长沙有色冶金设计研究院有限公司夏传：铅锌冶炼废水脱钙软化工程设计

高盐高硬度的铅锌冶炼废水经调节池均质均量后，加压输送至溶气罐，同时从顶部通入CO ₂ 气体，形成溶气水并进入反应槽降压释放，同步投加NaOH以维持反应pH=10.5，控制溶气压力0.3~0.5 MPa，实现废水的脱钙软化，软化废水经絮凝沉淀、过滤澄清及硫酸回调pH=6~9后，直接或深度处理后回用。

铅锌冶炼废水多采用石灰（石）中和、石灰铁盐除砷、硫化除重金属等常规处理方法，出水为高盐高硬度废水，仅能低水质回用，且极易造成管道结垢及设备腐蚀，重复使用致使盐分累积。

因此，铅锌冶炼废水需脱盐回用，而废水脱盐多采用反渗透膜淡化，再辅以蒸发结晶等工艺实现零排放。为满足反渗透膜进水要求，避免反渗透膜浓水侧结垢及污堵现象，延长膜使用寿命，需对铅锌冶炼废水脱钙软化预处理。

（1）采用“CO ₂ +NaOH”化学沉淀法可有效脱去铅锌冶炼废水中的钙硬度，进水总硬度为993~1062 mg/L，出水总硬度40~100 mg/L，去除率达到90~96%。

（2）本工程采用溶气罐以形成CO ₂ 饱和溶气水，溶气效率达90%以上，节约CO ₂ 用量，产生的碳酸钙沉淀渣返回原废水处理站使用，用作中和剂，不产生固废，并节约药剂费。

（3）废水脱钙软化运行费用合计5.09元/m ³ ，吨水收益0.20元/m ³ ，扣减收益后，运行费用为4.89元/m ³ ，经后续膜处理可实现废水淡化回用，环境效益显著。

本工程提供了一种铅锌冶炼废水软化处理解决方案，同时可作为废水脱盐的脱钙预处理，是实现铅锌冶炼废水高水质回用或零排放的重要工序。加压溶气形成的CO ₂ 饱和溶气水可提高溶气效率并节约CO ₂ 用量，生成的碳酸钙渣返回原废水处理站用作中和剂，不产生固废。

某铅锌冶炼厂采用“沸腾焙烧+浸出净化+锌电积”工艺处理硫化锌精矿得到电锌产品；采用“富氧顶吹+侧吹还原熔炼+烟化炉挥发+电解”处理铅精矿及锌浸出渣生产铅锭。厂区废水处理站工艺为“石灰中和+石灰铁盐法”，出水为高钙高盐废水，直接外排。现提出废水处理技改以达到废水零排放，拟采用的零排放综合工艺为“膜浓缩+蒸发结晶”，而废水进反渗透膜前需要脱钙软化预处理。

本工程设计规模为1200 m ³ /d，设计进出水水质如下表，总硬度以碳酸钙计。

 

目前废水脱钙软化常用的方法有离子交换、膜处理、化学沉淀、热力软化法等，其中离子交换、膜处理适合低硬度水软化或深度脱钙软化，热力软化法用以去除碳酸盐硬度。针对本项目的高钙废水，适合化学沉淀法，且去除永久性硬度的化学药剂多采用Na ₂ CO ₃ 或CO ₂ +NaOH。相比较于CO ₂ +NaOH，过量投加的Na ₂ CO ₃ 会增加后续脱盐工序的盐负荷，且Na ₂ CO ₃ 溶液制备劳动强度高，而CO ₂ +NaOH的投加可实现自动化。因此，针对废水特点和处理要求，本工程采用“CO ₂ +NaOH”脱去钙硬度，产生的碳酸钙沉淀渣返回原废水处理站的污酸中和段，用作中和剂，不产生固废，并节约原废水处理站的药剂费，外购的液态CO ₂ 来源于空气提氧氮的副产品。

首先废水进入废水脱钙调节池进行均质均量，再由水泵加压提升至溶气罐，容器罐内附带填料，水由填料层上部淋下，CO ₂ 气体也由填料上部送入，并与填料上的水膜接触，形成加压饱和溶气水，可提高CO ₂ 溶气效率达90%。饱和溶气水进入脱钙反应槽1/2，并投加NaOH溶液调节反应pH为10.5，向脱钙絮凝槽投加HPAM，形成碳酸钙混合液。混合液经浓密池固液分离，上清液自流至过滤器，过滤器出水经硫酸回调pH为6~9，存储在中间水池，待由反渗透膜进行脱盐淡化处理。

本工程自2020年3月开始建设，2020年12月底投入使用。2021年8—9月间连续16d废水脱钙软化效果见下图。进水的总硬度为993~1062 mg/L，出水总硬度40~100 mg/L，去除率达到90%~96%，较常压下提高约10%~15%。现场操作发现出水总硬度与脱钙反应槽的pH有关，当pH接近11时，总硬度可低于50 mg/L，为此需保证反应槽pH≥10.5。

 

本工程建设投资为567.35万元。运行费用包括电耗、药剂、职工薪酬，综合药剂费3.32元/m ³ ，人工费1.31元/m ³ ，碳酸钙渣回用产生收益0.20元/m ³ ，则扣减收益后，运行费用为4.89元/m ³ 。本工程的综合效益体现在废水脱钙软化的后续膜处理上，经反渗透膜淡化回用，可节约水资源，实现废水零排放，环境效益明显。

第一作者 ：夏传，硕士，全国注册公用设备工程师（给水排水）。主要从事水处理、废水资源化研究与设计工作，累计发表论文近20篇，申请（授权）专利5项。E-mail：xch1989@126.com。

通讯作者 ：李绪忠，全国有色金属行业设计大师，长沙院副总工程师，教授级高级工程师，国家注册公用设备工程师，中国工程建设标准化协会工业给水排水专业委员会委员，湖南省给水排水学术委员会副主任委员，中南大学校外硕士生导师，湖南大学校外硕士生导师，中国有色金属产业技术创新战略联盟专家委员会委员。主持完成设计项目100多项，涵盖大型工业水处理、市政水处理、民用建筑给排水、尾矿输送、冶炼厂、矿山等各类项目。主持编制标准3项，获中国有色金属工业科学技术奖一等奖1项、二等奖2项。获省部级优秀工程设计（咨询）一等奖4项，二等奖8项，三等奖6项。获国家发明专利5项，实用新型专利10项，发表学术论文20余篇。E-mail：610235358@qq.com。