富远稀土生产废水处理工程方案全产+半产.docx
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1、广东富远稀土有限公司生产废水处理工程方案中科院广州地球化学研究所广东省环境资源利用与保护重点实验室2008年1月26日目 录目 录1第一章 概 述11.1 工程概况11.2 设计依据21.3 设计原则2第二章 工程处理规模及处理程度32.1 水质和水量32.1.1 稀土皂废水32.2.2 碳铵沉淀母液32.2.3 草酸沉淀母液32.2.4 碱皂废水32.2.5碳铵洗涤废水42.2.6 草沉洗涤废水42.2.7 一般性生产排水42.2 出水水质5第三章 废水处理工艺设计思想63.1 高氨氮浓度废水63.2 中等氨氮浓度废水93.3 低浓度氨氮废水93.4 一般性生产排水103.5 深度处理10第
2、四章 废水处理工艺流程11第五章 污染物去除率理论分析12第六章 单元技术详细说明14第七章 工程概算187.1 土建部分187.2 设备部分207.3工程总投资247.3.1 不同方案投资估算247.3.2 方案比较257.4 图纸26第八章 投资与运行费用概算278.1 投资费用分析278.2 运行费用分析278.2.1 支出费用278.2.2 资源回收收益298.2.3经济效益分析308.2.4 社会效益分析32第九章 技术与服务承诺339.1 技术服务承诺339.2 工程质量保修期339.3 工程质量34第一章 概 述1.1 工程概况广东富远稀土新材料股份有限公司始建于1988年,位于
3、广东省梅州市平远县坝头镇程西村,是在前平远县永盛矿产实业有限公司(原平远县稀土冶炼厂)年处理1000吨中钇富铕生产线基础上,与梅县梅雁经济发展总公司合作,引资进行异地技改扩建的项目。该项目采用广东富远稀土新材料股份有限公司研制开发的“一步法”生产技术和国产先进设备,形成一条年处理5000吨中钇富铕稀土矿生产线,年产稀土产品4900吨,于2004年12月31日建成投产。2007年4月由广晟有色集团收购股权,成为国有控股企业。公司主要产品包括15种单一高纯氧化物、功能材料驱体、稀土金属及其它稀土化合物等,其中50%的产品出口至欧、日、美及东南亚等30多个国家和地区,产品销售及市场占有率均居国内同行
4、业前列。公司是“广东省高新技术企业”,拥有雄厚的技术力量,坚持走技术创新的道路,不断致力于技术进步和工艺装备的改进,不断吸收国内外先进工艺技术,形成了较完善的技术装备系统和生产工艺体系,并有多项独创的工艺技术居国际领先水平。广东省平远县及周边地区稀土资源丰富, 公司已经控制的中重稀土资源达30多万吨,年分离能力达5000吨,是国内分离规模最大、生产能力最强的南方稀土全分离企业之一。公司根据国内外稀土市场的变化,不失时机地调整工艺和产品结构,不断满足客户不同的产品需求。公司享有“企业自营进出口经营权”,建立了完整的质量管理体系,通过了ISO9001质量管理体系和14000环境管理体系认证,产品质
5、量得到充分保障。公司决心将“富远”牌稀土产品打造成国内、国际稀土业最知名的品牌之一。公司稀土生产过程中不同工艺段排放出不同性质的废水,主要特点是高氨氮、高HCl和H2C2O4及高重金属含量,厂区原有废水处理站仅对其进行简单的中和、沉淀就外排柚树河,长此以往,不仅会对周边生态环境造成严重的污染,而且,废水中含有的大量有用物质得不到回收,容易造成浪费。为了切实保护周边生态环境,广东富远稀土新材料股份有限公司委托中科院广州地化所广东省环境资源利用与保护重点实验室对厂区生产废水的污染控制与资源回收进行全面规划与设计,彻底改善目前污染严重、资源浪费的现状,走清洁生产之路,以期获得良好的经济效益与环境效益
6、。广东省环境资源利用与保护重点实验室隶属中科院广州地化所,致力于污染控制理论与资源利用的研究,多次得到国家自然科学基金和重大项目的支持,发表相关论文300余篇,具有坚实的理论基础,针对稀土生产废水的性质进行了大量研究,获得了充分的数据,据此,对富远稀土冶炼废水进行污染控制与资源回收方案设计,回收废水中的有用物质,彻底分离水中污染物质,实现污水零排放,彻底解决富远稀土有限公司的水污染问题。1.2 设计依据(1) 广东省水污染物排放限值(DB44/262001)(2) 广东省环境资源利用与保护重点实验室对富远稀土生产废水的分析及实验数据(3) 相关标准和设计手册1.3 设计原则(1)遵循“成熟、可
7、靠、先进、实用”的设计原则,每一项技术和装备的选择均确保运行经济、操作可靠、生产安全稳定。(2)采用节能降耗技术,降低运行成本。(3)执行国家和地方关于环境保护的政策,符合国家和当地的有关法规、规范及标准。(4)符合厂区的总体规划,充分考虑厂区的地形、道路规划设计紧凑、美观、减少占地面积。(5)充分考虑整个过程中的废气、污泥的控制与处置,避免二次污染。(6)工程自动化控制水平遵循成熟、可靠、先进、实用、有利于产品质量控制和安全生产、性能价格比高的原则,采用先进可靠的控制系统,保证生产过程稳定运行,逐步实现科学自动化管理,提升企业形象。(7)环境保护和劳动安全卫生、消防遵循国家相关法律、法规要求
8、。第二章 工程处理规模及处理程度2.1 水质和水量根据生产工艺,稀土生产废水主要包括稀土皂废水、碳铵沉淀母液、草酸沉淀母液、碱皂废水、碳铵洗涤废水和草沉洗涤废水等,各工艺段产生的废水性质大不相同,因此需要对各工艺段生产废水的水质、水量分别进行分析。2007年5月10对废水进行了取样分析,分析结果如下。2.1.1 稀土皂废水稀土皂废水水量226.0m3/d,水质成分如表2-1所示。表2-1 稀土皂废水水质组成项目NH3-NpHTDSTOC煤油及P507浓度(mg/L)505000.48284001738002.2.2 碳铵沉淀母液碳铵沉淀母液水量80.5m3/d,水质成分如表2-2所示。表2-2
9、 草酸沉淀母液成分分析表项目NH3-NpHTDSTOC煤油及P507浓度(mg/L)124005.721542051无2.2.3 草酸沉淀母液草酸沉淀母液水量71.0m3/d,水质成分如表2-3所示。表2-3 草酸沉淀母液成分分析表项目NH3-NpHTDSTOC煤油及P507浓度(mg/L)1000.1602033无2.2.4 碱皂废水碱皂废水水量82.5m3/d,水质成分如表2-4所示。表2-4 碱皂废水水质分析情况表项目NH3-NpHTDSTOC煤油及P507浓度(mg/L)40006.48818017951002.2.5碳铵洗涤废水碳铵洗涤废水水量112.7m3/d,水质成分如表2-5所
10、示。表2-5 碳铵洗涤废水成分分析表项目NH3-NpHTDSTOC煤油及P507浓度(mg/L)2000250076000800051无2.2.6 草沉洗涤废水草沉洗涤废水水量236.0m3/d,水质成分如表2-6所示。表2-6 草沉洗涤废水成分分析表项目NH3-NpHTDSTOC煤油及P507浓度(mg/L)3012200010无2.2.7 一般性生产排水一般性生产排水为设备的冷却水、洗涤、冲洗地面、纯水制备、电渗析排出的浓缩水等,但不包括冲洗设备的碳铵洗涤废水和草沉洗涤废水,水量约为200 m3/d。根据富远稀土材料有限公司目前生产情况,其实际生产规模约为设计生产规模的2/3,因此生产废水
11、排放量相应的减为设计生产规模的2/3,具体水量数据见表27。表27 设计生产废水量与实际生产废水量废水种类设计生产水量(m3/d)实际生产废水量(m3/d)稀土皂废水226.00151.00碳铵沉淀母液80.5054.00草酸沉淀母液71.0047.00碱皂废水82.5055.00碳铵洗涤废水112.7075.00草沉洗涤废水236.00157.00一般性生产排水200200合 计1008.70739.00综上所述,富远稀土生产废水与其它废水设计水量为1008.7 m3/d,实际水量总计为739.00m3/d,时均废水量分别为42.03m3和30.79m3。2.2 出水水质废水经过处理系统前期
12、处理后,出水水质指标要求达到广东省水污染物排放限值(DB44/262001)第二时段一级标准,具体水质指标见表2-7:表2-7 废水排放标准项目CODCrBOD5SSNH3-N石油类pH氟化物浓度(mg/L)902060105.06-910项目总铜总锌总锰总铅总镉总镍总铬总砷总汞浓度(mg/L)0.52.02.01.00.11.01.50.50.05对达到广东省水污染物排放限值(DB44/262001)第二时段一级标准的处理出水进一步深度处理,使其达到地表水水质要求,可以回用于稀土生产过程。第三章 废水处理工艺设计思想根据不同生产工艺段废水的水质特征,以清洁生产和循环经济为废水处理工艺指导思想
13、,在污染控制的同时考虑资源的回收利用,彻底分离废水中污染物质,实现污水零排放。根据废水水质分析,可知NH3-N为废水中典型污染物,因此根据废水NH3-N浓度变化可将废水分为高NH3-N浓度废水、中等NH3-N浓度废水、低NH3-N浓度废水和一般性生产排水,针对不同NH3-N浓度废水采取不同的处理工艺,在污染控制的同时考虑资源的回收利用。3.1 高氨氮浓度废水稀土生产废水中高NH3-N浓度废水主要是稀土皂废水和碳铵沉淀母液,根据实验分析及小试结果,减压条件下,将两种废水按实际废水比例混合后蒸发浓缩,所得NH4Cl固体量可达135.8g/L,蒸馏冷凝液NH3-N浓度为48.1mg/L,对蒸馏所得N
14、H4Cl进行产品纯度分析发现NH4Cl达到农用级纯度,因此,对这两种高NH3-N浓度废水采取蒸发浓缩法回收NH4Cl的工艺。但是,由于稀土皂废水产生于萃取工艺段,含有一定量的萃取剂及重金属离子等杂质,而碳铵沉淀母液产生于沉淀工艺段,需首先通过隔油池、气浮除油池除去稀土皂废水中的萃取剂,然后与碳铵沉淀母液混合,经过气浮的稀土皂废水及碳铵沉淀母液中仍然含有重金属离子,可以通过加入NaOH调节pH值的方法,使大部分重金属离子沉淀析出,然后再以HCl将pH调至6左右进入NH4Cl蒸发浓缩塔。所得NH4Cl产品可作为商品销售,也可作为原料回用于稀土采矿工序;浓缩液再次返回蒸发塔循环蒸发;冷凝蒸馏水由于含
15、有少量NH3-N,进入综合集水调节池,待进一步处理。对于高NH3-N浓度废水的处理,NH4Cl的蒸发浓缩结晶回收是关键工艺,由于蒸发过程消耗大量的能量且NH4Cl蒸发过程对设备具有强的腐蚀性,因此,简单的蒸发浓缩工艺,不仅使蒸发过程效率低下、能耗较高、设备腐蚀严重,而且容易造成NH4Cl的反向升华,造成冷凝水中NH3-N浓度仍然较高,达不到排放标准,因此必须采用多效蒸发工艺,在多效蒸发中,常见的操作流程有顺流、逆流、平流和错流。顺流流程由于后效溶液的浓度较前效高,且温度又较低,所以随溶液浓度的提高导致粘度逐渐增加,致使传热系数下降。逆流流程中,第一效蒸发器中溶液的温度和浓度都很高,设备腐蚀相当
16、严重。上述两种流程虽各有特点,但都不适合NH4Cl废水的蒸发。鉴于此种情况,针对高浓度氯化铵废水的蒸发过程的特点,采用三效错流真空蒸发工艺流程。含NH4Cl的废水经原液泵加压后,经预热器预热至7085,进入第一效蒸发器加热室内加热蒸发,溶液沸点控制在8596 ,质量分数达到2025。在第一效气液分离室内进行气、液分离,分离出来的液体用泵打入闪蒸器。经闪蒸后的液体再进入三效蒸发器加热室内继续被加热蒸发,溶液沸点控制在6575,质量分数达到3035。在该效蒸发器气液分离室内进行气、液分离,分离出来的蒸汽进入乏汽预热器对原料液和母液进行加热。分离出来的液体用泵打人二效蒸发器加热室继续蒸发,溶液沸点控
17、制在6585,当蒸发到质量分数为3237后,在该效蒸发器气液分离室内进行气、液分离,分离出来的液体去结晶器冷却结晶,结晶出的固体氯化铵经过离心分离、干燥、包装成为氯化铵成品。结晶槽内的母液用泵打人乏汽预热器内预热到5065后,进入二效蒸发器进行加热蒸发。由锅炉来的生蒸汽和经一效蒸发器气液分离室分离出来的部分二次蒸汽经蒸汽喷射热泵压缩后共同进入一效蒸发器加热室的壳程,加热室温度为100105;由一效蒸发器气液分离室分离出来的另一部分二次蒸汽进入二效蒸发器加热室的壳程,作为热源对二效蒸发器进行加热,温度为8090。由三效蒸发器气液分离室分离出来的二次蒸汽进入乏汽预热器冷凝,冷凝温度在6070 ,并
18、对原液、母液进行加热。由乏汽预热器出来的尾气进入大气冷凝器内,将其中的水蒸气直接冷凝下来,冷凝下来的水下降到水封槽内,再用泵将水打人凉水塔内,冷却后的水通过泵打回大气冷凝器内循环使用,不凝性气体用真空泵抽走排空。各效蒸发器加热室壳程中的冷凝水和乏汽预热器中的冷凝水经串联后用泵抽走。该三效错流真空蒸发流程具有以下突出特点:(1)采用了混合式大气冷凝器和真空泵相结合的形式,以保证多效蒸发系统为真空蒸发。在多效蒸发系统中为负压操作,因此可以有效降低各效蒸发器内溶液的沸点,一般情况下,第一效蒸发器内溶液的沸点控制在8596 ,第三效蒸发器内溶液的沸点控制在5575之间。第一效蒸发器内温度高,但料液浓度
19、低;二、三效蒸发器内浓度高,但温度低,因而可以减小氯化铵溶液对设备的腐蚀,纯钛材即可保证设备的使用寿命在10 a以上。(2)在蒸发系统中蒸发器采用降膜蒸发器。因为采用了低温蒸汽加热和真空蒸发,使得总有效传热温差变小。降膜蒸发器是在较小的总传热温差下实现多效蒸发的一种较好的加热蒸发方式。(3)在二、三效降膜蒸发器的壳程设有盘管,用以预热原料液,提高原料液进入一效蒸发器的温度,减少蒸发管内的预热段,较好地提高蒸发强度。(4)采用蒸汽喷射式热泵。生蒸汽将一效蒸发器蒸发出来的二次蒸汽压缩后一起对一效蒸发器进行加热,这就使低品位蒸汽(二次蒸汽)变为高品位蒸汽,可以进一步降低能耗,节能幅度可达45。(5)
20、一效蒸发出的料液经过一次闪蒸后补充到三效加热室做加热之用,三效气液分离出来的二次蒸汽用于预热原料液和从结晶器中分离出来的母液,可大幅度提高热量利用率。综合特点(3)、(4)的节能效果,在该工艺中单位蒸汽消耗量可达到0.250.30 kg(汽)kg(水)。(6)大气冷凝器冷凝下来的水返回大气冷凝器循环使用,排放的废水是干净的冷凝水,可达到排放标准。生产中只需补充少量一次水即可满足生产要求,节约了水资源,对环境不产生二次污染。(7)蒸发系统中的溶液没达到饱和,因而蒸发器中没有结晶析出,产生垢层机会少,使得清洗蒸发器周期延长,开工率较高。蒸发结晶获得NH4Cl晶体或浓液,通过加入浓H2SO4与之反应
21、可回收(NH4)2SO4溶液和盐酸,反应原理如下式所示。(NH4)2SO4可回用于矿山开采稀土矿,而盐酸可回用于稀土冶炼过程,因此,通过将NH4Cl转化生成(NH4)2SO4和盐酸,可回用于企业内部生产过程,解决了NH4Cl的销售问题,实现了真正意义上的循环经济与清洁生产,该技术工艺流程如图3-1所示,其工业应用需进行进一步中试研究。2NH4Cl+H2SO4=(NH4)2SO4+2HCl图31 NH4Cl制(NH4)2SO4和盐酸工艺流程3.2 中等氨氮浓度废水中等NH3-N浓度废水主要是碱皂废水和碳铵沉淀废水,NH3-N浓度范围为20004000mg/L,若采取前述蒸发浓缩法回收NH4Cl则
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