1、背景簡(jiǎn)述

　　我國(guó)稀土資源豐富，支撐著世界的主要稀土產(chǎn)能。我國(guó)稀土資源主要有包頭混合型稀土礦、四川氟碳鈰礦、南方離子型稀土礦等三大稀土資源，雖然冶煉分離生產(chǎn)工藝各具特色，但冶煉過(guò)程中產(chǎn)生的廢水污染，尤其是氨氮廢水的污染問(wèn)題均十分嚴(yán)重。

　　稀土冶煉加工生產(chǎn)過(guò)程會(huì)產(chǎn)生大量廢水，排放量大、組分復(fù)雜、濃度高，廢水中含有高濃氨氮、高濃鹽類、重金屬元素等污染物，必須妥善處置。稀土冶煉過(guò)程中的萃取劑皂化、沉淀過(guò)程中都存在大量高濃氨氮廢水的排放問(wèn)題，嚴(yán)重影響所在區(qū)域、流域的水質(zhì)安全。以我國(guó)北方稀土重鎮(zhèn)包頭市為例，年排放生產(chǎn)廢水近千萬(wàn)噸，廢水中約有6～8萬(wàn)噸的氨氮，目前，在黃河內(nèi)蒙流域濕法冶煉的企業(yè)氨氮廢水大部分未進(jìn)行回收處理，大量氨氮流入黃河，造成了黃河內(nèi)蒙段水質(zhì)的下降，不僅影響著河流的水生生態(tài)與環(huán)境，同時(shí)也對(duì)下游城市飲用水水源的取水安全構(gòu)成嚴(yán)重威脅。

　　這些嚴(yán)重過(guò)剩的氨氮、鹽類和未提取完全的稀土元素排放到環(huán)境中會(huì)造成水體的嚴(yán)重污染，若資源化處理這類廢水既可回收氨/銨資源、大幅減少原料消耗量，又可解決氨氮的環(huán)境污染問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)廢水的資源化處理。

　　進(jìn)入“十二五”，國(guó)家對(duì)稀土行業(yè)的環(huán)境污染問(wèn)題愈加重視，氨氮污染物作為“十二五”期間污染物控制重點(diǎn)，氨氮減排已成為我國(guó)水體污染繼COD之后的第二項(xiàng)約束性控制指標(biāo)。

　　2012年開(kāi)始，國(guó)家開(kāi)始正式實(shí)施《稀土工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》，大部分稀土企業(yè)因不符合環(huán)保要求影響生產(chǎn)的正常運(yùn)行。目前，稀土行業(yè)主要分布在內(nèi)蒙古、江西、廣東、江蘇、福建、湖南、山東、廣西、四川等省(區(qū))，共有企業(yè)300多家，2012年，全國(guó)環(huán)保核查合格企業(yè)為70余家(前三批)，對(duì)未積極整改，以及不符合環(huán)保核查條件、存有嚴(yán)重違法行為的企業(yè)將采取停產(chǎn)治理整頓措施，推動(dòng)稀土行業(yè)落后產(chǎn)能淘汰和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)優(yōu)化。

　　一些稀土冶煉企業(yè)由于無(wú)法解決氨氮廢水這一問(wèn)題，采用萃取劑鈉皂化等工藝替代傳統(tǒng)的氨皂化工藝，鈉皂工藝會(huì)造成稀土產(chǎn)品中殘留的鈉超標(biāo)，對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量產(chǎn)生的影響，難以滿足用戶的需求，因此萃取劑氨皂化、氨沉淀仍然是稀土生產(chǎn)的優(yōu)選工藝，所以氨氮廢水已成為制約稀土行業(yè)發(fā)展的瓶頸問(wèn)題。氨氮廢水等環(huán)保問(wèn)題已直接影響企業(yè)的正常生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)。

　　稀土高氨氮高鹽廢水產(chǎn)生量大、資源化回收價(jià)值高，但一直缺乏有效的處理技術(shù)。傳統(tǒng)的處理方法主要是空氣吹脫法、蒸氨法、精餾法、生物硝化-反硝化法等。這些方法存在二次污染、能耗高、處理能力有限、設(shè)備內(nèi)部易結(jié)晶結(jié)垢影響操作等問(wèn)題，且很難回收氨資源。包鋼稀土高科的氨氮廢水問(wèn)題一直未獲妥善解決，亟需針對(duì)稀土冶煉行業(yè)廢水特點(diǎn)，開(kāi)發(fā)出綠色、高效的資源化處理產(chǎn)業(yè)化技術(shù)。

　　2、中科院過(guò)程所的氨氮資源化處理技術(shù)

　　中國(guó)科學(xué)院過(guò)程工程研究所“濕法冶金清潔生產(chǎn)技術(shù)國(guó)家過(guò)程實(shí)驗(yàn)室”是我國(guó)專門(mén)從事礦物資源利用領(lǐng)域清潔生產(chǎn)研究的機(jī)構(gòu)，國(guó)內(nèi)率先提出了“源頭治理”、“廢棄物資源化”和“廢水零排放”的三廢治理模式。在廢水治理方法上，徹底改變傳統(tǒng)“達(dá)標(biāo)排放”的環(huán)境治理模式，通過(guò)開(kāi)發(fā)新工藝、新過(guò)程或新設(shè)備，最大限度地從廢水中回收資源，并最大可能開(kāi)發(fā)廢水零排放的工藝技術(shù)，使治理過(guò)程具有環(huán)境-經(jīng)濟(jì)雙重效益。

　　項(xiàng)目組開(kāi)發(fā)的藥劑強(qiáng)化熱解絡(luò)合精餾技術(shù)，基本工藝流程如下：

　　圖1藥劑強(qiáng)化熱解絡(luò)合精餾技術(shù)處理含重金屬氨氮廢水的工藝流程

　　廢水首先與堿(如果回收重金屬則加NaOH，如果除氟則加石灰)反應(yīng)，調(diào)節(jié)pH的同時(shí)脫除水中大部分重金屬離子，或氟離子、硫酸根離子等，物理分離顆粒物后再向廢水中添加阻垢分散劑，預(yù)熱后進(jìn)入精餾塔在強(qiáng)化解絡(luò)合藥劑的作用下進(jìn)行熱解絡(luò)合精餾，脫氨水與原水換熱后繼續(xù)利用過(guò)濾設(shè)備回收解絡(luò)合的重金屬氫氧化物，凈化水達(dá)標(biāo)排放或繼續(xù)回收鹽，塔頂冷凝液得到16%以上的高純濃氨水直接回用于生產(chǎn)。該集成技術(shù)中的核心環(huán)節(jié)包括：廢水中重金屬與氨氮的絡(luò)合與解絡(luò)、精餾塔內(nèi)件、阻垢分散技術(shù)、過(guò)程控制技術(shù)等等。

　　精餾塔是本技術(shù)的核心設(shè)備，項(xiàng)目組采用圖2所示方法開(kāi)發(fā)出適合有色冶金行業(yè)廢水處理的核心設(shè)備，具有彈性負(fù)荷大、抗堵塞、節(jié)能等優(yōu)點(diǎn)。

　　圖2 高性能強(qiáng)化精餾設(shè)備研發(fā)流程

　　該技術(shù)處理含重金屬氨氮廢水的氨氮污染物削減率、資源利用率均大于99%。2010.12中國(guó)環(huán)境學(xué)會(huì)科技成果組織金鑒明院士、張全興院士等鑒定專家對(duì)該技術(shù)進(jìn)行鑒定，鑒定意見(jiàn)為：“總體技術(shù)達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平，其中高濃度氨氮廢水處理精餾塔抗堵塞集成技術(shù)和資源化處理效果達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平”。

　　項(xiàng)目組針對(duì)稀土冶煉行業(yè)高氨氮廢水的特點(diǎn)，在關(guān)鍵技術(shù)、重要裝備、技術(shù)集成和工程示范等不同層面開(kāi)展研究，在氨介質(zhì)循環(huán)利用、抗阻垢、自動(dòng)化運(yùn)行等關(guān)鍵技術(shù)和關(guān)鍵設(shè)備上取得了突破，開(kāi)發(fā)出高通量、低阻降、高分離效率、抗結(jié)垢新型塔內(nèi)件，耐高溫、高堿阻垢劑，脫氨工藝優(yōu)化與集成等系列工藝。

　　3、應(yīng)用示范

　　項(xiàng)目組針對(duì)稀土行業(yè)水質(zhì)特點(diǎn)開(kāi)發(fā)的脫氨新技術(shù)已在江鎢集團(tuán)江西金世紀(jì)新材料有限公司(原江西稀土研究所)建成稀土行業(yè)氨氮廢水資源化治理示范工程，并于2011年8年順利投運(yùn)，成為稀土行業(yè)少有的實(shí)現(xiàn)氨氮廢水穩(wěn)定達(dá)標(biāo)處理并資源化回收氨的企業(yè)。項(xiàng)目運(yùn)行后，從生產(chǎn)源頭減少氨氮排放、提高生產(chǎn)過(guò)程的氨循環(huán)利用率，全流程無(wú)固體廢棄物排放，水中99%以上的氨被回收制備高純氨水，可回用于生產(chǎn)、降低氨原料的消耗，也可直接作為產(chǎn)品銷售;廢水處理后氨氮指標(biāo)達(dá)到國(guó)家一級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)(氨氮小于15mg/L)，可直接排放、也可回用于生產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)廢水的資源化處理。

　　江西金世紀(jì)稀土氨氮廢水資源化處理項(xiàng)目運(yùn)行一年來(lái)，累計(jì)減排氨氮1200噸，回收氨水7500噸，一年為公司節(jié)約氨/銨原料成本450萬(wàn)元、節(jié)約排污費(fèi)為近百萬(wàn)元。本工程的實(shí)施直接經(jīng)濟(jì)效益顯著，在達(dá)到環(huán)保效益的同時(shí)，不僅為企業(yè)節(jié)約了生產(chǎn)成本，來(lái)自日本、歐洲的客戶對(duì)企業(yè)的環(huán)保意識(shí)十分認(rèn)可，還大幅度提升了企業(yè)形象。

　　隨著稀土行業(yè)環(huán)保新國(guó)標(biāo)的實(shí)施，中科院過(guò)程所在江西金世紀(jì)稀土廢水資源化處理工程項(xiàng)目實(shí)施的基礎(chǔ)上，繼續(xù)優(yōu)化技術(shù)體系，改進(jìn)核心設(shè)備設(shè)計(jì)，提出了適合于我國(guó)稀土行業(yè)典型高氨氮廢水的高效清潔處理技術(shù)體系，形成可實(shí)現(xiàn)污染物資源化、高值化的產(chǎn)業(yè)化平臺(tái)技術(shù)，將為我國(guó)稀土行業(yè)清潔生產(chǎn)發(fā)展、行業(yè)節(jié)能減排提供可靠的技術(shù)支撐。

　　此項(xiàng)“高濃氨氮廢水資源化處理技術(shù)”已入選2012年環(huán)?？萍歼M(jìn)步一等獎(jiǎng)，除稀土行業(yè)，還在鎳、鈷、鈮鉭、鉬、釩、鋯、銅、銀等多個(gè)有色金屬冶煉行業(yè)已應(yīng)用于14個(gè)示范企業(yè)，累計(jì)減排或達(dá)標(biāo)處理工業(yè)廢水超過(guò)400萬(wàn)噸，回收氨/銨資源5萬(wàn)多噸、鎳鈷鉬釩等金屬化合物3500噸。

　　此項(xiàng)技術(shù)還有望在煤化工、氮肥、發(fā)酵等行業(yè)實(shí)現(xiàn)拓展應(yīng)用，為“十二五”的氨氮約束性控制指標(biāo)減排10%做出貢獻(xiàn)。

　　表1 不同氨氮廢水處理效果比較