有色冶煉行業作為我國國民經濟發展的支柱產業，不斷發展壯大，越來越多的大型冶煉廠投入建設，但是環境問題，尤其是銅冶煉過程中的重金屬廢水治理一直是困擾著企業發展的難題。國家對新建銅冶煉項目實行“增產不增污，增產又減污，總量控制”等政策，要求銅冶煉廠實現重金屬廢水零排放，這對銅冶煉企業是一個新的挑戰。

　　銅陵地區某冶煉廠于1978年建成投產，至2017年全面關停，期間進行了多次升級改造，形成了系統多、能耗高、環保設施不健全等的局面，較嚴重的環境污染和高生產成本難以適應社會發展需求及市場競爭。在面臨環保日趨嚴苛和企業發展難以為繼的雙重壓力下，該廠提出了異地搬遷改造方案，通過對老廠進行轉型改造，以實現銅冶煉老企業的產能升級與節能減排。該項目建設投資17.62億元，其中環保投資占比達到總投資的29.83%，主工藝采用銅精礦配料—圓盤制粒—富氧頂吹熔池熔煉—智能數控吹煉—回轉式陽極爐精煉—PC電解精煉流程，冶煉煙氣制酸采用稀酸動力波洗滌器洗滌凈化+二轉二吸制酸+離子液脫硫工藝，生產電解銅200kt/a、硫酸760kt/a。目前該項目正在進行投料試生產，筆者對廢水處理工藝及廢水梯級回用措施進行探討。

　　1、給排水系統概述

　　給排水系統承擔著向生產車間各個環節供應不同類別的水的任務，同時還要對車間排出的廢水進行收集、輸送、處理和排放。該項目給水系統分為生產給水系統、生活給水系統、事故給水系統、循環冷卻水供水系統、回用水供水系統、消防給水系統等7個部分，其總用水量為4.8282×105m3/d。其中新水用量9629m3/d，回用及循環水用量4.73191×105m3/d，工業用水循環率達到98.0%。

　　生產排水系統采用清污分流、雨污分流制，廠區內建設了1座1500m3/d初期雨水處理站和1座2600m3/d深度廢水處理站。項目投產后產生的含重金屬廢水量約為1449m3/d，清潔廢水量為2261m3/d，經處理后全部回用，無生產廢水外排。

　　2、廢水來源

　　按照排水的水質，可將廠區需要進行處理的廢水分為生產廢水、循環冷卻系統排污水和場地初期雨水三部分。

　　2.1 生產廢水

　　在銅冶煉生產過程中，礦石中的重金屬會在冶煉過程中通過廢水排放出來，這些重金屬廢水水質較為復雜，廠區內生產廢水主要來自以下區域：

　　1)熔煉區域廢水。

　　熔煉渣、轉爐吹煉渣以及陽極板澆鑄時需用工業水進行直接噴水冷卻，因冷卻水和熔體直接接觸，因此該區域廢水中含有爐渣的微粒和溶解的重金屬Cu，Pb，Zn，As等。

　　2)電解區域廢水。

　　經電解完成的陰極板表面沾有含CuSO4，H2SO4，H2O電解液，清洗陰極板可使部分銅離子進入廢水系統，致使廢水中含有Cu2+，H2SO4，Ni，As，Bi，Sb，Ag等物質。另電解槽定期清理過程中，用水將黏附于陽極和池壁的泥狀物質沖洗掉，產生的廢水中含有陽極泥及Cu，As，Bi，Pb，Sb等。

　　3)硫酸區域廢水。

　　冶煉煙氣制酸產生的污酸污水，占到全廠重金屬廢水的80%以上。制酸流程中煙氣濕法降溫洗滌時開路出來的稀酸，由于煙氣中含有重金屬煙塵，通過濕法洗滌后，由氣相轉入液相。該區域污水含酸量大、污染物種類多，主要成分為H2SO4，Cu，As，Pb，Zn等。

　　2.2 循環冷卻系統排污水

　　銅冶煉過程中，根據工藝需求，需設置大量的循環水冷卻系統，以保證設備、介質適宜的工作環境。循環水系統在循環過程中，由于溫度、流速的變化以及工藝的需要，導致水分不斷蒸發，無機鹽離子和有機物逐漸濃縮。當循環冷卻水系統中有害物質達到一定的濃度時，即需排污。廠區循環冷卻水系統的排污水主要來自熔煉循環水、澆鑄機循環水、電解及凈液循環水、硫酸循環水、制氧循環水、動力區域循環水、渣緩冷循環水等9個獨立的循環冷卻水系統。

　　2.3 初期雨水

　　初期雨水的特點是水量大、成分簡單、重金屬含量低、pH值接近中性、處理成本低，中水回用適應面廣。目前，盡管對主要重金屬污染區域，比如，制酸、冶煉、收塵等區域的初期雨水進行了收集處理，但由于廠區物料運輸及堆存、煙道清灰作業等生產活動，降雨期間廠區初期雨水仍然會出現重金屬離子濃度超標的情況。

　　3、廢水處理工藝探析

　　3.1 生產廢水處理工藝

　　銅冶煉廠生產廢水種類多、成分復雜，必須進行合理的廢水分類和預處理。但是分水過細，則建筑物過多、排水管網過長、管理難度大;分水過粗，則污染因子可能相互干擾，增大廢水回用難度。考慮到硫酸區域廢水量大、成分復雜等特點，該項目設置2套生產廢水處理系統，1套單獨處理硫酸區域產生的酸性廢水，另1套則處理其他區域的生產廢水。

　　酸性廢水采用“硫化—石膏—一次中和—氧化—二次中和”的工藝流程。硫酸凈化工序中產生的酸性廢水首先通過圓錐沉降槽進行沉降，脫除廢水中的鉛等雜質后進入硫化工序，通過加入Na2S進行脫銅和脫砷處理。其反應后液進入石膏處理站，通過加入石灰石漿液在攪拌的情況下進行充分反應，除去硫酸以及部分氟離子。經硫化和石膏工序處理后，反應后液進入中和工序。在中和工序中，加入硫酸亞鐵以強化除砷效果，并按“一次中和—氧化—二次中和”三步進行。中和后液再通過濃密機沉降，上清液泵入脫鈣工序處理后回用。其他區域的生產廢水則直接采用“一次中和—氧化—二次中和”的工藝流程來進行處理。此方案既提高了系統整體的凈水回收率，又降低了工程投資和運行費用，經濟性能優異。

　　3.2 循環冷卻系統排污水處理工藝

　　廠區循環排污水首先進入原水調節池，在此調節水量和水質，然后采用提升泵將廢水提至斜板沉淀池。在斜板沉淀池前端設置絮凝劑和助凝劑反應池，廢水與藥劑進行化學反應后，泥水分離，上清液提升至多介質過濾系統，采用物理吸附原理去除水中大部分膠體。然后采用超濾/反滲透膜處理技術，通過超濾除去水中膠體、顆粒和分子量較高的物質，通過反滲透膜除去有機物、鹽和微生物。為提高系統回收率，一級反滲透濃水進入納濾系統，納濾系統產出的濃水進入脫鈣工序處理后回用，產出的淡水直接作為硫酸系統循環水的補充水。

　　針對銅冶煉廠循環排污水的復雜情況，該組合技術以化學處理為預處理、物理吸附為二級處理、超濾-反滲透-納濾組合技術作為循環排污廢水的深度處理。通過對多種廢水處理技術的合理化聯用，將循環排污水進行層層凈化，為廢水梯級回用創造了良好的前置條件。

　　3.3 初期雨水處理工藝

　　初期雨水采用絮凝沉淀工藝，通過投加重金屬捕捉劑、絮凝劑等藥劑，與廢水中的多種金屬離子發生螯合反應，生成穩定且難溶于水的金屬螯合物。反應后液則自流至中間水池進行重力沉降，上清液回用。同時，在初期雨水收集方式上，采用獨立的收集方式，分別在熔煉渣堆場、電解、硫酸干吸、凈化、廢酸處理站和廢水處理站等區域單獨建立了6座初期雨水收集池。相較統一收集的方式，該方式的優點是初期雨水收集管線較短，管網建設投資小，收集池的位置靈活，最重要的是分流效果明顯，減少了不同區域水質的相互干擾。另外，采用與獨立收集方式配套的源頭分流模式，鋪設初期雨水和潔凈雨水2路管線。在收集池前建設分流井，之間設置切換閥門，將閥門開關與收集池的液位標高開啟聯鎖，通過設定的液位控制閥門開與合，以實現初期污染雨水與后期潔凈雨水的自然分流。

　　4、廢水軟化工藝及梯級回用措施

　　4.1 廢水軟化工藝

　　經過處理后的酸性中和廢水、其他區域中和廢水及經過反滲透膜處理的循環排污水等3股水中的硬度較高，直接返回生產系統使用容易造成生產系統設備結垢(甚至堵塞)等問題。因此必須進行深度處理，降低廢水硬度后才能回用。根據不同的水質和用水要求，該項目采用“通入氣體CO2+碳酸鈉”工藝來降低廢水中的硬度，3股水分別配置獨立的脫硬度反應裝置。利用廢水提升泵將3股不同來源的廢水從廢水緩沖池分別輸送至3個系列一級CO2反應槽，通入CO2氣體充分反應后生成CaCO3沉淀，液體自流進入二級CO2反應槽，通入CO2反應，反應后液體自流進入Na2CO3反應槽，加入適量的Na2CO3進一步脫鈣反應，反應后的漿液通過輸送泵送至過濾器過濾，過濾后清液自流進入回用水池。

　　4.2 廢水梯級回用措施

　　廢水梯級回用是基于水分質理念的一種廢水利用模式。按照污廢水的綜合水質將各類水分級，水質級別從高到低分別為Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ，Ⅳ，Ⅴ級(新鮮工業用水定為Ⅰ級);綜合水質較好的排水可通過處理后回用到水質要求較高的用水區域，而綜合水質較差的排水通過處理后回用到水質要求較低的用水區域，這種分水質的廢水梯級利用理念稱為水的分質理念[5]。因生產各環節對供水水質要求不同，各車間廢水排放的水質也不盡相同，主要排水工序的水質級別見表1。

　　現有幾個重點用水工序的最低水質要求見表2。

　　從表1，2可看出：現有幾個重點用水工序的最低水質要求為Ⅱ～Ⅳ級，而補充Ⅰ級的新鮮工業水稍顯浪費，因此有很大的節水潛力;主要排水工序的水質能夠滿足部分用水水質要求。因此，將廠區供水和廢水按水質分級，并在各級之間進行廢水處理回用是可行的。其回用措施如下：

　　1)經過脫硬處理后的制酸區域廢水，水質相對較差(Ⅴ級)。此類回水主要用于對水質要求不高的熔煉渣緩冷、渣水淬系統，通過采用緩冷工藝，從熔煉渣中回收有價金屬。

　　2)經過脫硬處理后的其他區域生產廢水，水質一般(Ⅳ級)。此類回水可代替新水用于冶煉、動力、硫酸等區域的補充水和沖洗用水。

　　3)經過脫硬處理后的循環排污濃水，水質中等(Ⅲ級)，主要用于硫酸凈化和精礦制粒的補充用水。

　　4)深度廢水處理站產出的淡水，水質相對較好(Ⅱ級)，可代替新鮮工業用水直接回用，廠區主要將其作為硫酸循環水的補充水。

　　5)初期雨水處理站處理后的水，水質介于Ⅱ與Ⅲ之間，目前主要將其作為廠區內綠化澆灌用水。

　　全廠廢水處理工藝流程及梯級回用示意見圖1。

　　5、結語

　　該項目以清潔生產、總量控制、達標排放、節能減排的思想為指導，采用技術先進、經濟合理的廢水處理工藝，并對處理后的廢水進行梯級回用，使過去作為重要污染源的冶煉廢水“變廢為寶”，實現了廢水的無害化、減量化和資源化，將為未來國內建設綠色、環保、高效銅冶煉企業提供借鑒。