西安建筑科技大学硕士学位论文(2)推荐处理工艺的工程设计；(3)废水回用项目的选址、平面配置；(4)相关专业设计。6 西安建筑科技大学硕士学位论文2重金属废水处理方法2.1重金属废水的危害我国当下面临众多环境污染问题，其中就有水质污染问题。工业废水污染是水质污染的一种，重金属废水污染是工业废水污染的一种。事实上，人体中是不能缺少重金属这种微量元素，但人体中聚集过多重金属，会直接影响人体健康，长期积累就是慢性中毒，对免疫系统也会有一定影响，威胁人体健康和食品安全。但重金属元素是可以在水或者土壤等环境中存在，不易被发现，但很容易聚集。重金属废水水量大，排放到环境中，部分被水生物吸收，其他就聚集而沉在水体，重金属本身在自然界，又不能被生物分解成无害物，但可通过构成生物链来影响[24]人类健康。重金属除对人体有危害外，对农作物和水产也有影响，可以使农作物减产、鱼虾死亡。铅锌冶炼工艺，能产生大量铅锌冶炼污酸污水，如不加处理[22]的排入水体，水体中的污染会危害生物，还会腐蚀金属和损害设备。2.2重金属废水处理方法由于在湿法冶金企业生产过程中加工原料的多样化及生产过程的繁杂程序，决定了所产生的废水量大和污染物成分复杂，这就给制定净化废水流程和制定处理循环水方案时带来很大困难。净化废水的方法有各种不同的分类法，湿法冶金行业最适用的分类法为化学工业所用的分类法，即基于杂质的不同相分散特性和不同的化学特性的分类方法。重金属废水处理是将废水中污染物与废水脱离，废水得到净化的过程。处理重金属废水的方法：(1)物化法；(2)化学法；(3)电化学法；(4)生物法；(5)膜分离法；(6)其他处理方法。(1)物化法①溶剂萃取分离Extraction溶剂萃取法也称为萃取法。萃取法原理有机溶剂和废水反应，废水要分离的物质进入有机溶剂后，有机溶剂和废水的质量密度不同自然就分开了。萃取法的分离效果有较大的优越性，溶剂萃取过程能源消耗大，也是它的局限性，推广应用受到极大的限制。②离子交换法ionexchangeprocess离子交换法方法是利用重金属离子与交换剂离子之间进行分离，让重金属离[25]子与交换剂离子之间交换，去除废水中重金属离子的方法。常用的离子交换剂7 西安建筑科技大学硕士学位论文[26]是阴、阳离子交换树脂。70年代开始，离子交换剂的研究工作就是国内外学者研究的重点。1974年，使用离子交换剂方法取得重大突破的事件是，处理电镀含铬废水，至今离子交换法仍是处理电镀废水重要的方法之一，国内外学者研究的重点。离子交换法无二次污染，能回收重金属，处理水质非常好，但是离子交换[27]剂缺点是树脂再生频繁，树脂运行费用高。③吸附法adsorptionmethod吸附法也是去除重金属离子的方法之一。在废水中吸附剂对某些溶解性物质及胶体物质具有选择性吸附，吸附法由物理化学以及生物吸附法组成。特殊官能团对水中的重金属离子进行物理或化学吸附称为物理化学吸附法，传统吸附剂如[28]活性炭、粉煤灰、天然粘土等；生物自身的化学结构或特性对水中的重金属离子吸附称为生物吸附法。生物吸附剂有藻类、菌体等。(2)化学法[17]国内外现在处理污酸废水的方法，还是化学沉淀法为主。化学法：①化学沉淀法；②电解法。化学法主要处理含较高浓度重金属离子的废水。①化学沉淀法化学沉淀法是在含有重金属的废水中，运用化学方法溶解的重金属转变为不[29]溶于水的重金属化合物沉淀，包括：a.中和沉淀法；b.硫化物沉淀法。化学沉淀法处理过程中受沉淀剂和实际环境的影响，出水浓度达不到标准要求，必须进一[30]步深度处理。最后沉淀物也要环保处理，以免造成不必要的二次污染。a.氢氧化物沉淀法（中和法）limeprocess在含有酸性重金属的污水中，投加碱性中和剂（石灰乳、碳酸钙等）发生重金属离子与羟基反应，生成难溶的金属氢氧化物，难溶的金属氢氧化物沉淀、分[22]离的方法。此种办法在我国铅锌冶金行业处理重金属污水时应用最为普遍。用该方法处理时应在线调整、控制pH值，污水处理的最佳pH值及碱性沉淀剂投加量应根据实际水质、水量进行调整。因为流程简单、作管理便利、处理效果好、处理成本低廉的特点，氢氧化物沉淀法能过广泛应用，但采用石灰时渣量大，含水率高、脱水困难，且分析表明，仅依靠加大石灰量提高pH值不能使污水中各项重金属都能达标。中和法成本低、操作简单，各个重金属沉淀pH值不同，注意控制pH值。因此，含砷废水处理通常用此法。b.硫化物沉淀法sulphuringprocess硫化物沉淀法是硫化钠或硫化氢等硫化剂投入污水中，重金属离子（如砷、8 西安建筑科技大学硕士学位论文汞、铜及镉等）与硫离子进行反应，生成难溶金属硫化物沉淀，难溶金属硫化物[31]沉淀分离、除去的方法。此法既能除去有害金属，且也能回收有价重金属。由2－于重金属离子与硫离子（S）有很强的亲和力，能生成溶度积小的硫化物，故可[32]使处理后的出水中重金属离子浓度降到标准以下。该方法不仅能去除污水中的重金属离子，更有易脱水、渣量少、沉渣金属品位高的特点，也利于有价金属的[33]回收利用。但废水用硫化法时，需消耗硫化物，硫化物的运行成本较高，且处理过程中的硫化氢气体应予以严格的回收再利用，否则会造成二次污染。硫化物沉淀法独有的优点是，某些重金属硫化物比氢氧化物溶解度还要低，二价汞离子、银离子、三价砷离子、铅离子、镉离子、锌离子、二价铁离子是硫化物沉淀析出顺序。越排前的金属硫化物，溶解度越小越容易出现沉淀析出，进[22][34]行去除处理。下表是常用的几种重金属硫化物的溶度积，具体见表2-1。表2-1几种常用重金属硫化物的溶度积序号金属硫化物Ksp序号金属硫化物Ksp-53-281HgS4.0×104PbS3.4×10-45-242Hg2S1.0×105ZnS1.6×10-293CdS3.6×10c.石灰-铁盐法ferrosoferrlccompound-limeprocess[35]废水中原有的铁盐或投入新的铁盐，与砷絮凝，产生更难溶的焦亚砷铁盐。为进一步去除镉等重金属，是把二价铁离子作为絮凝剂，也可外加絮凝剂，进行絮凝沉淀，除去镉等重金属。根据废水水质调整石灰-铁盐法的处理方案。可以石灰乳作一级处理，石灰-铁盐法做二级处理，也可用石灰-铁盐法做两级处理。根据实践，pH值及“砷铁比”控制的两级处理，砷的去除率能分别达到90%和95%左右。石灰-铁盐法沉淀发沉[36]淀迅速，去除重金属离子效率高，运行成本低，操作简单。石灰-铁盐法缺点是渣量大，废水处理效果不稳定。废水处理应用中，通常将二价铁离子氧化成三价铁离子后，同时使用。②电解法重金属运用电化学性质反应的方法是电解法。电解时，金属离子是从相对的高浓度溶液中分离出来。电解法多运用在电镀废水的处理中，不添加任何药剂，容易实现自动化操作控制，电解法处理后的出水稳定，能达到国家标准排放，但[37]电解法处理不了浓度太低的重金属离子废水。9 西安建筑科技大学硕士学位论文(3)电化学法electrochemicalmethod电化学法主要是指阴极保护。(4)生物法biologicalprocess生物处理法是植物或者植物的代谢产物与重金属离子作用，最后净化重金属[38]废水的目的。生物处理法：①.生物的吸附；②.生物的絮凝；③.植物修复。①生物吸附[1]生物吸附法是利用生物体本身借助化学作用吸附金属离子的方法。对重金属有很好的吸附作用是藻类和微生物菌体，而且它们具有运行成本低、选择性能好、吸附量大等优点，藻类和微生物菌体是一种比较经济的吸附剂，此法可用于去除重金属废水的研究吸附容量易受环境的影响，重金属废水中常含有多种有害重金属，微生物是单一性吸附重金属，这样会影响其他重金属的去除，以上是生物吸附法的几个缺点。②生物絮凝生物絮凝法是指微生物的代谢物进行絮凝的去除污染物的方法。微生物絮凝剂是一类如多糖、蛋白质等高分子构成的代谢物，代谢物分子中多种官能团，官[1]能团会使水中悬浮物凝聚沉淀。生物絮凝法具有无毒、无害、沉淀快速等优点。③植物修复法植物修复法是通过茎叶体植物的吸收、沉淀、聚集等作用降低已污染地表水的重金属含量，用以去除污染物、恢复环境。植物修复法在以下环境中使用：a.植物聚集重金属毒性；b.植物吸收重金属毒性，减少重金属渗透量；c.植物萃取重[1]金属，降低水中重金属浓度。(5)膜分离法SeparationMembrane膜分离技术是半透膜两侧能量的压差，为推动力，依托膜本身具有选择性，[39]将物质进行分离；膜分离技术是物质进行不同组分的分离、聚集、浓度增大的过程。膜分离方法包括渗析和渗透。膜分离技术具有错流过滤的模式。膜分离技术原理图，见图2-1。10 西安建筑科技大学硕士学位论文图2-1膜分离技术原理图膜分离优点：[40]a.降低废水排放量，实现节能减排或零排放，降低环保处理成本；[41]b.废水回用生产，增加企业供水容量，有利于产能扩大，降低生产成本。c.选择性能好；可实现不同分子级别的物质分离，这是普遍滤材所不具备性能；d.常温操作、无相变化；膜分离技术是常温操作、无相变化，适用于同种物质的聚集，并且不会损害品质，能源消耗也低，膜分离技术费用约为浓缩技术的1/3~1/8；e.无化学变化；膜分离技术是纯物理过程，没有用化学试剂，处理后的产品损失很少，经膜分离技术处理后的产品，无污染；f.匹配性强；膜分离系统规模可根据实际生产要求设计，可根据生产需要进行工艺的调整，自动化成分高，便于操作。膜分离方式介绍：a.微滤（MF）：截留直径0.1~1um的物质，截留悬浮物、大颗粒的胶体，微[42]滤膜两侧的有效推动力运行压差，一般为0.7MPa。使用筛孔分离法，材质微滤膜分为有机和无机滤膜两大类，如聚有机膜材料是丙稀；陶瓷和金属就是无机膜[43]材料。微滤有膜分离技术所有特点。特点：截留大小在0.1um以上的物质；通常作为物料预过滤；通量大、运行成本低。b.超滤（UF）：截留1000以上的道尔顿，截留微粒、大分子溶质，超滤具[44]有膜分离技术所有特点，超滤技术能使膜分离和纯化。c.纳滤（NF）：截留分子量在200~1000，截留如有机酸等分子量较小的物质，[45]纳滤膜分离技术是在超滤与反渗透之间的一种膜分离技术。特点：截留孔径在11 西安建筑科技大学硕士学位论文1nm左右；单价离子可自由通过纳滤膜，主要截留的是二价/多价离子，纳滤降低[46]了渗透压，因此操作压力低，节约能耗。d.反渗透（RO）：截留如溶解盐、大于100分子量的有机物，水及部分微小分子物质透过，多用于纯水制备、海水淡化等、冶炼废水领域。特点：只有水分子能透过反渗透膜，其他物质都不能透过反渗透膜，被反渗透膜截留；最常用于纯水的制备。图2-2示意膜分离技术截留不同分子量的物质：细菌、病毒、悬浮颗粒微滤:孔径＞0.1μm蛋白质、鞣质、淀粉等大分子有机物超滤：截留分子量1000-500000Da有机酸等小分子有机物纳滤:截留分子量200-1000Da无机盐（NaCl，KCl）反渗透:NaCl截留率≥99.5%水图2-2膜分离技术截留不同分子量的示意图(6)其他处理方法铁氧体法（ferriteprocess）能一次性除去污水中的多种重金属离子，同时生成[47]的铁氧体沉淀不再复溶。沉淀物本身具有磁性，如果足够大的沉淀物颗粒，即[48]可磁性分离，也可过滤，此时铁氧体已是一种优良的半导体材料。此法在自然条件下很难造成二次污染，出水效果好、投资节省、生产设备简单，缺点是铁氧体沉淀颗粒的反应过程需要通空气氧化。2.3典型重金属废水处理(1)含汞废水处理汞是一种毒性很强的金属，汞及汞化合物对人体的损害，与进人体内的汞量[49]有关，人体中枢神经系统最汞损害最主要的地方。生活中的水银就是汞在常温[50]下的状态，水银呈银白色液体,流动性好,液体密度是中最重。含汞废水处理方法包括沉淀法、活性炭吸附法、混凝沉降法、电解法。(2)含铅废水处理铅及其化合物都具有一定的毒性，能毒害人体的许多系统，例如神经系统、造血系统、心血管系统、消化系统、肾脏系统和内分泌系统等等，多个系统产生[51]危害。目前常见的铅中毒多是慢性铅中毒，慢性铅中毒会导致神经衰弱症。处理铅的方法和去除效果，见表2-2。12 西安建筑科技大学硕士学位论文表2-2处理铅的方法和去除效果序号处理方法pH值去除率/%1离子交换5.0902石灰+沉淀9.0953石灰+硫酸铁+沉淀9.5944硫酸铁+沉淀6.299(3)含锌废水处理锌也是人体中必需的微量元素之一。缺锌能引起人的很多不良反应，但摄入过量的锌，也会对人体造成危害，能刺激消化道，如呕吐、胃部不适等，周身乏[52]力的同时，还伴有头晕。长期接触锌可以刺激皮肤。化学沉淀法中的硫化法的去除效果不如中和法的效果好，中和法的石灰沉淀法pH值控制在9.0，去除率能达到99%。(4)含镉废水处理[53]金属镉对人体的毒害也很大，人体必需元素中没有镉。主要通过食物、水、空气等途径，镉由消化道和呼吸道进入人体，进入人体后，镉主要蓄积在肝肾中，镉中毒会导致慢性肾脏不可逆的损伤。镉在人体的潜伏期为3～9年。急性镉中毒，症状是呕吐、恶心、腹痛等，严重反应的会上肢麻木、虚脱、眩晕，还有休克死[52]亡。含镉废水处理方法包括化学沉淀法、铁氧体法、离子交换法、生物法等。(5)含砷废水处理砷及含砷化合物都是剧毒的，长期低剂量摄入砷化物，会导致慢性砷中毒，比如手麻、脚麻，也有神经衰弱症等症状，积累在体内的砷、及其化合物具有致[52]癌、致畸作用。处理砷的方法和去除效果，见表2-3。表2-3处理砷的方法和去除效果序号处理方法pH值去除率/%1炭过滤772硫化钠沉淀553石灰沉淀11114氢氧化铁沉淀995离子交换7713 西安建筑科技大学硕士学位论文3工程介绍和废水处理工艺比选3.1工程概况3.1.1锌冶炼扩建工程概述2为建设年产10万t锌锭冶炼技改扩建工程，焙烧车间拆除原有16m流态化焙2烧炉，在此基础上新建一座65m流态化焙烧炉，新建与焙烧炉配套的余热锅炉和电收尘系统，新建3000t/a合金锌粉车间。根据改扩建工程的实际需要，将锅炉房、空压机站等单体进行扩建。相关系统配套改扩建10万t/a锌系统的硫酸系统，硫酸系统净化工艺采用动力波洗涤，干吸工段循环酸系统为泵后流程，转化工段采用3+/Ⅲ，Ⅰ-Ⅳ，Ⅱ转化流程。改扩建后年产硫酸18万吨，新增10.6万吨/年硫酸产量。新建一条湿法炼锌系统即5万t/a规模的浸出车间，净液及镉回收车间，电解车间。湿法系统工艺采用现有的工艺流程，即浸出工序采用中浸-预中和-高酸浸出工艺，中浸渣处理采用低污染铁钒法，该方法技术成熟可靠，操作容易，能耗较低，易于实现连续化操作，是目前湿法炼锌中最广为采用的工艺，净液采用先冷后热的三段锑盐净液工艺，镉回收是将净液产出的铜镉渣经过浸出-置换经压团得海绵镉团块，蒸馏得到精镉产品，运用中酸中电流密度法得到电解沉积锌，之后，净液工序的新液与空气冷却塔冷却的废电解液混合，进行电解沉积锌，人工剥锌，锌皮经溶化铸锭得到锌锭产品。3.1.2设计范围本项目为成州锌业锌冶炼厂年产10万吨锌冶炼技改扩建工程中，配套的铅锌废水处理循环利用工程，设计范围为改造现有生产铅锌废水处理站、新建一套生产铅锌废水处理站、新建地下式生活污水处理站、污酸污水综合管网、回水泵房、回水高位水池、回水系统管网。3.1.3锌冶炼废水原水的水质(1)废水来源：污酸废水、冶炼洗涤废水、初期雨水及冲洗地坪等。(2)污酸量及成份33年产10万吨锌锭冶炼的技改扩建工程，污酸处理总量为11.1m/h(266.4m/d),33[54]其中新增量7.35m/h(176.4m/d)。锌冶炼厂的污酸量及成份，见表3-1。14 西安建筑科技大学硕士学位论文表3-1污酸量及成份H2SO4SSAsHg50.24g/L0.65g/L0.95g/L0.54g/L(3)污水量及成份33年产10万吨锌锭冶炼的技改扩建工程，污水处理总量为140m/h（3360m/d）。[55]各工序污水量见表3-2；污水量及成份见表3-3。表3-2各工序污水量表3污水量m/d3序号名称合计m/d备注已有新增1污酸处理后液45901352硫酸车间1001802803浸出车间3204607804净液镉回收车间1402103505电解车间1101502606化学水处理3803807污水处理车间801202008冲洗地坪水1809初期雨水23010不可予见污水565总计3360表3-3污水量及成份H2SO4SSZnPbCdAs0.5g/L2.0g/L5.0g/L7.0g/L2.0g/L2.0g/L3.1.4项目建设的有利条件成州锌业锌冶炼厂位于甘肃省成县抛沙镇以北，距成县县城5km，厂区南1km可与江武公路相接。成县距北面的陇海铁路天水站有162km，距东面的宝成铁路徽县站（谈家庄）有100km；从成县沿江武公路北行24km至江洛镇，有316国道直达天水。厂区对外交通运输便利。距成州锌业锌冶炼厂址约3km处，建设有同谷220/110kV及110/35kV变电站各一座，当地电网的电力资源比较充足，电源来源稳定有保证。15 西安建筑科技大学硕士学位论文3.1.5地理位置本项目位于甘肃省成县西南抛沙镇乐楼村姜家坪南面，属成县管辖，距成县县城直线距离5公里，交通比较便利。3.1.6气象条件[56]该地区地处暖温带、半湿润地区，季风气候，四季区别明显。成县气象站历年统计结果如下：历年气温平均值：11.7℃,绝对最高气温：37.3℃，绝对最低气温：-24.6℃，全年主导风向：东南风，年最大降雨量：852.6mm，年平均降雨量：639mm，日最大降雨量：180.7mm，小时最大降雨量：59.3mm，年总蒸发量：1167mm，年平均蒸发量：1059mm，土壤冻结深度：42cm。3.1.7地形农作物种植情况该区域属秦岭山地徽成盆地，以农业为主，种有小麦、玉米、黄豆、蔬菜等多种作物。3.1.8工程地质和水文地质(1)工程地质和水文地质场地地形北高南低，地形自然坡度4%，场地海拔高度在1000～1020m之间。地貌类型属于褶皱一断块山地，为浅切割的中山山脉、丘陵地形，场地处在次一级的地貌单元，抛砂河二级阶地上。(2)场地的地质构成特征，土壤类别及土壤的物理力学数据。场地地基土是典型的老阶地地层，二元结构表现十分明显，为中、上一更新统（Q2-3）冲洗积堆物，其基底为徽成断陷盆地上第三系（N）沉积物红色砂岄岩、分布广、厚度大。场地高位水池及其附近，顶部是黄土状粉砂质粘土，含钙制结核，坡度10～20cm，层厚4m左右。(3)场地内未发生过滑坡与泥石流，西侧有一条冲沟，切割深度最大100m，勘查期间，流量为2L/s。场地地层中无软弱夹层，地下水位埋深大于10m，故地基没有发生砂土液化河淤泥的流塑变形现象。场地土为Ⅱ类土，较密实、均匀，且地形开阔平坦，基底无近期构造活动，场地为冲洪积区，地震烈度衰减较慢，场地对抗震较有利。经探测场地内无古墓穴，经勘探没有发生滑坡的可能性。16 西安建筑科技大学硕士学位论文(4)场地勘查施工中未见到地下水，个别探井中出现上层滞水，不是真正的地下水位。3.1.9地震烈度根据国家地震局1990年出版的《中国地震烈度区划图》，划定该地区地震烈[57]度为：8度。3.1.10市场分析铅锌废水循环利用工程（是年产10万t锌锭冶炼新建改扩建工程之一）运行3后，回用水日产约3178.13m。10万t/a锌冶炼技改扩建后，企业冶炼生产日用水3量需要4120m，本工程产生的所有回用水供企业生产利用外，还需每天补充新水3[58-59]941.87m，而本工程产品为水源再利用，不存在市场之风险。3.2工程设计要求3.2.1项目可行性研究的依据(1)设计中执行国家、省、市及行业的有关法律、法规、标准、规范、规定等。(2)成州锌业提供的建设污水处理循环利用工程的有关设计资料。(3)国家部委有关锌冶炼企业节能环保等标准。3.2.2设计依据(1)《室外给水设计规范》GB50013-2006(2)《室外排水设计规范》GB50014-2006(3)《建筑给水排水设计规范》GB50015-2003(4)《污水综合排放标准》GB8978-1996(5)《建筑设计防火规范》GB54016-2006(6)《重金属污水化学法处理设计规范》CECS92:973.2.3设计原则(1)设计始终围绕经济可循环发展，节省能源、减少排污为目标。工艺选择流程符合锌冶炼厂实际水处理要求，设计指标超前。(2)严格执行ISO9001-2000管理体系的要求，开展设计工作；(3)精心设计，合理布置，设计采用新技术、新工艺、新设备，关键设备成套采购引进，以保证污水处理效果。17 西安建筑科技大学硕士学位论文(4)设计中贯彻“三废”治理、“三同时”的原则，加强“三废”治理和综合利用、环境保护，使各项排放指标达到国家排放要求。(5)设计着重注重能源节约，降低浪费，压低产品成本。3.2.4处理达标后污水的用途铅锌废水循环利用系统处理后的水按照水的用途主要分为三部分：一.钠滤和工业反渗透系统处理后的水质，可以用于像冲渣和冲厕、厂区道路洒水、绿化等用水。二.工业反渗透后的清水用于工艺生产用水，可以用于像焙烧冷却水、湿法车间洗涤水，此类用水要符合水质标准才能使用（见表3-4）。表3-4工艺用水水质标准序号基本控制项目工艺用水标准1铜离子≤0.01mg/L2铅离子≤0.01mg/L3镉离子≤0.003mg/L4锌离子≤0.1mg/L5镁离子≤1mg/L6氯离子≤30mg/L7铁离子≤0.01mg/L8钙离子≤3mg/L9汞离子≤0.001mg/L10砷含量≤0.05mg/L11锰离子≤0.1mg/L12pH6.5-7.513透析淡水纯度电导≤100us/cm三.符合水质标准的经低压反渗透系统处理过的清水，主要为中、低压锅炉使[60]用用水。锅炉用水质指标标准，见表3-5。表3-5锅炉用水水质指标标准序号基本控制项目出水水质标准1电导率≤5us/cm2硬度≤0.01mmol/L3pH718 西安建筑科技大学硕士学位论文3.2.5重金属排放标准《铅、锌工业污染物排放标准》GB25466-2010于2010年10月1日起实施，之后不再执行《污水综合排放标准》GB8978-1996。《铅、锌工业污染物排放标准》[61]GB25466-2010中的企业允许排放的水污染物浓度限值，见表3-6。表3-6企业允许排放水污染物标注限值序号污染物项目单位标准限值1pH值6-92化学需氧量（CODcr）mg/L603悬浮物（SS）mg/L504氨氮(以N计)mg/L85总磷(以P计)mg/L1.06总氮(以N计)mg/L157总锌mg/L1.58总铜mg/L0.59硫化物mg/L1.010氟化物mg/L811总铅mg/L0.512总镉mg/L0.0513总汞mg/L0.0314总砷mg/L0.315总镍mg/L0.516总铬mg/L1.53.3废水工艺技术方案比选3.3.1工艺方案选择的原则和要求成州锌业对采用工艺方案的选择原则和要求是：技术先进、工艺稳定；环境保护和劳动条件好。达到较好的环保和节能目的。工艺方案要求回水能够满足生产各工序用水要求。工艺技术使用国内生产实践成熟稳定的工艺技术。19 西安建筑科技大学硕士学位论文3.3.2处理工艺方案(1)方案一：电化学法工艺废水首先经由原废水收集管网收集，污酸废水进入污酸废水调节池，其余废水进入调节池中。污酸废水经液下提升泵泵入石灰中和池中，在此阶段投加石灰乳，经石灰中和反应后泵入新建沉淀池进行初沉淀，此部分主要作用为调节污酸废水的pH值，并使污酸废水中部分重金属得到去除；上清液自流进入三级混合搅拌池，原调节池中其它废水经污水泵泵入三级混合搅拌池混合，并加入石灰乳进行2级中和反应，后自流进入1#浓密池，在1#浓密池内进行第二次沉淀，此阶段的主要作用为待处理的各种废水混合均匀，并去除其中部分重金属物质，且调节pH值至达到电化学深度处理设备的最佳运行要求；1#浓密池出水自流进入电化学深度处理设备，通过电化学深度处理设备对废水进行电解氧化、电解还原、电解絮凝等反应，将废水中的超标的重金属去除；电化学深度处理设备出水进入曝气氧化池进行曝气，并使其中的2价铁离子等充分氧化成为3价铁离子等，使其在后续的处理过程中更易沉淀，出水能够达到工艺设计要求；曝气氧化池出水经污水提升泵泵入2#浓密池中进行最终沉淀，上清液自流至排放渠达标排放或通过管道和阀门的控制自流进入回用水池待回用。本项目中药品的投加分为石灰乳投加、聚丙烯酰胺投加和硫酸投加。石灰乳投加点分别为石灰中和池内，三级混合搅拌池第一级反应池内；聚丙烯酰胺投加点分别为新建沉淀池前静态管道混合器、三级混合搅拌池第三级反应池内、2#浓密池前静态管道混合器加药管进口；硫酸投加点为1#浓密池出水管后静态管道混合器加药口上。电化学法工艺流程，详见图3-120 西安建筑科技大学硕士学位论文图3-1电化学法工艺流程图电化学法工艺特点：[62]①在工艺设计时，有较大的灵活性、可调性，适应水量、水质的周期变化；②利用现有集水管网、储水池、中和池、石灰乳投加系统等设施，对混合废水进行预处理。中和之后的上清液进电化学处理系统，进行深度处理。③废水以保证达标为宗旨，以实现回用为目标。(2)方案二：生物制剂+电絮凝工艺废水外排生物制剂深度处理工艺线，并配套电解絮凝工艺。废水分质分流并进行深度处理，回收水中微量重金属，实现废水稳定达标排放。将回用后剩余外排水，通过生物制剂、电解絮凝及湿地公园使外排水达到稳21 西安建筑科技大学硕士学位论文定达标排放。生物制剂+电絮凝工艺流程，详见图3-2图3-2生物制剂+电絮凝工艺流程图生物制剂+电絮凝工艺特点：通过植物、生物的降解作用，对水中的大量盐分和残余氢氧化钙、硫酸钙以及少量的铅、锌、铜、镉、氟化物、有机物、氨氮等进行吸附、降解，实现废水的深度高效净化，实现良好的生态效果，实现功能性和景观性相结合，创建环境优雅、人与自然和谐共生的环境。(3)方案三：二段中和-铁盐法-微滤-钠滤-工业反渗透工艺一段石灰石中和法处理污酸，二段硫化法处理污水，三段自石灰-铁盐法-初级3膜过滤与组合膜过滤工艺法进行污水处理。3360m/d废水进入污水调节池，经石灰-铁盐法处理后，污水达到国家排放标准后，回用废水要用膜过滤系统再处理，膜过滤采用工艺是微滤、超滤、钠滤及工业反渗透，反渗透工艺处理过的污水，已经可以用于生产回用水。以上工艺出水稳定，工艺可靠、技术成熟，循环利用22 西安建筑科技大学硕士学位论文废水资源。具体工艺流程选择如下：一段处理工艺用石灰石中和法，处理硫酸车间排出的污酸，中和完的污酸送至污酸贮槽，与槽内浓度为20%的石灰石乳进行中和。在去除大部分污酸后，把污酸的pH值中和至2～3,中和后的浆液流进浓密机，进入二段硫化处理。浓密机底流用泵扬至压滤机，经压滤脱水后，得到石膏渣（含水70%），外运至渣场暂时存放，压滤机出水也进入二段硫化处理。主要反应如式3-1：CaCO3+H2SO4+H2O=CaSO4•2H2O↓+CO2（3-1）二段处理工艺采用硫化工艺，主要处理一段的pH值2～3的污酸废水，去除砷、汞等。中和水池内的污酸废水，用水泵送进硫化氢吸收塔，从硫化氢吸收塔之后送到一段硫化氢反应槽，反应槽中投加硫化钠溶液，pH值控制在≤5，反应后溶液自流进浓密机，出水自流至一段硫化池，调节水量是一段硫化池的唯一作用，浓密机中的泥浆用泵加压送至压滤机压滤，压滤后产生出的砷渣送安全渣堆场暂时存放，压滤机压滤后的滤液送回到浓密机，与浓密机中的废水混合；废水从一段硫化池内用泵送至二段硫化，即进入二段硫化氢反应槽，之后投加硫化钠溶液，pH值在反应过程中不大于9，出水自流至浓密机，出水自流至二段硫化池，调节水量是二段硫化池的唯一作用，浓密机中的泥浆用泵加压送至压滤机压滤，压滤后产生出的汞渣送安全渣堆场暂时存放，压滤机压滤后的滤液送回到浓密机；二段硫化池内污水用泵再送入三段反应槽，在反应槽内投加石灰乳溶液和硫酸铝溶液，pH值在反应过程中不大于12，出水自流至浓密机，出水进入污水调节池后，等待三段处理工艺处理废水。污酸反应过程中产生的硫化氢气体，使用密闭管道收集后，由引风机送至硫化氢吸收塔，再进入酸性气体净化塔，之后喷淋氢氧化钠溶液去除硫化氢气体，电脑检测硫化氢气体排放量，如不达标，将氢氧化钠循环槽内溶液放置硫化钠储槽内，再充入氢氧化钠溶液中和。该工序去除污水中大部分的砷、汞重金属离子，反应过程中主要生成砷渣、汞渣（含水率均在70%）等。主要反应如式3-2、3-3、3-4、3-5、3-6：3Na2S+3H2SO4+2HAsO2=As2S3↓+3Na2SO4+4H2O（3-2）Na2S+H2SO4=H2S↑+Na2SO4（3-3）2++Hg+Na2S→HgS↑+2Na（3-4）H2SO4+Ca(OH)2→2H2O+CaSO4↓（3-5）2Ca(OH)2+As2O3→Ca2As2O5↓+2H2O（3-6）三段处理工艺污水处理采用石灰-铁盐法-初级膜过滤与组合膜过滤。把二段污23 西安建筑科技大学硕士学位论文水调节池中的废水，用泵提升至一级中和槽，在槽内汇入硫酸亚铁、氢氧化钙、聚丙烯酰胺反应溶液，pH值控制在7左右，出水自流进氧化槽，槽内通入压缩空气，把三价砷、二价铁离子分别氧化成五价砷、三价铁离子。从氧化槽出来后自流至二级中和槽，电脑检测二级中和槽pH，根据检测值投加氢氧化钙溶液的量，二级中和槽的pH值是在8～9之间，出水后进入中间水池，出水后用泵提升至初级膜过滤器，初级膜过滤器处理废水时，通过调酸将pH值调至6.5后的上清液后送至组合膜，在经组合膜过滤分离系统（微滤（MF）＋纳滤（NF）＋反渗透（RO））处理，组合膜过滤分离系统处理后清水回用，用于锌冶炼系统及制酸系统生产用水。初级膜过滤底流进污泥池，经泵加压送压滤机压滤，渣外运渣场暂时存放，压滤机回水也进入组合膜过滤系统。主要反应如式3-7～3-19：Ca(OH)2+H2SO4→2H2O+CaSO4↓（3-7）Ca(OH)2+As2O3→Ca(AsO2)2↓+H2O(As>7mg/L时)（3-8）2Ca(OH)2+As2O3→2Ca(OH)AsO2↓+H2O(As<7mg/L时)（3-9）2+-Fe+2OH=Fe(OH)2↓（3-10）2FeSO4+1/2O2+H2SO4=Fe2(SO4)3+H2O（3-11）3+-Fe+3OH=Fe(OH)3↓（3-12）4Fe(OH)2+O2+2H2O=4Fe(OH)3（3-13）2H3AsO3+O2=2H3AsO4（3-14）Ca(OH)2+ZnSO4=Zn(OH)2↓+CaSO4↓（3-15）Ca(OH)2+CdSO4=Cd(OH)2↓+CaSO4↓（3-16）Ca(OH)2+PbSO4=Pb(OH)2↓+CaSO4↓（3-17）3-3+AsO4+Fe→FeAsO4↓（3-18）3--AsO4+Fe(OH)3→FeAsO4↓+3OH（3-19）二段中和-铁盐法-微滤-钠滤-工业反渗透工艺流程，详见图3-3。24 西安建筑科技大学硕士学位论文污酸污酸贮槽石灰石制备石灰石投配槽中和槽浓密机板框压滤石膏渣上清液底流滤液硫化钠制备放空中和水池硫化钠储液槽酸性气体净化塔硫化氢吸收塔一段硫化氢反应槽底流滤液浓密机板框压滤砷渣硫酸铝制备石灰乳高位投加槽二段硫化氢反应槽底流滤液浓密机板框压滤汞渣反应槽底流滤液浓密机板框压滤滤渣氢氧化钙制备污水调节池其他工序污水硫酸亚铁制备聚丙烯酰胺制备一级中和槽压缩空气氧化槽二级中和槽底流浓液滤液盐酸储槽初级膜过滤板框过滤滤渣组合膜过滤系统滤渣回水箱回水池清水高位回水水池图3-3工艺流程简图废水处理工艺特点铅锌废水处理分为污酸和污水的处理，污酸的处理工艺是一段石灰中和和二25 西安建筑科技大学硕士学位论文段硫化法去除砷、汞重金属，污水的处理工艺是三段石灰-铁盐法-初级膜过滤与组合膜过滤。①三段污水处理工艺中，重金属锌、铅、砷的pH值控制在9就可以去除，重金属镉的pH值控制在11才可以去除。②石灰中和采用湿投法，相比于干投法设备多，但投药量少、反应迅速，投入为理论值1.1倍。采用碳酸钙中和废水的一段中和，既能中和废水，也能回收脱水性能较好的石膏副产品，以防止二次污染，还降低成本。③二段采用硫化工艺，根据金属硫化物溶度积大小，溶解度越小越容易产生沉淀，溶解度析出次序：二价汞离子→银离子→三价砷离子→铅离子→镉离子→[30]锌离子，越靠前的金属溶解度越小。④硫化工艺在酸性环境中反应，设计量为理论量1.3倍。硫化钠必须根据生产实际调整用量，硫化钠过量就有硫化氢气体逸出的危险；采用浸没式加料方式的硫化钠溶液，使硫化钠和污酸混合充分，反应充分；对于反应出的硫化氢采用吸收塔和酸性气体净化塔两级硫化氢吸收设备，吸收塔先用污酸吸收废气中的硫化氢，酸性气体净化塔作用，氢氧化钠溶液与废气中残留的硫化氢反应。⑤在使用铁盐作混凝剂时，应该考虑溶解度的因素，溶解度越小，就越容易-16、产生沉淀，混凝效果越好，氢氧化二铁溶度积为4.8×10，而氢氧化三铁溶度积-38为3.8×10，氢氧化二铁水解溶解度比氢氧化三铁大。pH值＞8.5，氧气将二价铁离子氧化成三价铁离子，氢氧化三铁絮体能迅速吸附沉降物，沉淀效果提高。用硫酸亚铁做药剂，运行费用低。⑥混凝剂是通过混凝过程向水体投加特定药剂，使水中细小颗粒和胶体物质脱稳后互相聚合，自然沉淀到一定程度从水中去除。混凝剂包括絮凝剂和助凝剂。絮凝剂的作用是通过胶体颗粒表面电荷，使颗粒脱稳，经过碰撞、范德华引力等作用，结合、聚集，便于从水中分离。助凝剂是改善或强化混凝过程，投加的辅助药剂，不同的原理有不同的的用途。简单的讲投加混凝剂能使悬浮物脱稳，悬浮物聚集成絮凝体，沉淀更完全，沉淀时间更短。混凝剂只是一个统称，有很多种类，比如硫酸铝是无机絮凝剂、硫酸亚铁是无机絮凝剂、聚丙烯酰胺是有机高[63]分子絮凝剂。盐酸是助凝剂，作用是调整出水的pH值。⑦三段二段出水pH值控制在8～9，出水如果控制在pH>10后，砷酸根和亚砷酸根离子能和氢氧根置换，一部分砷能反溶于水。⑧一段中和法出水的pH值控制在2～3，废水反应时间控制在1h，三段二段26 西安建筑科技大学硕士学位论文出水pH值控制在8～9，砷铁比=10，反应时间控制在9.5min。⑨处理后的回水，循环使用，节约用水。废水中产生的污泥，经压滤机后，产生滤渣，统一送往成县环保专用渣场。⑩防止含有钙离子的浆液堵塞管道，尽量减少管道的输送距离；选取较小的浆液浓度；优化管道设计，浆液管道选取设计允许的范围较大管径，管道尽可能走直线，减少弯头布置。3.3.3工艺方案比较电化学法出水指标较好，能源指标消耗太大，广泛推广被限制。生物处理法出水指标较好，操作复杂，工艺参数要求精细不宜控制，生产费用较高。生产实践证明对于铅冶炼废水波动较大的情况下，工艺化运行存在一定困难。不同重金属离子的去除对应不同pH值，要让多种重金属在不同pH值中去除，废水出水还得一次达标，重金属分段处理工艺。部分重金属离子产生沉淀的pH值范围，见表3-7。表3-7部分重金属离子产生沉淀的pH值范围序号离子种类pH值范围序号离子种类pH值范围3+2+1Al5.5～8.05Fe5.0～12.02+3+2Ca>10.56Fe9.0～12.02+2+3Pb9.0～9.57Cd10.5～12.02+4Zn9.0～10.5现行铅锌冶炼行业重金属废水处理，主要使用以下四种工艺：分别是一段中和+混凝剂；二段中和；电絮凝+膜分离技术；二段中和+组合膜技术。工艺优缺点比较，见表3-8：表3-8四种工艺优缺点比较工艺名称回用水量回用水质浓水消化处理成本1一段中和+混凝剂45～55%差好低2二段中和55%差好低3电絮凝+膜分离技术65%好差高4二段中和+组合膜技术95%好好高公司铅锌冶炼工艺流程复杂，生产中产生重金属废水，冶炼厂位处于水资源匮乏地区，公司唯一的选择就是实现废水的回用。经技术、经济、回用水效果比较，最后采用二段中和+组合膜分离技术工艺处27 西安建筑科技大学硕士学位论文理冶炼废水，推荐选用方案三，此工艺有以下几点优点:(1)该套工艺可达到零排放；[64](2)出水水质达到低压锅炉补给软化水的使用标准；(3)能回收高品位锌泥，工艺投资收益率高，投资回收期见效也快；[65](4)系统自控程度高、运行稳定、运行成本低。污酸成分中有重金属汞，考虑到处理效果，选用硫化钠处理工艺。单纯的采用石灰沉淀法除砷，出水水质达不到国家标准，所以污水在一段中和后氧化，二段再使用石灰-铁盐法去除污水中的砷离子。通入氧气，能把二价铁离子氧化成三价铁离子、三价砷离子氧化成五价砷离子，氢氧化物对五价砷离子的去除效果要好过三价砷离子的去除效果好。镉在pH值10.5～11是沉淀效果最好，pH值控制在11去除镉，再调到调至6.5送至组合膜。28 西安建筑科技大学硕士学位论文4工程设计4.1工艺流程成州锌业冶炼厂地处成县南河的上游抛沙填（南河水横贯县城），建设在城市的上游，而当地政府要求：污水必须经过处理，减少排放量，并且要将排污口设在城市河流下游，出于企业可持续发展的要求，根据本工程实际污酸及污水中的成份，锌冶炼对生产用水的实际要求，对生产的水质、水量进行分析，还要清楚回用水的用途.在这次10万吨锌冶炼技改扩建工程中，新增和原有铅锌废水都按工艺流程简图处理，该项目采用了不同的方法进行处理。整个处理系统采用了化学法（中和槽、硫化氢反应槽）、膜分离法（初级膜过滤、组合膜过滤系统）。本工程推荐方案选择，二段中和-铁盐法-微滤-钠滤-工业反渗透，工艺流程图详见3-3。另外，对本项目铅锌废水处理项目的进行一些解释，即本项目新建铅锌废水处理站在原有铅锌废水处理站（此次加以改造）基础上，新增硫化工艺及组合膜过滤工序。所以，在处理过程中污酸的处理分别按处理规模进入原有的污酸处理系统（此次加以改造），和新建的铅锌废水处理系统进行中和处理，两部分处理后的污酸后液全部进入新建的硫化工序，经硫化处理后，酸性污水按新建污水处理规模与原有的污水处理规模分别进入原有与新建污水处理工序（原有工艺进行改造）进行处理，最后全部污水又汇合一起进入组合膜过滤，进行最终处理。得到满足工艺生产用水。从压滤机产生的滤渣，在厂内渣场堆存一定数量后，统一送往成县环保专用渣场。4.2废水水处理药剂用量及渣量4.2.1药剂用量(1)碳酸钙：粒径要求≤200目，纯度不低于93%，用量：34.73t/d；(2)氢氧化钙：粒径要求≤200目，纯度不低于85%，用量：8.85t/d；(3)硫化钠：纯度不低于93%，用量：0.41t/d；(4)氢氧化钠：纯度不低于93%，用量：0.15t/d；(5)硫酸亚铁：纯度不低于93%，用量：0.28t/d；(6)PAM：纯度100%，用量2.52kg/d；29 西安建筑科技大学硕士学位论文4.2.2渣量(1)砷渣：0.42t/d(含水率为70%)；(2)石膏渣：188.4t/d(含水率为70%)；(3)汞渣：3.0t/d(含水率为70%)；(4)滤渣：68.0t/d(含水率为70%)；30 西安建筑科技大学硕士学位论文4.3水平衡33年产10万吨锌冶炼技改扩建工程，污水总量为3360m/d，经铅锌废水循环处理站处理后，日产回水约3178.13m/d，详见图4-1水平衡关系图。3污酸处理后液135m/d3硫酸车间280m/d3浸出车间780m/d氢氧化钙制备、硫酸亚铁制备、聚丙烯酰胺制备氢氧化钙制备3净液镉回收车间350m/d接自厂区压缩空气管333333电解车间260m/d3360m/d污水调节池3360m/d一级中和槽3360m/d氧化槽3360m/d二级中和槽3360m/d3化学水处理380m/d333冲洗地坪水180m/d回用水(3178.13m/d)3178.13m/d3333初期雨水230m/d3360m/d组合膜过滤系统3360m/d初级膜过滤系统3360m/d333不可予见污水565m/d渣带走水（181.87m/d）181.87m/d图4-1水平衡关系图31 西安建筑科技大学硕士学位论文4.4单体构筑物设计介绍的单体构筑物，都是此次新建改扩建工程新建的铅锌废水处理构筑物。4.4.1污酸处理主要构筑物和设计参数(1)污酸储槽：主要适用于储存污酸。设计参数：污酸停留时间控制在4h，一般增加调节量20%，池体的有效容积：3V=QT=11.1×4×1.2=53.28m；取总高H=h1+h2=4.2+0.5=4.7m，其中有效水深2h1=4.20m，超高h2=0.5m，池表面积A=V/h1=53.28/4.20=12.68m，钢衬胶储槽D=0.50.5（4A/π）=（4×12.68/3.14）=4m。2233储槽的净尺寸：V总=πDH/4=3.14×4×4.7/4=59.03m，储槽型号选60m，Φ4000mm。(2)污酸提升泵：输送泥浆和具有不同杂质的污水，在输送含腐蚀性液体和硫酸方面性能优良。3设计参数：型号：32FUH-20，流量：Q=8.0m/h，扬程：H=23m，电机功率：3.0kW/台。(3)污酸中和槽：石灰石与污酸发生中和反应的地方。设计参数：污酸反应槽数量：1座；停留时间控制在1h。3净尺寸：V=22.0m，Φ3150mm×3150mm。(4)石灰石浆化槽：以保证中和处理的使用。设计参数：每天投加石灰石34.73t/d，实际投加量比理论值多1.1倍，石灰石在石灰石浆化槽中浓度配比为40%。每天配置一次石灰石。3净尺寸：计算容积V=43.4m。石灰石浆化槽设置2个，2座石灰石浆化槽交3替使用，均有辅助搅拌装置，单槽净尺寸V=22.0m，Φ3150mm×3150mm。(5)石灰高位投加槽:石灰石配比浓度为20%，石灰高位投加槽数量1个，净3尺寸：V=11.2m，Φ2500mm×2500mm。(6)硫化氢反应槽：利用硫化钠与酸性污水进行中和反应，并与污水中重金属离子形成难溶于水的硫化物，以便将其更好的降解分离出来。设备表中的序号为13硫化氢反应槽为例：设计参数：停留时间30min，硫化氢反应槽数量：2个，2座硫化氢反应槽交替使用，均有辅助搅拌装置。3硫化氢反应槽的净尺寸：单槽容积V=11.2m，Φ2500mm×2500mm。32 西安建筑科技大学硕士学位论文(7)浓密机：固重为10%～20%的泥浆经过重力沉降、浓缩，变为固量为45%～55%的底流泥浆，使增稠的泥浆从浓密机底部的底流口卸出。以NZ-9浓密机为例：3设计参数：设计流量Q=11.1×24=266.4m/d；污泥浓度C=6g/L；浓缩后含水297%；浓缩时间T=18h；浓缩池固体通量M=30Kg/(m·d)；浓缩池数量：1座；浓2缩池池型：圆形幅流式。面积A=QC/M=266.4×6/30=53.28m；0.50.5直径D=（4A/π）=（4×53.28/3.14）=8.2m，取Φ9000；总高度:工作高度h1=TQ/(24×A)=16×266.4/(24×53.28)=3.33m,h2=0.3m是超高，h3=0.3m是缓冲层高[66]度总高度：H=h1+h2+h3=3.33+0.3+0.3=3.93m。颗粒物沉降速度Vs大于表面负荷q时，才能沉降到池底，并且完成固液分离，浓密池表面负荷：3232q=0.17m/（m·h），所以Vs>q=0.17m/（m·h）。浓缩池的净尺寸:Φ9000mm×4000mm；电机功率：3.0kW/台。(8)一段硫化池：调节水量的作用。设计参数:停留时间控制在9h，一般增加调节量20%，池体的有效容积：33V=QT=11.1m/h×9×1.2=119.88m；取总高H=h1+h2=3.0+0.5=3.5m，其中有效水深2h1=3.0m，超高h2=0.5m，池表面积A=V/h1=119.88/3=39.96m。一段硫化池数量：1座。一段硫化池的尺寸：池长取L=8m，池宽取B=5m，池子尺寸L×B×H=8m×5m×3.5m。(9)二段硫化池：调节水量的作用。设计参数:停留时间控制在9h，一般增加调节量20%，池体的有效容积：33V=QT=11.1m/h×9×1.2=119.88m；取总高H=h1+h2=3.0+0.5=3.5m，其中有效水深2h1=3.0m，超高h2=0.5m，池表面积A=V/h1=119.88/3=39.96m。二段硫化池数量：1座。二段硫化池的尺寸：池长取L=8m，池宽取B=5m，池子尺寸L×B×H=8m×5m×3.5m。(10)中和水池：只是具备调节水量和水质作用。设计参数：停留时间控制在4.5h，一般增加调节量的15%，池体的有效容积：3V=QT=11.1×4.5×1.15=57.44m；取总高H=h1+h2=3.0+0.5=3.5m，其中有效水深2h1=3.0m，超高h2=0.5m，池表面积A=V/h1=57.44/3=19.15m。中和水池数量1座。中和水池的尺寸:池长取L=5m，池宽取B=4m，池子尺寸33 西安建筑科技大学硕士学位论文L×B×H=5m×4m×3.5m。(11)铝盐制备槽：经计算，需要铝盐量0.46t/d，铝盐浓度8.5%，池体的有效3容积：V=5.41m。3铝盐制备槽设置2个，单槽净尺寸取V=5.6m，Φ2000mm×2000mm。每天配置一次铝盐，2座铝盐制备槽交替使用。(12)硫化钠溶解槽：计算硫化钠需要0.41t/d，硫化钠浓度7.5%，有效容积：3V=5.47m。3硫化钠溶解槽设置1个，单槽净尺寸取V=5.6m，Φ2000mm×2000mm。每天配置一次硫化钠。(13)氢氧化钠储备槽：计算氢氧化钠需要0.15t/d，氢氧化钠浓度9%，有效3容积：V=5.6m。3氢氧化钠溶解槽设置1个，单槽净尺寸：V=5.6m，Φ2000mm×2000mm。(14)板框压滤机：用于固体和液体的分离。因为压滤机过滤后的泥饼的分离效果，比其它分离设备效果明显。固液分离的基本原理是：混合液流如滤布，固体隔离在滤布上，在滤布上慢慢的堆积形成泥饼。而滤液透过滤布后，就是不含[67]污泥的液体。该工程污泥（石膏）呈稀稠糊状，透水性很差，流动性较好，板框压滤机脱水要好于带式压滤机效果。设备表中序号为16板框压滤机为例：3含水率是70%，泥饼量是48m，[67]2按20mm考虑计算滤饼最大厚度，过滤面积计算：A=48/0.02=2400m，2选用过滤面积：F=200m，板框压滤机数量：3台，每天工作4次；电机的功率：4.0kW/台。(15)自吸泵：离心泵的一种，特点是吸水管路内不用存水，用时就可把水抽上来。3设计参数：流量：Q=8.5m/h，扬程：H=26m；电机功率：5.5kW/台。(16)硫化氢吸收塔:吸收反应中过量的硫化氢气体。设计参数：直径：Φ1200mm，扬程：H=6000mm(17)酸性气体净化塔：吸收残留的硫化氢气体。4.4.2污水处理部分设计(1)污水调节池：调节作用，调节突发水量。34 西安建筑科技大学硕士学位论文设计参数：停留时间控制在4h，增加调节量的10%，池体的有效容积：3V=QT=140×4×1.10=616m；取总高H=h1+h2=5.0+0.5=5.5m，其中有效水深2h1=5.0m，超高h2=0.5m，池表面积A=V/h1=616/5=123.2m。污水调节池的尺寸:池长取L=18m，池宽取B=7m，池子尺寸L×B×H=18m×7m×5.5m。(2)一级中和槽：中和废水的构筑物。3设计参数：停留时间9.5min，池的有效容积：V=QT=140×0.15=22.1m；取总高H=h1+h2=2.85+0.3=3.15m，其中有效水深h1=2.85m，超高h2=0.3m，池表面积2A=V/h1=42/2.85=14.74m。一级中和槽数量：两座，一级中和槽轮换使用。(3)二级中和槽：中和废水的构筑物。3设计参数：停留时间9.5min，池的有效容积：V=QT=140×0.15=22.1m；取总高H=h1+h2=2.85+0.3=3.15m，其中有效水深h1=2.85m，超高h2=0.3m，池表面积2A=V/h1=42/2.85=14.74m。二级中和槽数量：两座，二级中和槽轮换使用。3每个槽的净尺寸：取V=22.0m，Φ3150mm×3150mm。(4)氧化槽：槽内通入压缩空气，把三价砷、二价铁离子分别氧化成五价砷、3三价铁离子。氧化槽尺寸：取V=22.0m，Φ3150mm×3150mm。(5)事故池：是发生突发事故、日常检修等情况下，暂时贮存废液的水池。3设计参数：停留时间：1h，事故池的有效容积：V=QT=140×1=140m；取总高H=h1+h2=4.0+0.5=4.5m，其中有效水深h1=4.0m，超高h2=0.5m，池表面积2A=V/h1=140/4=35m。事故池数量：1座。事故池的尺寸：池长取L=5m，池宽取B=7m，池子尺寸L×B×H=5m×7m×4.5m。(6)中间水池：调节作用。设计参数：停留时间：1.5h，增加15%的调节量，水池的有效容积：3V=QT=140×1.5×1.15=241.5m；取总高H=h1+h2=4.0+0.5=4.5m，其中有效水深2h1=4.0m，超高h2=0.5m，池表面积A=V/h1=241.5/4=60.4m。中间水池数量1座。中间水池的尺寸：池长取L=8.7m，池宽取B=7m，池子尺寸L×B×H=8.7m×7m×4.5m。(7)回水池：收集处理后的水，循环回用；还可以作为监测水池，方便监测水质。设计参数：停留时间：2h，增加15%的调节量，水池的有效容积：3V=QT=140×2×1.15=322m；取总高H=h1+h2=4.0+0.5=4.5m，其中有效水深h1=4.0m，35 西安建筑科技大学硕士学位论文2超高h2=0.5m，池表面积A=V/h1=322/4=80.5m。回水池数量：1座。回水池的尺寸：池长取L=11.7m，池宽取B=7m，池子尺寸L×B×H=11.7m×7m×4.5m。(8)聚丙烯酰胺制备槽：投药量：4mg/L,浓度是0.55%，每2天配置1次聚丙[67]63烯酰胺，制备槽的有效容积：V=3600×2×4/(10×0.55%)=5.24m。3聚丙烯酰胺制备槽净尺寸：V=5.6m，Φ2000mm×2000mm。所需制备槽体积小，制备槽设置1个，投药、溶解都在1座制备槽中完成。聚丙烯酰胺溶解时，水解时间是48h。(9)铁盐制备槽：经计算，需要硫酸亚铁0.28t/d，硫酸亚铁浓度5%，有效容3积：V=5.6m。3铁盐制备槽数量：2个，每个槽净尺寸：V=5.6m，Φ2000mm×2000mm。每天配置一次铁盐，2座铁盐制备槽交替使用。(10)石灰乳制备槽：经计算，需要石灰乳8.85t/d，石灰乳浓度13.5%，有效3容积：11m。3石灰乳制备槽数量：2个，每个槽净尺寸：V=11.2m，Φ2500mm×2500mm。每天配置6次石灰乳，2座石灰乳制备槽交替使用。4.5设备一览表设备一览表，见表4-1。表4-1设备一览表序单数附电动机设备名称型号及规格备注号位量(kW/台)新铅锌废水处理系统31污酸储槽V60mΦ4000mm台1钢衬胶3232FUH-20型污酸提升泵Q=8.0m/hH=23m台23.0一用一备3V22.0mH3.15m3BCA-3150污酸反应槽台17.5钢衬胶Φ3150mm4NZ-9浓密机Φ9000mmH4.0m台13.0钢衬胶35100FUH-40S污泥底流泵Q=80m/hH55m台245一用一备26板框压滤机F=200m台34.0同时运行自动储泥斗37V12mH3.2m台33932FUH-20石灰石输送泵Q=8.0m/hH23m台23.0一用一备36 西安建筑科技大学硕士学位论文序单数附电动机设备名称型号及规格备注号位量(kW/台)3V22.0mH3.15m8BCA-3150石灰石浆化槽台27.5钢衬胶Φ3150mm3V11.2mH2.5m10BCA-2500石灰高位投加槽台14.0钢衬胶Φ2500mm3112.4PP40FWB-A自吸泵Q=8.5m/hH26m台25.5一用一备12硫化氢吸收塔Φ1200H=6000mm台1玻璃钢3V11.2mH2.5m钢衬胶加13BCA-2500硫化氢反应槽台24.0Φ2500mm密封盖钢衬胶加14NZ-6浓密机Φ6000mmH3.5m台11.1密封盖31540FUH-50污泥底流泵Q=2.0m/hH55m台211一用一备216板框压滤机F25m台22.2同时运行317自动储泥斗V4.5mH1.85m台23182.4PP40FWB-A自吸泵Q=8.5m/hH26m台25.5一用一备3V11.2mH2.5m19BCA-2500硫化氢反应槽台24.0钢衬胶Φ2500mm20NZ-6浓密机Φ6000mmH3.5m台21.1钢衬胶32140FUH-50污泥底流泵Q2.0m/hH55m台211一用一备222板框压滤机F=20m台22.2同时运行323自动储泥斗V4.5mH1.85m台23242.4PP40FWB-A自吸泵Q=9.0m/hH26m台25.5一用一备3V11.2mH2.5m25BCA-2500硫化氢反应槽台24.0钢衬胶Φ2500mm26NZ-6浓密机Φ6000mmH3.5m台11.1钢衬胶32740FUH-50污泥底流泵Q2.0m/hH55m台211一用一备228板框压滤机F=20m台22.2同时使用329自动储泥斗V4.5mH1.85m台233132FUH-20硫化钠提升泵Q5.0m/hH25m台22.2一用一备330BCA-2000硫化钠溶解槽V5.6mH2.0m台12.2钢衬胶加37 西安建筑科技大学硕士学位论文序单数附电动机设备名称型号及规格备注号位量(kW/台)Φ2000mm密封盖3V5.6mH2.0m钢衬胶加32BCA-2000硫化钠储液槽台12.2Φ2000mm密封盖33332FUH-20硫化钠投加泵Q5.0m/hH25m台22.2一用一备34酸性气体净化塔Φ1200mmH=6.2m台1玻璃钢3V11.2mH2.5m35氢氧化钠循环槽台2钢衬胶Φ2500mm33632FUH-20氢氧化钠循环泵Q5.0m/hH25m台23.0一用一备3V5.6mH2.0m37氢氧化钠储备槽台1钢衬胶Φ2000mm33832FUH-20氢氧化钠投加泵Q5.0m/hH25m台23.0一用一备3392.4PP40FWB-A自吸泵Q=30m/hH26m台43.0三用一备3V22.0mH3.15m40BCA-3150一级中和槽台27.5钢衬胶Φ3150mm3V22.0mH3.15m41BCA-3150氧化槽台27.5钢衬胶Φ3150mm3V22.0mH3.15m42BCA-3150二级中和槽台27.5钢衬胶Φ3150mm3432.4BXG100FWB-C中间加压泵Q60m/hH60m台537四用一备244膜过滤器F=54m台43452.4T80WFB-C污泥底流泵Q60m/hH53m台218.5一用一备246板框压滤机F=180m台24.0同时运行347自动储泥斗V8.0mH2.75m台2348回水泵Q=206m/hH46m台237一用一备3V11.2mH2.5m49BCA-2500石灰高位投加槽台14.0钢衬胶Φ2500mm35232FUH-20石灰乳输送泵Q5.0m/hH25m台22.2一用一备350回水箱V40m台138 西安建筑科技大学硕士学位论文序单数附电动机设备名称型号及规格备注号位量(kW/台)LxBxH=4000x3000x30003V11.2mH2.5m51BCA-2500石灰乳制备槽台24.0钢衬胶Φ2500mm3V5.6mH2.0m53BCA-2000铁盐制备槽台24.0钢衬胶Φ2000mm547440铁盐计量泵Q750L/hH46m台20.37钢衬胶3V5.6mH2.0m55BCA-2000铝盐制备槽台24.0钢衬胶Φ2000mm567440铝盐计量泵Q750L/hH46m台10.37一用一备3BCA-1250聚丙烯酰胺V5.6mH2.0m材质聚57台14.0制备槽Φ2000mm丙烯58680聚丙烯酰胺计量泵Q70L/hH100m台20.37一用一备3592.4PP80FWB-C自吸泵Q=50m/hH26m台311二用一备60储气罐Φ1200mm台1PPZC型材质聚61盐酸储槽个1Φ1420x1400mm丙烯36232FUH-20酸提升泵Q5.0m/hH25m台23.0一用一备63电动葫芦CD13-6D台54.5+0.4F9-19Na5A364酸性气体净化塔送风机Q=2800m/h台26.4玻璃钢P=5000Pa原铅锌废水处理系统(本次改造)31污酸贮槽V60mΦ4000mm台13232FUH-20-6/23-U型污酸提升泵Q6m/hH23m台23.0一用一备3BCA-2000型中和槽Φ2000mmH2.0m台24.0同时工作4NC2-6.0型浓密机Φ6000mmH3.25m台11.135NDP-40BSC型浓密机底流泵Q5.71m/hH51m台2一用一备6BCA-2500型石灰石浆化槽Φ2500mmH2.5m台27.5同时工作39 西安建筑科技大学硕士学位论文序单数附电动机设备名称型号及规格备注号位量(kW/台)37NDP-20BPC型石灰石输送泵Q2.33m/hH22m台2一用一备28XAJZ100/1000-U型压滤机F100m台21.5同时工作3950FYUA-28型污水提升泵Q15.25m/hH30m台27.5一用一备10BCA-2500型一级中和槽Φ2500mmH2.5m台17.511BCA-2500型氧化槽Φ2500mmH2.5m台17.512BCA-2500型二级中和槽Φ2500mmH2.5m台17.513NC2-9.0型沉淀池Φ9000mmH3.8m台14.0314NDP-25BPC型沉淀池底流泵Q3.9m/hH25m台2一用一备315NDP-40BPC型沉淀池回流泵Q11.7m/hH28m台2一用一备16NC2-4.5型浓缩池Φ4500mmH3.3m台11.1317NDP-20BPC型浓缩池底流泵Q2.33m/hH42m台2一用一备218XAJZ30/630-U型压滤机F30m台21.5同时工作19BCA-1600型硫酸亚铁输送泵Φ1600mmH1.6m台22.2同时工作20FL25A-125型硫酸亚铁输送泵Φ1600mmH1.6m台21.1一用一备21BCA-2000型石灰乳制备槽Φ2000mmH2.0m台24.0同时工作322NDP-15FPC型石灰乳输送泵Q11.7m/hH28m台2一用一备23BCA-1600型予碱化槽Φ2500mmH2.5m台17.5BCA-1600型聚丙烯酰胺24Φ1600mmH1.6m台22.2同时工作制备槽FL25A-125型聚丙烯酰胺325Q0.5m/hH16m台21.1一用一备输送泵32680FZU-32-46/29K型回水泵Q46m/hH28m台211一用一备327回水箱V40m台128CD13-6D电动葫芦Q3tH6m台24.5+0.429CD11-6D电动葫芦Q1tH6m台11.5+0.230贮气罐Φ1400mmH4.41m台131洗滤布机台12.040 西安建筑科技大学硕士学位论文4.6工程组成和工程设计本工程是：建设年产10万吨锌锭改扩建项目之一的工程，铅锌废水处理工艺新建8个子项。分别为：改扩建原有生产铅锌废水处理站、新建一套生产铅锌废水处理站、新建地埋式生活污水处理站、地下污酸污水综合管网、回水泵房、回水高位水池、回水系统综合管网及铅锌废水处理站变配电所。4.6.1新建建筑一览表2新建建筑一览表，详见表4-2。总建筑面积：6140m。4.6.2工程设计(1)一段石灰石中和法处理污酸的流程，见图4-2。(2)二段硫化法处理废水的流程，见图4-3。(3)三段石灰-铁盐法-微滤-钠滤-工业反渗透废水处理的工艺，见图4-4。41 西安建筑科技大学硕士学位论文表4-2新建建筑一览表序简图或外形尺寸建筑安耐火抗震设防建筑面积建筑名称建筑结构形式备注2号长、宽、高（m）全等级等级烈度（m）1污酸污水处理站（1）处理车间84×19.5×21Ⅱ二84260条形基础或基础梁钢筋混凝土结构3（2）中和水池5×4×3.5Ⅱ二820C20钢筋混凝土现浇结构，容积70m3（3）一段、二段硫化池8×5×3.5Ⅱ二840C20钢筋混凝土现浇结构，容积140m3（4）污水调节池18×7×5.5Ⅱ二8126C20钢筋混凝土现浇结构，容积693m3（5）事故池5×7×4.5Ⅱ二835C20钢筋混凝土现浇结构，容积157.5m3（6）污泥池5.7×7×4.5Ⅱ二839.9C20钢筋混凝土现浇结构，容积205.2m3（7）中间水池8.7×7×4.5Ⅱ二860.9C20钢筋混凝土现浇结构，容积274.05m3（8）回水池11.7×7×4.5Ⅱ二881.9C20钢筋混凝土现浇结构，容积368.55m3（9）组合膜处理车间36×24×6Ⅱ二8864C20钢筋混凝土现浇结构，容积5184m32地埋式生活污水处理站21.2×6.6×3.8Ⅱ二8139.92C20钢筋混凝土现浇结构，容积530m3回水泵房6×6×4.5Ⅱ二836砖混结构34高位水池20×20×5Ⅱ二8400C20钢筋混凝土现浇结构，容积2000m5变配电所15×9×6Ⅱ二836砖混结构42 西安建筑科技大学硕士学位论文图4-2工艺流程示意(一)43 西安建筑科技大学硕士学位论文图4-3工艺流程示意(二)图4-4工艺流程示意(三)44 西安建筑科技大学硕士学位论文(2)总平面布置①铅锌厂废水处理站的选址要求铅锌废水处理站一般建设在铅锌厂的厂区内，在废水处理厂场地选择时考虑以下因素：a.设计要有预见性，投产时保证处理废水的在废水处理站有足够面积进行处理。预留面积，已备日后废水增多之用。b.废水处理场地有硫化法时，应建在该地区常年主导风的下风向，如条件允许，废水处理建设在远离铅锌冶炼厂办公和生活区，远离厂外的居民生活区。设计在洪峰水位0.5米以上，全厂的冶炼废水自流进废水处理站，废水处理站处理过[68]的废水自流排放。c.废水处理站建设在有良好工程地质条件上，建设在厂区高程较低的位置，避免污水提升，尽可能的节约能源。d.废水处理站建设尽量靠近厂区大门，便于货物的运输。②平面设计与竖向设计要求废水处理站平面设计与竖向设计布置时，应考虑以下因素：a.废水处理构筑物和沉渣处理构筑物分别集中布置，方便管理，加药间靠近[68]投药点投药方便。b.各处理构筑物的配置使废水流向顺直，少迂回和反流，可较少废水落差，[67]节省建设投资。c.建构筑物的间距在满足施工和管道铺设的要求下，间距紧凑安排，通道的[68]设置要满足药剂和沉渣的运送。d.竖向设计能减少土石方工程和废水在废水处理站内的扬送次数，要充分利用地形。e.沉渣自流输送时可以采用渠道，便于维护。③其他注意事项a.对待并联运行的处理站构筑物，要均匀配水，以防止超负荷带来的不便问题。b.采用石灰法处理废水时，在废水处理站旁边设石灰棚或石灰库，方便石灰原料的运送和使用。c.废水和回流沉渣设置计量装置，掌握运行数据，控制污水排放量。d.废水处理站内的药剂管道架空敷设，便于维修。石灰乳输送管道，避免U45 西安建筑科技大学硕士学位论文形管，由石灰乳车间经投药点回流到石灰乳车间，保证管道不堵，设管道冲洗设施。e.废水处理站应设排空设施，排空的水质如达不到标准，排放水应回流到调节池。f.废水处理站的供电等级与主要的重金属污水污染源的车间供电等级一致，不因停电出现事故。④厂区总平面布置厂区总平面布置原则：根据厂区现有总平面布置和构筑物现状，在保证总体布局的合理性和完整性，保证现有装置生产、运输延续和顺畅的前提下，尽量利用现有的厂房和闲置空地，节约土地节省投资，并做好劳动卫生和安全，满足各种规范对总平面布置的要求。结合实际的废水处理站场地，废水处理站总平面布置如下：原有生产铅锌废水处理站改扩建在厂区综合仓库西边，锅炉房北边，制酸车间的南面的原有场地实施；新建铅锌废水处理站紧靠原有的生产铅锌废水处理站，在厂区内西南面预留的20亩地内实施，锅炉房在新建铅锌废水处理站南边，新建铅锌废水处理站的西边是新建的生活污水处理站；新建生活污水处理站布置在新建的生产铅锌废水处理站东边，紧靠厂区浴室；循环水泵房紧靠新建的生产铅锌废水处理站东侧布置；厂区外地势较高的位置应布置回水高位水池。4.7竖向设计本工程是在老厂现有的预留场地上建设，场地均已平整过，故竖向布置根据现有场地实际情况，稍作平整，基本无土石方量。厂区竖向设计要满足物料运输、各种管网敷设、雨水外排等的需要。4.8绿化为了保护周围环境，同时为职工创造一个良好的劳动卫生条件，本工程应努力搞好绿化和美化工作。本工程项目是在老厂区内实施，为使本建设项目区域内的绿化与现有周围环境及现有厂区绿化水准一致，将以较高的绿化水准来减少或消除项目兴建带来的环境问题。具体绿化工作（包括绿化树种和植被的选定）根据厂方的实际情况，厂区绿化采用重点和一般相结合，主要为路边、边坡、管廊处地面空隙地的绿化，由厂方统一考虑和实施，绿化率不应低于15%，搞好绿化，提高环境自净力，对46 西安建筑科技大学硕士学位论文减轻环境污染起着积极作用。4.9运行结果及结论4.9.1分析方法废水及回用水中锌、铅、砷、镉、铜，每8h取样检测一次，电脑实时监控pH值，电导率仪实时监控污水处理离子浓度，市级疾病预防控制中心每季度需检测[69]一次反渗透产水、锅炉用水。原子吸收分光分度法测定锌，ICP测定铅、镉，二乙基二硫代氨基甲酸银分光[69]分度法测定砷、铜，总硬度的测定采用EDTA滴定法。2010年6月，成州锌冶炼厂安装了二氧化硫和氮氧化物废气实时监测设备各一套，2011年12月成州锌冶炼厂安装了化学需氧量、氨氮、总锌和流量计等废水的实时监测设备。废气、废水实时行24连续监测，陇南市环保局、省环保厅和国家环保部每10分钟就会收到实时传输数据。都是为了保证污染物稳定达标排放，[70]防止废气和废水在生产中，出现非正常排放。4.9.2检测结果(1)锌冶炼厂检测数据①水质及水量3经铅锌废水处理系统处理后，出水量为3178.13m/d(约为105万t/a)处理后出水水质见表4-3。表4-3处理后出水水质表ClZnPbCdMgCaCupH(mg/L)(mg/L)(mg/L)(mg/L)(mg/L)(mg/L)(mg/L)6.5-7.520.40.040.0180.0150.20.30.009②减排效果43年产10万吨锌锭冶炼技改扩建工程实施后，每年总用水量为2755.8×10m，4343其中新鲜水用量为31.082×10m/a、循环水用量为2619.309×10m/a，废水排放量43为104.9×10m/a。成州锌业铅锌废水循环利用工程，项目实施后，能减少废水排43放量104.9×10m/a，废水循环利用率能达到95%以上，能减少污染物排放悬浮物的量为7.60t/a，化学需氧量9.72t/a、氟0.05t/a、锌0.12t/a、铅0.03t/a、镉0.01t/a、铜0.01t/a、砷0.001t/a，实现生产废水的全部回用（见表4-4）。47 西安建筑科技大学硕士学位论文表4-4工程扩建前后废水排放变化表序废水量污染物排放量(t/a)项目43号(10m/a)SSCODFZnPbCdCuAs10万吨排1104.97.609.720.050.120.030.010.010.001放总量本项目建2000000000成后总量3增减量（+/-）-104.9-7.60-9.72-0.05-0.12-0.03-0.01-0.01-0.001增减(+/-)4-100%-100%-100%-100%-100%-100%-100%-100%-100%幅度(%)(2)企业送往陇南市环保单位的检测数据陇南市2013年3、4、5、6、7、8月份国控重点污染源企业企业自行手工监测结果（见表4-5）。表4-5陇南市环保单位发布的企业检测数据标准限值监测项目名称单位三月四月五月六月七月八月月份总锌mg/L1.50.050.090.160.050.20.27总铜mg/L0.50.050.050.050.050.050.05总铅mg/L0.50.20.20.20.20.20.24总镉mg/L0.050.050.050.050.050.050.05总汞mg/L0.030.0020.0030.0070.00050.0020.001总砷mg/L0.30.010.020.0110.0110.0250.013总镍mg/L0.50.010.010.010.010.010.01总铬mg/L1.50.030.030.030.030.030.03pH值6-97.157.626.936.998.357.68悬浮物mg/L50332331291716化学需氧量mg/L60148.17.16.946.148.2氨氮mg/L80.030.020.20.040.130.11总磷mg/L1.00.010.010.010.010.010.01总氮mg/L151.232.811.691.641.181.2248 西安建筑科技大学硕士学位论文标准限值监测项目名称单位三月四月五月六月七月八月月份硫化物mg/L1.00.40.40.40.40.460.43氟化物mg/L80.050.050.050.420.050.05(3)甘肃省环保厅的检测数据①工业反渗透装置出口pH为7.56~8.45、氟化物为0.009~2.25mg/L、氨氮为0.05~3.28mg/L。悬浮物为10~10.8mg/L、总氮为7.88~13.1mg/L、总锌为0.09~0.16mg/L、CODcr、未检出总磷等8个物质，15个项目检测结果，均低于国家规定的排放标准。②低压反渗透装置出口pH为7.60~7.66、BOD5为2.00mg/L、硫酸盐为30.8~39.9mg/L、硬度为0.96~2.11mg/L、氯化物为0.273~0.556mg/L、石油类为0.10~0.278mg/L、浊度为5NTU、未检出CODcr等2个物质，9个项目的检测结果，均低于国家规定的排放标准。化学需氧量排放量132kg/a，去除率99.49%；悬浮物排放量274kg/a，去除率99.59%；氨氮排放量30kg/a，去除率99.78%；总铅排放量5.3kg/a，去除率99.75%；总铬排放量0.8kg/a，去除率99.66%；汞排放量0.003kg/a，去除率99.98%，总砷排放量0.2kg/a，去除率99.76%；总氮排放量279kg/a，去除率98.48%；总锌排放量3.5kg/a，去除率99.99%；总镉排放量1.3kg/a，去除率99.83%。③废水循环回用工程，产生固体废弃物产生为3500吨，送往成县环保专用渣场堆放。4.9.3运行结论冶炼厂铅锌废水经三段工艺流程处理深度处理及再生利用处理系统，处理后的废水，均低于国家规定的排放标准。通过本项目实施水的回用率达到95%以上，外排废水必将减少43104.9×10m/a，更重要的是实现了“零”排放，彻底解决了制约公司发展的水环境问题，减少污染物的排放。49 西安建筑科技大学硕士学位论文5项目实施计划5.1项目实施计划本项目实施期限为1年（其中装置建设期4个月），即2010年3月～2011年4月（见表5-1）。(1)建设前期工作进度修正实施方案0.5个月(2)设计阶段进度规划初步设计1个月施工图设计1个月(3)施工阶段进度规划土建施工6个月设备订货及制造加工4个月设备管道安装2个月试车投产及验收1个月各阶段按其特点交叉进行。50 西安建筑科技大学硕士学位论文表5-1项目实施规划表时间2010年2011年序号3月4月5月6月7月8月9月10月11月12月1月2月3月4月项目项目实施方案完1善修正2初步设计3施工图设计4土建施工5设备订货与采购6设备、管道安装7单机试车8联动试车9投料试车及验收51 西安建筑科技大学硕士学位论文5.2企业组织机构企业组织机构是两级管理，实行厂部和车间的两级管理，公司原有的组织机构和各职能部门维持不变。[71]企业实行每年工作330天,每天分3班，每班8小时的连续工作制。52 西安建筑科技大学硕士学位论文6效益分析6.1财务分析(1)财务生产能力分析有充足的净现金流量,现金流量可以正常经营日常活动,铅锌废水处理项目的投资净现值为正数，财务生产能力分析投资铅锌废水处理项目可行。(2)盈亏能力分析BEP平均60.3%，盈亏平衡点较高，抗风险能力较弱，企业超过平均60.3%的产量和生产能力利用率才有可能保本或盈利，但是该项目为循环经济节能减排项目,考核项目的指标主要不是经济效益分析,而是减排指标,因此说,虽然说盈亏平衡点较高，但是从减少排污量来说，该项目是必不可少的。盈亏平衡分析，见图6-1。图6-1盈亏平衡分析(3)敏感性分析从不定因素分析表（见表7-1）上能看出：销售售价敏感度系数最高，建设投资敏感度系数第二，生产负荷敏感度系数第三，经营成本敏感度系数最后。产品销售售价的临界点是86.911%,销售价格临界值193.14元/t,经营成本的临界点是71.17%,平均经营成本的临界值为73.29元/t,产量（生产负荷）的临界点是76.03%，53 西安建筑科技大学硕士学位论文产量（生产负荷）的临界值47269.37t/a，建设投资的临界点是77.045%,建设投资的临界值为3922.04万元。建设投资和经营成本低于临界点时,项目才可以运行，产生产负荷和品销售售价高于临界点,项目才可以运行，目前计算的临界点指标能满足要求，该项目是环保节能减排项目，经计算，铅锌废水处理项目实施后，每年的废水排污费减少约12万元。表6-1不定因素分析变化内部收益不确定因素敏感度系数临界点临界值率%率%基本方案8.56%产品收入(销售价)-200.47%4.727786.9110%193.14-104.78%4.4089元/t1011.99%4.01072015.19%3.8766经营成本-2011.69%-1.828471.1700%73.29-1010.15%-1.8634元/t106.89%-1.9476205.14%-1.9989产量(生产负荷)-204.43%2.411776.0300%47,269.37-106.56%2.3398t/a1010.46%2.22692012.29%2.1818建设投资-2012.32%-2.196677.0450%3,922.04-1010.28%-2.0071万元107.08%-1.7226205.80%-1.61256.2项目评价用总投资评价用总投资＝建设投资+建设期利息+流动资金评价用总投资5229.3万元其中：建设投资4996.2万元，建设期利息94.4万元，流动资金138.7万元54 西安建筑科技大学硕士学位论文6.3生产设施投资比较本项目总投资为5229.30万元，膜过滤工序投资2,021.12万元，占到总投资的39.07%，说明企业为实现当地节约用水，实现锌冶炼废水的再生利用的重视。另外，在其中央预算支持1600万元中，1415万元都是关于膜过滤工序投资的，也说明中央也赞同企业的这一做法。详见生产设施投资分析图6-2。建设期利息按生产设施投资分析表图回水管网0.72%1.85%预备费10.52%其他费用9.67%新建污酸污水处理车间现有污酸污水处理站改造总图运输设施0.41%新建污酸污水处膜过滤工序理车间27.68%地下生活污水站室外10kv线路回水高位水池0.29%回水泵站地下污酸污水综地下污酸污水综合管网合管网2.54%现有污酸污水处回水管网回水高位水池理站改造2.34%室外10kv线路1.04%总图运输设施地下生活污水站其他费用3.00%膜过滤工序预备费39.70%建设期利息回水泵站0%图6-2生产设施投资分析图55 西安建筑科技大学硕士学位论文7环境保护与节能7.1环境保护7.1.1工程主要污染源治理措施(1)废水从铅锌冶金企业排出的含砷、汞、铅、锌和雨水等的废水，经过物理化学处理后，符合国家规定的排放标准，外观和普通自来水没有异样，废水中还存有大量重金属离子和酸根离子，硬度很高，生产工艺直接使用回用水，运行一些时间后，管道壁和设备的结垢就会很明显，影响正常生产运行。使用膜分离技术能降低水中的暂时硬度，达到管道壁和设备的不结垢。铅锌废水经过三段工艺流程处理后，清水可回用，回用水量为1048783t/a，减少了废水排放，有效的保护了环境，该工程是一个废水治理的环保型项目。膜分离技术的应用在实际产品中是组合膜过滤系统，此系统由三部分组成，分别是微滤膜预处理、纳滤膜截留离子、反渗透膜深度处理。处理后的废水能稳定的达到回用水标准，用于生产循环中。废水的零排放，符合国家节约用水的政策，节约用水的同时，也避免了当地水资源的二次污染。铅锌冶炼废水经膜分离技术的微滤膜预处理，主要去除的是废水中的悬浮物，出水达标后进入纳滤膜。纳滤膜主要截留废水中的重金属离子、钙和镁离子，纳滤膜功能是降低废水中硬度，达标准后进入反渗透膜。反渗透膜是对回用水深度处理，处理后的废水标准，符合低压锅炉补给水标准。(2)废气硫化氢气体产生的主要地方在污酸处理过程中的硫化工序，该气体从源头用密闭管道采用引风机引致硫化氢吸收塔，最后送酸性气体净化塔，塔内的烧碱溶液喷淋中和硫化氢气体，电脑实时检测硫化氢气体的排放，在达到国家标准后，才可无危害外排。(3)废渣本项目所产生的废渣主要是铅锌废水处理过程中产生的石膏渣188.4t/d（含水率70%，该渣含有约10%的锌），该渣送渣场暂时堆放，然后外销。三段处理产生的滤渣（68.0t/d，含水率70%），该渣属一般固体废物，存放于厂区固定渣场暂时堆放；另外还有，砷渣（0.42t/d，含水率70%）、汞渣（3.0t/d，含水率70%），该部分渣属危险固体废物，送渣场暂时堆放。滤渣，统一送往成县环保专用渣场。56 西安建筑科技大学硕士学位论文特别是准备堆放汞、砷废渣的区域，此区域的渣场底部和四周进行防渗处理，渣场设计要符合国家标准，标牌设置按照国家标准设计。(4)噪声引风机、压滤机、搅拌槽、泵等设备都是主要噪声来源。设计时不但选用低噪声设备，还设置消声和隔声措施，以降低噪声对环境和人体的危害。(5)绿化绿化有减弱噪声、净化空气、吸尘等功能，推广植树活动，对增强员工体质、改善劳动环境等都有一定好处。由于本次设计是改扩建项目，全部在厂内进行，厂区原有道路两旁及建筑物周围均进行了绿化，只需对新增道路及建筑物周围进行合理绿化，以使整个厂区建成后绿化布局合理。7.1.2环境管理与环境监测(1)环境管理铅锌厂现有设置齐全环保机构。现有环保机构能够满足改造后的要求，因此不再增设环保机构。(2)环境监测铅锌厂不再新建环境监测站，原有环境监测站定期监测环境。通过环境监测，逐步掌握全厂主要污染物，为控制污染、保护环境积累数据和资料。7.1.3建设项目与周围环境的关系分析本项目设计中，对“三废”均进行了合理处理，不会对环境造成污染，并且对噪声治理和厂区绿化进行了合理设计。因此，本项目在建设中只要遵循设计要求，认真贯彻环保“三同时”原则，投产后可达到国家对环境质量的要求。7.2节能节约能源和节能降耗都是我国在现有经济建设中，必须坚持的国家战略。节约生产资源和对资源、能源的再利用对企业来说尤为重要，它首先体现了企业的规模、技术管理水平，同时可以降低生产成本，增加经济、社会和环境的综合效益。57 西安建筑科技大学硕士学位论文7.2.1节能原则和本工程用能特点(1)编制依据①《中华人民共和国节约能源法》（2007年修订）；②《重点用能单位节能管理办法》国家经贸委（1999）第7号令；③《铅锌冶炼企业产品能耗第二部分：锌冶炼企业产品能耗》（YS/T102.2-2003）；④《节能监测技术通则》（GB/T15316-1995）；⑤《工业企业能源管理导则》（GB/T15587-1995）；⑥《节约用电管理办法》（2001年元旦）；⑦《综合能耗计算通则》（GB2589-1990）。(2)本工程用能特点能源是我国经济现代化的物质基础，节约能源、降低能源消耗、合理利用能源，不但直接影响企业的经济效益和参与市场竞争能力，而且是一个重大国策问题。锌金属和锌系列产品是耗能较高的冶金行业，主要使用的能源为电、水、煤气及煤炭等；其耗能费用占成本的20%以上。铅锌废水处理项目隶属年产10万吨锌冶炼技改扩建工程，主要损耗是运行设备中的电能。因此节电对10万t/a该项目的建设和生产具有重要意义。本设计严格遵守国家有关节能的法律、法规，严格执行国家和行业标准、规范及有色金属工业节能设计的技术规定，精心设计为项目生产创造了良好的节能条件。7.2.2综合能耗分析(1)项目用能状况锌金属冶炼及烟气制酸产生大量的污酸污水，本项目在对铅锌废水进行有效处理回收的过程中，会产生一定的能耗，主要消耗的能源为机械设备的电能损耗，另外还有少量的蒸汽与压缩空气的损耗。同时，由于对铅锌废水进行净化处理回收的过程中，同时产生的废渣会带走一部分水，因此，也会产生一部分的水的损耗。总的来说，本项目为铅锌废水处理工程，是一个循环经济利用环保型的节能减排项目。(2)项目综合能耗项目综合能耗，具体见表7-1。58 西安建筑科技大学硕士学位论文表7-1项目综合能耗序号能源种类年耗实物量折标系数折标煤量（t）1电7121k-kWh0.366kg/kWh2606.292水（回收）1048783t0.257kg/t-269.543水（渣）60017t0.257kg/t15.42综合耗能2352.17从项目综合能耗表8-1中可看出，主要能耗是电耗。因此，节约用电已经不是喊喊口号的事，实际上对降低该项目能耗具有重要的意义。7.2.3节能措施本工程除要求设计中，工艺稳定、技术先进外，节能降耗措施也在设计中有所考虑。(1)节水措施本项目为铅锌废水处理工程，其中在石灰-铁盐法处理污水达到国家排放标准后，再进入初级膜过滤，过滤后进入组合膜过滤系统分离（微滤（MF）＋纳滤（NF）＋反渗透（RO）），废水进行再生利用处理，再生回用废水达到生产回用水水质标准。回用水量为1048783t/a，节水率达95%左右，减少了新水的利用消耗。对容易产生高浓度重金属污染物的地方，如浸出、净液、电解等车间废水实行了预处理，好处是保证废水在最后处理阶段的稳定性达标，也减轻末端处理的[1]成本。(2)水泵节能措施项目中运行的水泵，例如污酸提升泵、硫化钠投加泵、氢氧化钠循环泵、中间加压泵、铁盐计量泵、铝盐计量泵、聚丙烯酰胺计量泵等等，都是选择高效水泵、水泵扬程和流量与用水匹配、配置合适的管径并减少弯头。(3)电力节能措施①电缆选用经济电流密度，能减少线路损耗，变配电尽量设计在负荷中心附近。②选用节能型的变压器和节能型的电器产品。根据目前国内外铅锌废水生产装置水平，该项目采用了上述节能措施后，其能耗指标可达到国内外同行业先进水平。59 西安建筑科技大学硕士学位论文8结论8.1论文的结论铅锌废水处理项目采用三段工艺处理污酸污水：一段石灰石中和处理污酸。二段硫化处理；主要去除一段pH值2～3的污酸废水中的砷、汞重金属。三段石灰-铁盐法-微滤-钠滤-工业反渗透处理污水。一段处理来自硫酸净化工艺，通过石灰石中和，出水pH值控制在2～3。二段处理接自污酸处理工序，二段一级反应pH值不大于5，去除重金属砷，二段二级反应pH值不大于9，去除重金属汞，pH值在二段三级反应过程中不大于12，之后沉淀。三段处理是把浸出车间、净液及镉回收车间、电解车间、化学水处理车间、冲洗地面水、初期雨水等产生的污水进行处理，通过中和-氧化-微滤-纳滤-反渗透工艺，投加絮凝剂，出水pH值控制在8～9，去除铅、锌等重金属。三段处理污水达到国家排放标准后，进入膜过滤系统进行再处理。解决了因该地区水资源匮乏，大量工业污水达不到回用标准的问题，成州锌业污水处理循环利用工程达到节约用水，污水回用。工艺出水完全符合《铅、锌工业污染物排放标准》GB25466-2010的出水的标准要求。在这次10万吨锌冶炼技改扩建工程中，根据该项目重金属原水的水质情况，采用了不同的处理方法，使之污水达标。根据当地实际水源并不丰富的现状，增加膜过滤系统，使之废水回用，特别说明，经处理后的污水达到生产回用水水质标准。通过以上研究结果表明，成州锌业污水循环利用工程的实施，达到外排废水回收利用，并回收了污水中有价值的有色金属，项目的实施将减少企业对新水的3用量，可为成州锌业年节约新水用量达104.9万m（330天计），实现生产废水的全部回用。随着国家对环保工作的越来越重视，对污染物的排放收费逐年提高。企业每年还可以通过减少的排污量，节省约12万元排污费，增加了企业盈利能力。本项目的最终目的是废水的综合利用，做到全厂废水的循环利用不外排，项目本身就是一个水资源综合利用和节能的示范项目。该项目符合国家经济的循环发展的要求和国家对建设资源节约型社会的产业政策，也体现了成州锌业在生态环境保护方面的担当。除此之外，本项目形成的废水处理集成技术可在金属湿法冶炼行业中推广应用，对有色金属冶炼工业废水治理累了实践经验。对我国重金属冶炼工业的可持续发展也有借鉴作用。60 西安建筑科技大学硕士学位论文8.2工程投产后的不足由于在设计铅锌冶炼污酸污水零排放处理项目时，受自身理论知识、研究视野和实际研究水平的影响，项目投产运行后还存在很多的不足。(1)本项目采用反渗透膜对回用水进行深度处理后，主要作为中、低压锅炉用水，但反渗透膜的使用寿命、清洗周期，还有回用水对生产设备和管道影响，尚在运行中，需进一步考察和完善。(2)本项目构筑物和相应的管道较多，工程投资费用和运行费用偏高。61 西安建筑科技大学硕士学位论文致谢西安建筑科技大学以它自强、务实的学风，潜移默化影响着我三年研究生的学习。回顾这三年的学习，有喜也有悲，现在更多的是难过和不舍。在这里，有很多值得我尊敬和感激的人。首先，要感谢的是高湘副教授、张皙院长两位导师。论文学习期间，从找资料到选定题目，从论文思路到数据确定，从论文成稿到最后论文定稿，两位导师都是在百忙当中给与指导，使我在学业中能够迅速提升，完成研究生阶段论文的学习，都花费两位导师很多的心血。在此衷心的对两位导师帮助表示感谢！其次，感谢西安有色冶金设计院冶金分院姚社教、罗卫东两位所长，在论文的查找资料期间给与无私帮助。还要感谢西安有色冶金设计院常礼安院长。使我能在工作多年之后，重新有机会走进学校学习。再次，感谢西建大环境与市政工程学院的郭明、张睿两位老师。最后，感谢帮助过我的老师，默默支持我的同学和朋友们！2015年12月62 西安建筑科技大学硕士学位论文参考文献[1]佚名.达沃斯论坛：全球面临“水破产”[EB/OL].新华网.2009-01-30.[2]余滏申,郭茂新,黄进勇.工业废水处理及再生利用[M].北京：化学工业出版社,2012.[3]王赣江.大力防治重金属污染,维护环首都圈环境安全[M].第七届环境与发展论坛论文集.[4]胡杰.大薸对重金属Cu，Zn，Cd的毒性反应和去除效率初步研究[D].绵阳：西南科技大学,2010.[5]赵小莹.空分公司通过ISO9001：2000质量管理体系换证审核[J].气体分离,2006,(4).[6]刘长河,张玉驰.建设铬盐生态化工企业，大力发展循环经济[J].铬盐工业,2004,(2)：22-25.[7]鄢荣全,金宝忠.用天然矿物原料净化重金属废水[J].矿产综合利用,1983,(3).[8]王法泽.核酸探针应用于重金属的快速检测方法研究[D].上海：上海交通大学,2013.[9]肖理.预防铅中毒，从食物开始[J].中国保健食品,2008,(7)：54-54.[10]欧梅.ALAD基因多态性对职业铅接触工人血铅和铅毒性作用影响的研究[D].上海：复旦大学,2004.[11]陈萌,杨国录,刘广荣,柴朝辉.污泥中重金属的处理[J].南水北调与水利科技,2011,9(3)：92-95.[12]王堃.铁氧化物吸附重金属离子的实验研究[D].贵阳：贵州大学,2010.[13]柳斌.重金属污染重点整治“集结号”已吹响——聚焦“两会”热点关注行业发展[J].表面工程资讯,2012,12(2)：1-6.[14]杨忠平.长春市城市重金属污染的生态地球化学特征及其来源解析[D].长春：吉林大学,2008.[15]彭琪瑞.热液硫化矿床中的一些稀有分散元素及其找矿方向[J].地质论评,1958,(5)：351-359.[16]陈润华.铁碳材料的制备及其处理典型重金属配合物和含氧酸根废水的研究[D].长沙：中南大学,2013.63 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