污染治理(100~101)稀土生产废水治理方案综述蔡英茂(包头市辐射环境管理处,内蒙古自治区包头014030)摘要:论述了稀土生产废水对环境的影响和危害.针对其影响和危害,从回收资源和废水达标排放角度,对稀土生产产生的酸性废水、硫铵废水和氯铵废水的各种处理方法进行了论述;通过对各种处理方法的筛选、优化,确定了最佳处理方案.关键词:稀土废水;治理方法;筛选确定中图分类号:X703文献标识码:B文章编号:1009-1211(2001)02-0100-02包头白云鄂博铁矿蕴藏着丰富的稀土资源,使包头市成为世界著名的稀土之乡.全市共有稀土冶炼企业近百家,凭借资源优势和稀土应用技术的不断发展,稀土工业在当地的经济发展中占有极其重要的地位.但是稀土工业生产(包括稀土精矿的分解、稀土元素的分离、稀土产品的制造和提纯)需使用大量的化学品,导致在生产过程中产生大量的废气、废水和废渣,严重污染周围环境.包头市年排放稀土生产废水约250万t(占包头市工业废水排放总量的4%),废水中主要污染物的年排放量为:氟化物1780t、氨氮1145万t、硫酸根2117万t、氯离子1174万t、放射性钍核素2108t.上述废水的排放严重地污染了地表水和地下水,引起了工农纠纷和工牧纠纷,严重地制约着稀土生产的健康、可持续发展.1稀土生产工艺废水排放种类和水质在稀土矿石冶炼过程中主要排放3种废水:¹稀土精矿焙烧尾气喷淋净化产生的酸性废水;º碳酸稀土生产过程中产生的铵盐(硫酸铵)废水;»稀土分离产生的铵盐(氯化铵)废水. 111酸性废水酸性废水是由尾气净化系统通过水洗尾气中的污染物质而产生,废水中主要含有硫酸、氢氟酸和氟硅酸.废水pH[2,F\2000mg/L, H2SO4\16000mg/L.112硫铵废水硫铵废水是稀土生产中利用焙烧后的焙烧矿收稿日期:2001-01-02.作者简介:蔡英茂(1954)),男,河北省人,高级工程师,包头市辐射环境管理处,现从事辐射环境管理、监测、科研工作.石(或硫酸稀土)为原料,在生产碳酸稀土过程中而产生的废水,废水中硫酸铵的质量浓度为5000 mg/L,并含有少量的钙、镁离子.113氯化铵废水氯化铵废水产生于P507皂化、单一稀土分离及碳沉铵盐废水,废水中氯化铵的质量浓度为11000mg/L.从以上3种废水的水质可以看出,均已超过了5污水综合排放标准)(GB8978-96)的标准限值.2治理方案选择211治理方法21111酸性废水治理酸性废水目前有2种成熟工艺,即直接中和或回收硫酸及氟化盐.(1)直接中和.利用廉价的碱性物质,如石灰或电石渣等将废水中的酸性物质中和,同时使废水中的有害物质生成沉淀物及盐类后去除,再进行深度除氟及水澄清处理,废水即可达标排放.此种方法工艺简单、流程短、投资少,适合中小型企业采用,但消耗石灰的数量较大,水处理成本较高,所产生的大量废渣(石灰渣)还需进行妥善处置,否则会造成二次污染.(2)回收硫酸及氟化盐.通过对尾气强化冷却,稀酸吸收等措施,将洗涤中的硫酸含量富集到可回收的浓度(40%左右),再通过蒸发浓缩分离氢氟酸,使液体中的硫酸体积分数提高到93%,分离出的氢氟酸通过/两反应、一合成工艺0制成冰晶石或生产其他氟化盐.该方案无二次污染,并可节约大量的水(大部分可回用),大大地减轻了水处理负第14卷第2期甘肃环境研究与监测2001年6月荷;另一方面,还能回收废水中的有用物质,创造一定的经济效益.21112硫铵废水目前氨氮废水的治理方法有物理法、物理化学法、生物法等,但针对稀土废水,由于受废水中氨氮的存在形式、铵盐浓度及水量的限制,采用生物法治理是不适宜的.可行的方法只能是物理或物理化学方法,其共同点是可以回收资源,前者是将废水中的铵盐转化为气态氨后予以回收,后者是对废水中的硫酸直接进行回收.可供选择的工艺有直接蒸发浓缩法、电渗析-蒸发浓缩法和碱性蒸氨法.(1)直接蒸发浓缩法.此方法通过蒸发浓缩使其结晶,从废水中提取铵盐,其工艺简单、流程短,蒸发后的冷却水完全可以回用,废水经治理后最终可以实现/零排放0.但由于铵盐浓度较低,能耗较高,按日处理100t废水计算,日耗煤在20t 以上,高额的运行费用企业很难承受.(2)电渗析-蒸发浓缩法.电渗析是盐水,尤其是海水淡化处理方面普遍采用的一种膜处理技术,随着新型膜材料和膜应用技术的发展及制作成本的大幅度下降,其应用越加广泛.有关实验已经证明,通过选择合适的铵离子选择性透过膜,可以将废水中的铵离子(其他杂质较少)质量浓度控制在200mg/L以下,这种废水完全可以返回工艺使用,电渗析出来的10%~15%的铵盐水,进一步经蒸发、浓缩、结晶等工序将废水中的铵盐予以回收.该方法是对直接蒸发浓缩回收铵盐法的一种改进,处理后的水其水质可以达到很高的质量,能耗也有较大幅度的下降,但该方法技术含量较高,对水质要求苛刻,如对含钙和镁杂质过高的稀土生产硫铵废水,实验证明是行不通的(主要是膜堵塞);另外,该方法工艺流程较长,所需要的公辅设施较多,尤其是电渗析设备一次性投资较高.因此,该方法仅适合在环境要求较高且不考虑经济承受能力的条件下应用.(3)碱性蒸氨法.采用碱性物质将废水中的固定铵盐转化为游离氨,再利用汽提方法将氨分离,得到氨水.此法技术成熟.实践证明采用先进的雾化、气化及分离提取装置,处理后的废水氨氮含量远远低于国家排放标准.从废水中回收氨(18%~20%的氨水)可用于稀土分离工序,排出的废水可回用于焙烧矿水浸工段.此法在大、中、小型企业中均可使用,对于浓度较高、排放量较大的铵盐废水的处理尤为适合.虽然这种方法也要消耗一定的能量,但采用先进的雾化、气化提取工艺而不是纯碎的蒸发法,因此能耗比直接蒸发或电渗析法要少得多.但该工艺处理后排放的废水具有一定的碱性,并含有一定量的固体物质,所以不能直接排放,需要进一步处理,因此结合并考虑酸性废水的处理工艺,可将这部分排水用于残余酸性废水的中和处理,处理后的澄清水水质会明显改善,并可降低杂质含量,以用于焙烧窑尾气净化或稀土水浸及碳沉洗涤工艺,达到一举三得的目的,从而实现循环再利用的过程,从而使所有的污染物质均转化为无污染的固态形式而加以去除,达到了废水综合治理的目的.21113氯铵废水由于氯铵废水浓度较高且杂质较少,可采用直接蒸馏、浓缩方法进行处理,该工艺技术简单成熟,已有成功经验.212治理方案的选择通过对以上各方案的分析比较,进行治理方案优化,按照工艺成熟可靠、投资适中、技术先进实用的原则,选择以下具体治理方案:¹采用资源回收工艺处理焙烧窑尾气净化废水,回收较浓的硫酸返回稀土焙烧工艺使用,回收的氟进一步加工生产氟化盐;º硫铵废水.采用碱性蒸氨处理工艺,将废水中的固定铵盐转化为氨,生产工业级18%~ 20%的氨水产品;»氯铵废水.采用直接蒸发浓缩法处理.3废水处理原理311酸性废水31111气体吸收HF+H2O=HF#H2O(通过氢键及缔合力富集)SO3+H2O=H2SO4(与水结合进入循环吸收液中)SiF4+2HF=H2SiF6SO2+2NH3#H2O=(NH4)2SO32(NH4)2SO3+O2=2(NH4)2SO431112氟盐回收6HF+SiO2=H2SiF6+2H2O(下转111页)101第2期蔡英茂:稀土生产废水治理方案综述现状评价、影响预测和环境规划等方面的决策支持,通用环境管理决策支持系统还提供基本空间数据管理、模型管理和对公共数据调用的框架,为用户二次开发提供一个开放环境142.环境管理决策支持系统的最终用户是各级政府环保部门的管理决策层,他们所关心的问题不局限于某一侧面,而是具有综合性特点.例如,环境问题与经济发展的关系、污染源和环境质量的关系、污染物排放、环境质量与国家和地方有关法规和标准的比较、区域性宏观污染控制策略等.为此需要在GIS系统提供的数据管理、指令功能、图形界面和应用开发工具的环境下,实现对空间数据库、内部属性库和外部公共数据库的管理、连接的操作、模型的管理和计算、用户选择、情景分析、事件处理和决策输出等功能.参考文献:112边复苓.地理信息系统原理和方法1M21北京:测绘出版社,1996,7~151122郭秋英1当前GIS发展的几个特点1J21测绘通报, 1998,(5):43~541132郭仁忠1空间分析1M21武汉:武汉测绘科技大学出版社,1997,65~781142石自平.中国环境信息系统建设总体方案研究1C2,国家环保局.环境信息国际研讨会论文集1北京:国家环保局,1993,20~251(上接101页)H2SiF6+Na2SO4=Na2SiF6+H2SO42HF+NaCO3=2NaF+CO2+H2O3HF+A1(OH)3=A1F3+3H2O3NaF+AI F3=Na3AlF6H2SO4(30%))y H2SO4(93%)312硫铵废水31211转型CaO+H2O=Ca(OH)2(NH4)2SO4+Ca(OH)2=2NH4OH+CaSO4 31212蒸氨NH4OH=NH3+H2O(通过加热)313氯铵废水NH4C1(8%~15%))y NH4Cl(固体)4结论和建议(1)稀土生产中对环境污染严重的为稀土精矿石焙烧尾气喷淋酸性废水、碳酸稀土生产含硫铵废水和稀土分离氯化铵废水.这3种废水是制约稀土行业能否持续、健康发展的主要因素.(2)通过对各种治理方法的筛选和优化,按照工艺成熟可靠,投资合理,技术先进实用的原则,确定对酸性废水采用回收硫酸和氟盐处理工艺;硫铵废水采用碱法蒸氨工艺;氯铵废水采用直接蒸发浓缩法.(3)采用上述方法治理稀土生产废水,不仅废水得到了治理,做到达标排放,而且回收的产品将产生一定的经济效益,真正做到了经济效益、环境效益和社会效益的统一.(上接105页)技界研究的主要课题.经研究发现,过渡金属对汽车尾气净化具有催化活性,单纯的过渡金属氧化物在排气温度较高时,容易烧结而丧失低温活性.稀土氧化物本身在催化反应中没有活性,但他与过渡金属氧化物相结合,能显著提高其活性,鉴于稀土-过渡金属氧化物在生产成本上具有优势,故我国集中了大量的人力物力对此技术进行研究和开发,并取得了显著的成果142.随着我国人民生活水平的提高和汽车消费的日益增长,人们对环境质量的要求也会更高.在加强立法和制定排放标准的同时,科技人员应尽快研制出更符合我国国情的汽车尾气转化装置,更好地为中国的蓝天工程做出贡献.参考文献:112国家环保局大气处1汽车对大气的污染及其控制1M21北京:气象出版社,19881121122胡成南1我国机动车污染控制技术对策与市场分析1C21专题报告论文集1中国环保产业协会,1999143~491132钱耀文1汽车发动机排放污染与控制1M21北京:人民交通出版社,198716.142黄传荣,甘世凡1汽车排气净化催化技术面临的挑战1J21现代化工119961(3):18~20.152Martyn Twi gg.Twenty-Five Yeais of Autocatalyts1J2 1Platinum Matals Rew,1999,43(4):168~1711111第2期赵峰等:GIS技术在环境管理中的应用。