稀土工业废水零排放废料资源化利用设计方案（初级版）设计水量

稀土工业废水零排放废料资源化利用设计方案（初级版）

针对稀土工业废水（高氯、高氨氮、强碱性）设计零排放废盐资源化方案，结合水质特点与产业政策要求，分步实现废水“近零排放”与副产盐“资源化利用”双重目标：

一、水质特性与核心挑战参数数值范围

1.处理难点:pH ≥11.5 强碱性腐蚀设备，需中和

NH?-N ≤30,000 mg/L 需高效回收避免膜污堵

Cl?≤150,000 mg/L 高氯离子腐蚀，需分盐提纯

F? ≤20 mg/L 与钙镁生成氟化钙结垢

COD ≤1,300 mg/L 有机物导致蒸发泡沫

石油类 ≤5 mg/L 需破乳预处理

2.设计水量：5.5 m?/h（132 m?/d）

二、整体工艺路线：分质处理+盐硝联产 

 

三、核心工艺单元设计

1. 氨氮资源化回收（解决高NH?-N）

技术：汽提精馏塔（高效脱氨）

设计参数：汽提温度110℃，pH调至10.5（防钙镁沉淀）,塔顶回收≥18%浓氨水（纯度99.5%），回用于稀土冶炼,出水NH?-N≤300 mg/L（满足膜进水要求）

收益：年回收氨水1,584吨，价值95万元（按600元/吨计）

2. 除氟除硅预处理（防结垢）

（1）药剂组合：

一级：CaCl?（Ca:F=1.2:1） → 生成CaF?沉淀

二级：MgCl?+Na?PO? → 生成Mg?(PO?)?·MgF?胶体共沉淀

（2）控制点：

反应pH=6.5-7.0（避免生成可溶性CaHPO?）

出水F?≤1.5 mg/L，SiO?≤10 mg/L

3. 膜分盐浓缩系统（分质资源化）

单元	技术选型	设计要点
纳滤分盐	抗污染NF膜（如Dow NF90）	操作压力3.5MPa，回收率75% → SO???截留率>98%，Cl?透过率>95%
初级RO	海水膜（SW30HRLE）	压力6.0MPa，回收率60% → 产水TDS<500 mg/L（回用）
高压RO	碟管式RO（DTRO）	压力100 bar，浓缩至TDS 200,000 mg/L → 减量MVR蒸发负荷50%

抗污设计：膜前设保安过滤器（5μm） + 在线快冲（每2h）阻垢剂投加：耐碱型PESA（10mg/L），防硅垢沉积

4. MVR蒸发-结晶分盐

硫酸钠分盐：冷冻结晶（-5℃） → 离心分离 → 十水硫酸钠（纯度≥98.5%）母液返回NF浓水侧循环

氯化钠分盐：MVR蒸发（压缩机温升12℃） → 强制循环结晶 → 精制NaCl（纯度≥99.0%）蒸汽耗量：0.15吨/吨水（常规蒸发1/3）杂盐控制：混盐率<5% → 螯合固化后填埋（浸出毒性达标）

四、副产盐资源化路径

产品	标准	年产量	资源化方向	经济价值
精制氯化钠	GB/T 5462-2015Ⅰ类	3,200吨	氯碱工业原料	160万元（500元/吨）
无水硫酸钠	GB/T 6009-2014Ⅰ类	1,100吨	玻璃/印染行业	35万元（320元/吨）
浓氨水（18%）	HG/T 5353-2018	1,584吨	稀土冶炼回用	95万元

 

五、运行成本与收益分析（单位：元/吨水）

成本项	金额	收益项	金额
电费（52kWh）	35.36	氨水销售	-18.02
蒸汽（0.15t）	40.50	氯化钠销售	-3.64
药剂	12.80	硫酸钠销售	-1.25
膜更换	6.20	总收益	-22.91
维护	4.50
总成本	99.36	净处理成本	76.45

注：电价按0.68元/kWh、蒸汽270元/吨计；资源化收益使实际成本降至传统工艺的60%

六、关键设备清单与创新设计

系统	设备名称	参数与材料要求
氨回收	搪瓷汽提塔	φ0.8m×12m，钛材分布器
膜浓缩	DTRO膜组	2支/级，三级串联，耐压100bar
MVR蒸发	离心式压缩机	流量0.9t/h，功率110kW，COP=25
冷冻结晶	刮板式结晶器	换热面积25m?，制冷量220kW

创新点：

纳滤-冷冻结晶耦合：NF浓水直接冷冻制硫酸钠，省去蒸发能耗

钛合金耐蚀设计：MVR蒸发器、管线采用Gr.29钛合金（耐Cl? 150g/L）

七、实施要点

1.防氯腐蚀优先：

接触>50g/L Cl?的设备（如RO膜壳、蒸发器）必须采用钛合金/2205双相钢

2.防氟结垢控制：

实时监测Ca??/F?摩尔比，投加CaCl?后ORP<-100mV（防过饱和析晶）

3.分盐纯度保障：

NaCl结晶前投加BaCl?（0.5mg/L）去除残余SO???

硫酸钠母液经活性炭吸附（COD<100mg/L）后回用

结论：本方案通过氨回收减毒+膜分盐提质+冷冻/热结晶联产，实现稀土废水近零排放与资源化收益平衡。总投资约670万元，投资回收期4.2年（按净成本76元/吨水计）。