1、 湖南胜溪锰业废水处理工程可行性研究报告 1、概述1.1 项目名称湖南胜溪锰业有限公司电解车间废水处理工程1.2建设单位湖南胜溪锰业有限责任公司该公司位于长沙市宁乡县黄材镇胜溪村，2003年，宁乡县黄材水库管理局、宁乡县黄材镇人民政府为了整合资源，充分发挥本地区锰矿资源、水电资源和劳动力资源优势，发展宁乡县经济，联合招商引资，引进该公司电解锰生产项目，设计年产高纯电解锰5000吨，2004年5月建成投资，完成项目投资1200万元，其中环保设施投入150万元。2007年生产电解锰4200吨，完成工业产值7500万元，创利税500万元，其中国地两税350万元，现已安置农村剩余劳动力和企业下岗职工1
2、56人。1.3项目建设目的湖南胜溪锰业有限公司针对原废水处理工程存在设施陈旧、工艺参数、药剂加入靠工人控制，处理效率低，废水中锰、氨氮不能稳定达标等缺陷，拟对原废水处理装置，进行提质改造，采用先进处理工艺，以保证废水中污染物长期达标排放，进一步削减废水中污染物排放量，处理后的废水尽量循环利用，实现自控操作，提高处理效率。1.4编制依据：1、中华人民共和国水污染防治法（中华人民共和国主席令第87号2008年2月28日）2.给排水设计手册（第二、四、六、九分册）3、电解锰行业清洁生产标准（HJ/T357-2007）4、湖南省电解金属锰企业行业准入环境保护内容5、全国电解锰行业环境整治工作要求（国家
3、环保部2009年）6、湖南胜溪锰业有限公司提供的基础资料：原水水量、水质7、电化学处理废水小试实验报告2 处理工艺方案选择及确定 2.1工程规模：日处理能力为120m3/d2.2进出水水质：进水水质pHMnCr6+PbCODSSNH3-N34270mg/l50mg/l5mg/l80 mg/l200mg/l900mg/l出水水质：达到污水综合排放标准（GB8978-1996）表1、表4中的一级标准pHMnCr6+PbCODSSNH3-N692 mg/l0.5mg/l1.0mg/l100mg/l70mg/l15mg/l2.3系统处理工艺比选如前所述，湖南胜溪锰业有限责任公司的生产废水主要是氨氮、铬
4、和锰超标，本报告主要以控制氨氮、铬、锰的浓度为主体思路来进行分析。综合以上情况，本项目采用电化学系统来处理重金属、利用动力波旋转泡沫分离装置来去除氨氮的工艺路线。电化学技术简介电化学法是一种使用电能代替昂贵的化学试剂，能够同时祛除水中的重金属、悬浮固体、乳化有机物和其它多种污染物的电化学过程。电化学技术可以在较大规模上、经济、洁净而可持续地处理废水。通常，很难治理的废水需要多种不同的化学药剂和流程来处理，但是其效果仍远不如电化学技术在一个步骤之内就能达到的指标。电化学理论基础电化学法是一个复杂的过程，在电场的作用下金属电极产生阳离子在进入水体时包括许多物理化学现象，从离子的产生到形成絮体包括三
5、个连续的阶段：（1）在电场的作用下，阳极产生电子形成“微絮凝剂”铁或铝的氢氧化物；（2）水中悬浮的颗粒、胶体污染物在“微絮凝剂”的作用下失去稳定性；（3）脱稳后的污染物颗粒和微絮凝剂之间相互碰撞，结合成肉眼可见的大絮体。由于电化学法过程中电解反应的产物只是离子，不需要投加任何氧化剂或还原剂，对环境不产生或很少产生污染，被称为是一种环境友好水处理技术。电化学法具有很多的优点，如：（1）设备简单，占地面积少，设备维护简单；（2）电化学过程中不需要添加任何化学药剂，产生的污泥量少，且污泥的含水率低，易于处理；（3）操作简单，只需要改变电场的外加电压就能控制运行条件的改变，很容易实现自动化控制；电化学
6、法中常用的电极材料为铝或铁，在阳极和阴极之间通以直流电，发生的电极反应如下：Al3eAl3+ （1）在碱性条件下Al3+3OHAl(OH)3 （2）在酸性条件下Al3+3H2OAl(OH)3+3H+ （3）铁阳极Fe2eFe2+ （4）在碱性条件下Fe2+2OHFe(OH)2 （5）在酸性条件下4Fe2+O2+2H2O4Fe3+4OH （6）另外，水的电解还有氧气放出2H2O4eO2+4H+ （7）在阴极发生如下反应2H2O+2eH2+2OH （8）电化学法在处理过程中具有多功能性，除了电化学作用之外还有电化学氧化和还原、电气浮等作用。电化学法去除水中污染物过程见下图。电化学去除污染物过程电化
7、学系统工作原理我们的电化学系统采用电能代替昂贵的化学试剂，能够同时去除水中的重金属、悬浮固体、乳化有机物和其它多种污染物。电化学法通过给多块钢板加直流电，在钢板之间产生电场，使待处理的水流入钢板的空隙。在该电场中，通电的钢板会有一部分被消耗而进入水中。电场中的离子与非离子污染物被通电，并与电场中电离的产物以及消耗进入水中的钢板发生反应。在此过程中，各种离子相互作用的结果，通常是以其最稳定的形式结合成固体颗粒，从水中沉淀出来。概括来说，在我们的电化学反应器的电解过程中，一般可简单描述为产生四种效应，即电解氧化、电解还原、电解絮凝和电解气浮。电解氧化电解过程中的氧化作用可以分为直接氧化，即污染物直
8、接在阳极失去电子而发生氧化；和间接氧化，利用溶液中的电极电势较低的阴离子，例如 OH-、Cl- 在阳极失去电子生成新的较强的氧化剂的活性物质Cl2等。利用这些活性物质使污染物失去电子，起氧化分解作用。电解还原电解过程中的还原作用也可以分为两类。一类是直接还原，即污染物直接在阴极上得到电子而发生还原作用。另一类是间接还原，污染物中的阳离子首先在阴极得到电子，使得电解质中高价或低价金属阳离子在阴极得到电子直接被还原为低价阳离子或金属沉淀。电解絮凝可溶性阳极通以直流电后，阳极失去电子后，形成金属阳离子，与溶液中的OH-生成金属氢氧化物胶体絮凝剂，吸附能力极强，将废水中的污染物质吸附共沉而去除。电解气
9、浮电解气浮是对废水进行电解，当电压达到水的分解电压时，在阴极和阳极上分别析出氢气和氧气。气泡尺寸很小，分散度高，作为载体粘附水中的悬浮固体而上浮，这样很容易将污染物质去除。电解气浮既可以去除废水中的疏水性污染物，也可以去除废水中的亲水性污染物。电化学技术与其它几种技术的比较电化学技术与其它几种技术的比较处理方法反应机理优点缺点生物法通过生物吸附以及微生物新细胞物质合成而消耗降解处理方法较化学药剂法简单，污泥量较化学药剂法少占地面积大，投资高，受废水成分和浓度限制，停留时间长，不易管理,处理水不能回用化学药剂法加入混凝剂，减少电荷及双电层的有效距离，通过吸附架桥形成大絮团应用较为广泛占地面积大，
10、处理费用高，污泥量大，适用范围窄，对不同的废水需添加不同的药剂，废水需分流处理，对操作人员要求很高电化学法使用电能代替昂贵的化学药剂的电化学处理方法处理成本三者中最低，污泥量三者中最少，占地面积三者中最小，自动化程度高，易管理，能够同时去除多种污染物对类似生活污水的废水处理性价比较低电化学处理工艺优势(1)投资成本低，运行处理低：主要投资为设备及其配套设施，土建工程量小，工期缩短，因此投资成本不高，运行中仅需电力、更换极板，无须添加其他化学药剂，运行维护操作简单，因此运行费用低。(2)连续流动处理:可根据实际需要实现24小时连续运行或随时开机停机。(3)无需化学添加剂，污泥量少：利用铁板通过电
11、能产生“微絮凝剂”代替化学絮凝剂使锰等重金属分离出来，通过过滤进入污泥，并可通过污泥处理进行回收。(4)系统处理范围广：电化学可处理多种污染物，包括锰、砷、铅、镉、铜等多种重金属及氟、磷、COD等有机物。(5)占地面积小：以设备为主，土建施工量小，占地面积大大低于其他工艺，可大大加快施工进度。(6)对进水水质要求低，耐冲击负荷：可以处理各种负荷的进水，对水力水质等条件要求不高。(7)极高的污物去除率：对砷等重金属去除率可达到99.99%以上。(8)简单操作和保养：自动化程度最高，易管理，结构简单，维护量小。(9)非同寻常的灵活性：处理工序可以非常简单的进行叠加，反应器可轻易实现各种需求的串联和
12、并联扩容，如进水浓度特别高或出水要求特别严，可二次或多次经过反应器，保证出水绝对达标。动力波旋转系统动力波旋转泡沫反应分离装置是一种新型工业废水、废气处理的专用装置，并已申报国家发明专利（申请号：200810031631.4）。研究结果表明，采用动力波原理处理高氨氮的工业污水，不仅CODcr去除率最高可达99%，氨氮总量去除率最高可达98%以上，特别适用于氨氮总量在600mg/L以上的高浓度的工业污水处理，而且还可利用锥度螺旋填料（专利号：200610031454.0）高效率回收脱出的氨或其他有用的气相组分，为实现清洁化生产，实现零排放创造了条件。气相入口气相出口液相入口洗涤剂排污口12653
13、74动力波旋转泡沫反应-分离装置流程示意图1.洗涤管 2.喷嘴 3.填料层4.除雾器5.循环泵6.洗涤剂贮槽7.压差计 7本项目采用的动力波旋转波泡沫分离装置其特点在于气流和液体在高速流动状态下逆流接触，液相由特制的喷头呈幅射状射出，高速旋转的液流与高速气 湖南胜溪锰业废水处理工程可行性研究报告相碰撞后包裹、夹带大量带压气体自里向上、向外抛向管壁，然后再折回中心再次与向下高速流动的气流接触，又卷入大量气相，由于被包裹的带压气体的不断增加和向外膨胀，以及向下高速流动的气相和向上高速喷出的液相的上下挤压，被液相不断裹夹和分隔的气相便形成大量气泡，当气液两相达到动量平衡时，即会在泡沫分离柱中形成稳定
14、的驻波层。驻波层内形成的大量泡沫不仅大大增加了气液两相间的传质面积，而且在大量高速喷出液相流体的撞击与液相两相的双向挤压下，泡沫的更新频率极高，又大大强化了气液两相间的反应和分离效率，从而使装置具有极高的传质和分离效率。利用这一特点和相关水处理工艺结合可获得十分理想的处理效果。在驻波区内，游离氨随液相中逸出，并即从被气相带出，使游离过程向有利于生产物的方向移动(使动平衡NH3+H2ONH4+ +OH- 向左移动)，从而加速了反应的过程,提高反应的转化率。因此，和常规的物理吹脱法相比，所需要的气液比和设备容积更小，效率更高。同时，我们还在尾气吸收管内设置了锥度螺旋填料吸收，使被吹脱的游离氨可以被
15、去除，或回收利用制备成一定浓度的氨水。和现有污水处理处理装置相比：在相同的污水处理能力、水质与技术要求条件下，项目投资可减少3040，占地面积可减少4060，能耗可减少3040，处理成本可下降2030。动力波装置是一种新型的气体净化洗涤设备，也可用于气体的吸收，和其他同类设备相比较，它具有以下突出技术优势：采用纯物理法常温、常压操作，能耗低、处理成本低。利用动力波产生的驻波脱除氨氮，气液传质面积大、更新频率高，效率高。 技术含量高、结构简单，投资少，占地面积小，维护容易。可多级串联使用，废水氨氮无上限限制。吸收、解吸同时完成，且气液比小。基本不受其他盐类存在的影响，特别适合于高浓度工业污水处理
16、。设备结构简单，无任何活动部件，维护简单；不怕高温、不易堵塞；可靠性好，运行周期长；易与化学、吸附、生物等其他方法组合使用，做到达标排放。不仅可以处理氨氮，而且也可处理COD2.4工艺流程及说明 2.4.1 工艺流程工艺流程图见附件2.4.2 工艺流程说明调节池：由于生产车间污水排水水质、水量变化大，因此需设调节池调节水量、水质。厂区生产废水经管网收集并进入调节池，调节池出水用泵抽入pH调节池中，该调节池利用现有池子，尺寸为1340024001550mm。pH调节池：在池内投加氢氧化钠，调节pH值到10.5左右，为进入吹脱塔做准备，同时还可以起到预处理的作用，该pH调节池利用现有池子，尺寸为2
17、70035001600mm。动力波旋转系统：动力波旋转波泡沫分离装置具有极高的传质和分离效率，与常规的物理吹脱法相比，所需要的气液比和设备容积更小，效率更高。电化学系统：采用电能代替昂贵的化学试剂，能够同时去除水中的重金属、悬浮固体、乳化有机物和其它多种污染物。自动反清洗过滤器：可以有效的过滤电化学系统产生的絮体，无须人工清洗、维护。减少土建施工量。污泥处置系统：污泥浓缩池中的污泥经过压滤后，滤液进入调节池进行处理，滤渣晒干后装袋存放在指定的防渗滤池子内，待厂方进行回收利用。事故应急池：在污水处理设备出现故障的情况下，污水应进入事故应急池，在暴雨情况下，实施雨污分流后的初期雨水也临时存放在事故
18、应急池，等待处理达标后排放，该池子可利用现有池塘进行改造。清水池：通过过滤器的出水达到排放标准，也可以进行回用。3 项目主要设施、设备3.1 总图、土建工程设施（表1）序号设施名称规格结构数量 1调节池1340024001550mm钢砼防腐12PH调节池540035001600mm钢砼防腐13沉淀池540035001600mm钢砼防腐14中间水池一480028001600mm钢砼防腐15中间水池二480041501600mm钢砼防腐16污染浓缩池300030003000mm钢砼防腐17事故应急池800060003000mm钢砼防腐18控制室、药剂室800050003000mm钢砼防腐19清污雨
19、分离系统110冷却水池500m323.2主要设备、装置表2 项目主要设备、装置表序号设备、装置名称型号规格功率或流量数量1单级离心泵IS50-32-1252.2KW Q=15m3/h42搅拌设备LZJ-3500.75KW23风机Y5-475C7.5KW24动力波废水处理装置12 m3/h3套5吸附塔60040001座6药品投加装置SR3-5001.1KW1台7pH计0.00至14.001%F.S2台8电化学系统HSJ-120120吨/天1套9自动反清洗过滤器FN111180L/min2台10压滤机XAZB15/630-UB15m21台4 工程投资估算4.1工程投资估算表（表3）序号项目投资估算
20、（元）一总图部分300000二土建部分1808730三主要设备装置11507401、pH调节、初沉系统564502、电化学系统5837503、自动反清洗过滤系统978204、氨氮去除系统3563505、污泥处理系统56370四在线监测系统435150五其他费用3856001、设计费1184002、安装费用392003、运杂费356004、调试费用592006、税费133200总计40802万元5 废水处理运行费用估算废水电化学处理的运行成本由动力费、人工费、药剂费构成（未计设备折旧及维修）动力费：电费按0.35元/KWh计，则动力成本为1.23元/m3废水药剂成本：药剂费为氢氧化钠药剂，按1.
21、25元/ m3废水计极板成本：极板消耗为铁板，按0.3元/ m3废水计处理每吨废水的电化学成本为：1.23+1.25+0.3=2.78元/m3废水氨氮去除系统总装机容量为42.1KW，电费以0.35元计算，实际运行以80%计，折合每吨水处理费用为1.18元/吨。如果氨水回收利用，氨的回收率以90%计算，每天可回收纯氨106kg，折合22%的氨水（市场售价1050元/吨）483.5kg，则价值507.7元，实际每天可盈利33.3元，折合每吨水0.28元。总运行成本为：2.78+1.18-0.28=3.68元/ m3废水计6 劳动定员管理人员 1名（环保专干兼）操作人员 2-3名维修人员 1-2名
22、7 节能、环保、安全消防7.1节能措施综述（1）主要工艺流程采用节能新技术、新工艺。（2）采用适且得、先进的、节能的高校设备。（3）不选用已淘汰的机电产品。（4）设置能耗检测仪表，提高自控水平，加强计量管理。（5）采取有效措施，避免“跑、冒、滴、漏”现象。（6）对高、低温设备及管道采取隔热措施，减少热量、冷量的损失。（7）在污水处理设施总图布置时，充分考虑能源消耗因素，尽量减少不必要的水头浪费和水头损失，尽可能降低电耗，减少水泵扬程，使工艺流程顺畅、合理。（8）污水泵、污泥泵的选型和配置充分考虑节能要求，选择工作效率较高的水泵，以节省常年运行电耗。（9）选用先进而且经济合理的计量仪表，调整运行
23、设备工况，既保证了污水处理效果，又达到了节能的目的。（10）对变压器采取了电容补偿措施，以降低无工功耗。7.2环境保护本项目为环境保护项目。项目实施后，可大大减轻废水对环境的危害，有利于保护下游水环境质量与生态环境质量，社会效益、环境效益和经济效益显著。污水处理设施在运行过程中会产生一些气味和噪声，可能对周围环境产生一定的影响，为最大限度的降低影响以满足环境保护的要求，设计拟采取以下措施：噪声的主要来源为鼓风机和水泵等动力设备，设计中优先选用低噪音、高效率的机电设备。对水泵房和风机房采用隔音做法，设双层门窗；尤其是鼓风机房，对鼓风机采取消声、阻尼、减震等措施，并在风机外加设隔音罩，墙壁及屋顶做
24、吸音处理，确保噪音符合工业企业噪声卫生标准的相关规定。对易产生异味的构筑加盖，并用引风机通过风管收集至催化除臭装置集中处置。7.3安全防火为确保安全生产，设计考虑以下措施：（1）厂内设环状主次道路，满足消防车通行要求。（2）室外按消防规范设地下消火栓，与城市自来水管网连接。室内设干粉灭火器。（3）用电设备均按等级采取防爆设计。8 效益分析 该项目投产后，可回收氨氮31.8t/a，节水30000t/a，能高效处理含氨氮、重金属污染物的车间废水，确保废水达标排放，对于保护下流水环境质量，促进工厂的可持续发展起着重要的基础保障作用，由此产生的环境效益和社会效益明显。回收锰9.72t/a，可为公司节约生产经营成本，提高市场竞争力。9 项目进度计划2009年8月完成基础资料收集和废水处理效果小型试验；2009年9月15日前完成方案设计、专家评审、报批；2009年10月完成土建工程、装置制造；2009年11月完成设备、装置安装、调试、试运转，进行处理效果现场监测；2009年12月初申报验收。10 结论该方案属于污染治理新工艺、新技术、先进合理的治理方案，行之有效，切实可行。各项排放指标均能达到国家一级标准有显著的环境效益和社会效益，对保护沩水水源和削减湘江水系污染物量有着重要意义。是利国利民造福子孙后代的民生工程，也是电化学法在电解锰行业应用的示范工程。14
