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第 3 3 卷 第 4期 有 色 冶 金 设 计 与 研 究 2 0 1 2笠 8 月 浅谈铜冶炼企业给排水设计 罗 路 ( 中国瑞林工程技术有限公司， 江西南 昌 3 3 0 0 3 1 ) 摘 要 为了贯彻 国家节约水资源和保护环境的方针政策， 铜冶炼企业给排水设计应在满足企业安全、 高效生产与相关规 范的前提下， 根据水源情况及用水户对水量、 水质、 水温等要求， 合理用水， 一水多用， 废水回 用与循 环使 用， 使 水 的重复 利 用率满足 相 关要 求， 尽 可能 降低 吨铜 新 水耗量 和排 污量 关键词 给排水； 节能减排 ； 措施 中图分类号 ： T U 9 9 1 0 2 文献标识码 ： B 文章编号 ： 1 0 0 4 4 3 4 5 ( 2 0 1 2 ) 04 0 0 7 8 04 On W a t e r S u p p l y a n d Dr a i n a g e De s i g n o f Co p p e r S me l t i n g En t e r p r i s e s LUO Lu ( C h i n a N e r i n E n g i n e e ri n g C o ， L t d ， N a n c h a n g ， J i a n g x i 3 3 0 0 3 1 ， C h i n a ) Ab s t r a c t I n o r d e r t o i mp l e me n t t h e n a t i o n a l p r i n c i p l e s a n d p o l i c i e s 0 n wa t e r r e s o u r c e s a v i n g a n d e n v i r o n me n t p r o t e c t i o n ， t h e w a t e r s u p p l y a n d d r a i n a g e d e s i g n o f c o p p e r s me l t i n g e n t e r p r i s e s s h a l l fi r s t o f a l l b e i n a c c o r d a n c e wi t h e n t e r p r i s e s a f e a n d h i g h e ff i c i e n t p r o d u c t i o n a n d r e l a t e d c o d e s a n d t h e n ，b a s e d o n w a t e r s o u r c e c o n d i t i o n s a n d t h e u s e r s r e q u i r e me n t s o f wa t e r q u a n t i t y ， q u a l i t y ， t e mp e r a t u r e ，e t c ， s h all r e ali z e r e a s o n a b l e U S e o f wa t e r ， mu l t i u s e o f w a t e r ， wa s t e wa t e r r e u s e a n d r e c y c l i n g ， S O a s t o ma k e the r e c y c l i n g r a t e o f wa t e r u s e d me e t r e l a t e d r e q u i r e me n t s a n d mi n i mi z e n e w w a t e r c o n s u mp t i o n a n d d i s c h a r g e c a p a c i t y p e r t o n o f c o p p e r Ke y wo r d s wa t e r s u p p l y a n d d r a i n a g e ； e n e r g y s a v i n g a n d e mi s s i o n r e d u c t i o n ； me a s u r e s 0 概述 铜冶炼企业给排水设计是根据生产工艺和设备 的用水要求以及废水特性， 并结合水源条件做出符 合生产安全、 经济、 节水和环保要求的给排水系统设 计， 同时满足生活给排水和消防给水要求。本文以国 内闪速炼铜企业为例， 介绍了铜冶炼企业给排水设计， 并对给排水系统节能减排进行了以下分析与探讨 。 1 给水 铜冶炼企业生产用水指标应按 清洁生产标准 铜冶炼业 的标准执 u 。 该标准分三级： 一级代表国 际清洁生产先进水平； 二级代表国内清洁生产先进 水平； 三级代表国内清洁生产基本水平。闪速炼铜工 艺是先进的冶炼工艺 ， 新建闪速炼铜企业用水指标应 按二级及 二级 以上标 准执行 ； 其 主要 技术 指标要 求如下： 吨嗣新水耗量2 3 t ， 工业用水重复利用率 9 6 ， 每吨产品废水产生量末端处理前 1 8 t 。根 据闪速炼铜企业生产工艺及相应辅助生产用水， 进 行全厂水量平衡 ， 计算出生产新水量。水量平衡要 考虑水源情况及用水户对水量 、 水质 、 水温等要求， 进行多方案的技术经济比较， 尽可能一水多用、 废水 回用与循环使用，使水的重复利用率满足相关要 求 ， 最大 限度的节水与节能 。同时， 根据外部水源情 况， 确定厂 区是否设置输水管道 、 水处理设施 、 加压 供水设施， 或直接从厂 区外 给水管 网上引入给水管 。 给水处理工艺应根据原水和处理后水的水质设计指 标进行选择设计， 各处理构筑物、 设备的选型和计算 应遵循有关规范。 具体选型与计算方法可参照 给排 水设计手册 第 3 、 4 册，本文不作叙述。 1 1 给水系统 给水系统一般分为生产新水 、软化水 、生活水 收稿 日期 ： 2 0 1 2 0 3 0 8 修改返回 ： 2 0 1 2 0 6 1 0 作者简介： 罗 路( 1 9 7 2 - 1 ， 女， 高级工程师， 主要从事给排水设计与研究工作。 第 4期 浅谈铜冶炼企业给排水设计 ( 可与生产新水合并) 、 回用水 、 安全供水、 循环冷却 水、 消防水( 可与生产新水或生活水合并) 等，某些工 程还有脱盐水。进行厂区给水管网布置时， 重要用户 生产新水要求设置环状给水管 网。 下面重点介绍安 全供水系统、 循环冷却水系统。 1 往 全供水。闪速炼铜企业的闪速熔炼炉( r s v ) 、 闪速吹炼炉( v c r ) 、 阳极炉、 竖炉、 保温炉、 F S F 及 F C F 余热锅炉循环水泵、 仪表空压机、 卡尔多炉等不能间 断供水的设备， 一旦中断供水会损坏设备或产生重 大事故， 因此必须采取安全供水措施。 事故用水水源 通常设置于熔炼循环水，安全供水一般采用高位水 塔 +事故柴油水泵联合供水方式，且冷却塔、 水泵等 设备要求事故柴油发电机组供 电， 供水管设置双根 给水管。高位水塔的容量应满足转换动力的时间， 一 般考虑 1 0 mi n事故供水量。 在有地形条件时， 可设置 容积较大的高位水池。冰铜及吹炼炉渣水淬作业时， 一 旦中断供水会造成重大事故，一般考虑 5 m i n 事故 水量，在供水 5 m i n 后关闭供水阀。该部分事故水可 存于熔炼循环水系统的高位水塔中。 2 ) 循环冷却水。循环冷却水给水量应根据生产 工艺的最大小时用水量确定， 以保证生产能力。目前 国内大部分闪速炼铜企业循环冷却水系统一般包括 间冷开式循环冷却水系统( 间冷开式系统) 与直冷开 式循环冷却水系统( 直冷系统) 。 ( 1 ) 间冷开式系统为设 备隔套冷却， 即循环冷却水与被冷却介质间接传热 且循环冷却水与大气直接接触散热的循环冷却水系 统，循环水仅受热污染。 循环水供水最低温度由气象 条件确定， 即水温必须高于当地的湿球温度， 至于高 多少则需要根据生产工艺与经济因素 比较确定， 一 般 4 q c 。间冷开式系统一般包括熔炼循环水 、 电解 及净液循环水 、 竖炉及保温炉循环水、 贵金属 回收循 环水 、 硫酸循环水 、 制氧站循环水 、 动力 中心循环水 系统等， 其中熔炼、 电解及净液车间整流器循环水系 统为无压回水，其它循环水系统为有压回水。 无压回 水循 环水系统 常用工艺 流程为 ： 工 艺设备 冷却 回 水 热水池 热水泵 冷却塔 冷水池_ + 供水泵 工艺设备。有压回水循环水系统利用工艺设备冷却 回水余压直接回冷却塔。 ( 2 ) 直冷系统的循环冷却水 与被冷却介质直接接触换热且循环冷却水与大气直 接接触散热的循环冷却水 系统 ， 循环水 中夹带杂质 和污垢， 需降温冷却、 除浊处理。直冷系统一般包括 冰铜及渣水淬循环水系统、 圆盘浇铸机循环水 、 炉渣 缓冷循环水系统 。 某闪速炼铜企业采用工艺流程为 79 冰铜及渣水淬循环水系统： 工艺专业一次沉淀池回 水一排水管一中心传动浓缩机_ 热水池_ 冷却塔_ + 冷水池供水泵 用户； 圆盘 浇铸机循环水、 炉渣缓 冷循环水系统：回水_ 排水沟 热水池 热水泵_ 自清洗过滤器_ + 冷却塔_ + 冷水池 供水泵 用户。 1 2 循环水系统节能排减 的几点措施 1 1 闪速炼铜企业主要用水为循环冷却水， 约占全 厂用水总量的 9 5 以上， 全厂绝大部分涛争 来 源于间冷开式循环水系统的排污水 ， 尽量提高浓缩 倍数是间冷开式循环冷却水系统节水的关键。浓缩 倍数一般根据生产工艺设备要求的循环冷却水水质 及生产补充新水水质， 进行比较后确定，是循环冷却 水系统设计和运行重要指标 ， 间冷开式系统的设计 浓缩倍数不宜小于 5 0 ， 且不应小于 3 0 闭 。浓缩倍数 可按下式计算： =Q Q b + Q w ) = ( Q + Q b+ Q w ) ( Q b + Q w ) 。 式中： Q 为循环水 的补充水量； Q 。 为蒸发损失水量； p 为风吹损失水量； p 为排污和渗漏损失水量 。 为说明在不同浓缩倍数下的运行参数，假设进、 出冷却塔的水温差 l O O C ，进塔气温 4 0 ， 具体计算见 表 1 。 表 1 采用不 同浓缩倍数时损失水量与补水量比较 由表 1 可见 ， 将浓缩倍数从 3倍提高至 5倍， 节 水效果可提高 0 4 。 浓缩倍数越低， 补水量与排污量 越大， 循环水相对不易结垢， 水质稳定药剂耗量低： 反 之， 浓缩倍数越高， 补水量与排污量越小， 循环水相对 容易结垢，水质稳定药剂耗量高。国内各行各业为求 节水纷纷研制新 的药剂处理配方 ， 不少企业浓缩倍 数达到 5 ，甚至更高。虽然提高浓缩倍数可能会增加 药剂运行费用 ， 但面对有 限的水资源和经济建设可 持续发展的需要， 孰轻孰重显而易见。 循 环水 系 统要 求 的 水 质是 决 定循 环 水 浓 缩 倍数的重要因素， 其常见的水质指标包括浊度、 硬度 ( C a C O 3 计) 、 p H、 总 F e 、 c u 、 c l 、 硫 酸盐( S 0 2 - 计 ) 、 氯 化物( c l 一 计) 、 硅酸盐(S iO 计) 、 油、 C O D 。等， 其中硬 度、 含盐量等水质指标不易达到。如果硬度、 含盐量 等水质指标的要求过高， 就Aj 生 成没计浓缩倍数较低， 甚至要求生产新水进行脱盐处理后才能用于循环水 系统， 大幅度增加了工程投资和运行成本。因此应结 合以前工程经验， 与工艺专业协商， 确定合理 的用水 8 0 有 色 冶 金 设 计 与 研 究 第 3 3卷 水质。 另一方面， 加强循环水补充水的预处理，尽可能 降低生产新水的含盐量 ， 有利于提高循环水的浓缩 倍数 。 2 ) 直冷系统各循环水系统补水可采用反渗透系 统的浓水 、 经废水处理站处理后达标废水、 经处理的 初期雨水、 洁净生产废水( 主要为间冷开式循环水 系 统的强制排污水) ， 以上水量不足时才采用生产新水。 3 ) 循环水泵为全厂主要设备供水，水量较大， 电 耗较高， 如某闪速炼铜企业硫酸循环水规模超过了 1 0 0 0 0 m 3 h 。工艺专业应合理确定工艺用户所需供 水压力与流量， 有时工艺专业对水量考虑余量较大， 对压力提出范围， 给排水设计人员往往按工艺要求 压力上限计算水泵扬程， 增加 了电机功率， 造成能源 浪费。 循环水泵应选择高效率的水泵，还可考虑其中 1 台水泵配置变频或液力耦合器等调速装置， 根据生 产实 际情况 ， 通过调节该水泵的转速来调节水泵流 量， 使水泵在高效区间工作。 4 ) 在总图布置时， 循环冷却水处理站的选址尽量 靠近主要用户布置， 供水 回水管路短， 节省循环水泵 的电耗， 也节省了投资。 5 1 尽量采用有压回水循环水系统， 利用工艺设备 冷却回水余压直接进冷却塔。 该系统不设热水池与 热水泵， 比无压回水循环水系统节能， 且省投资。 6 ) 在冷却塔进水总管上设旁通管， 当循环水系统 在热负荷低的情况下运行时， 减少运行冷却塔数量， 回水直接回热水池； 冷却塔选用双速电机或变频电 机， 可根据热负荷变化灵活调整风机电机转速，节省 运行成本 。 2 消防设施 一 般闪速炼铜企业包括原料处理(精矿库、 配料 及运输 、 精矿干燥) 、 熔炼 主厂房 、 硫酸工艺( 净化 、 干 吸、 转化、 酸库) 、 电解及贵金属( 电解、 净液、 贵金属) 、 渣选矿( 渣缓冷场、 粗碎、 磨浮) 、 废酸废水处理等各主 工艺单元， 化验中心以及余热发电站、 制氧站、 空压 站、 低压锅炉房、 综合仓库、 柴油发电站、 总降压站、 L N G L P G站或重油库等生产辅助单元， 厂区内另设 有办公楼 、 食堂 、 浴室、 单身宿舍等生活辅助设施。 闪速炼铜企业消防设计应按 有色金属工程设 计防火规范 、 建筑设计防火规范 等多个现行国 家相关规范执行 。消防给水设计一般包括： 厂区范围 内室外消火栓给水系统 ； 变压器的水喷雾消防给水 系统( 也可采用排油注氮) ； 生产辅助设施办公楼 、 化 验楼、 食堂、 浴室、 单身宿舍等生活辅助设施的室内 消火栓给水系统和自动喷水灭火系统 ； 柴油发电机 房的水喷雾(也可采用气体灭火系统) ， L N G L P G或重 油储罐的灭火和冷却系统等。制氧站氧压机厂房，锅 炉房余热发电厂房、 总降主控楼的室内消火栓给水 系统。各主工艺单元的车间厂房一般可不设置室内 消防给水， 根据生产、 使用及贮存物品场所的危险等 级 和火灾类别 ， 在各车间工段建筑物 内配置磷酸铵 盐干粉灭火器。 主控制室等长期有人值守的场所可 不设 自动式灭火系统， 按规定配备手提式灭火器 3 1 。 消防给水管网设计应按 建筑设计防火规范 规 定执行。消防给水系统可与生产、 生活给水系统合并， 当生产、 生活用水达到最大小时用水量时， 合并的给 水管道系统仍应能保证消防用水量 4 1 。 3 排水 铜冶炼企业生产作业面废水及生产区初期雨水 处理应按 清洁生产标准铜冶炼业 的标准执行 ， 主要技术指标具体如下。 1 ) 生产作业面废水： 一级、 二 级标准要求处理后回水， 三级标准要求进人废水处 理系统；2 ) 生产区初期雨水： 一级标准要求处理后回 水， 二级、 三级标准要求进入废水处理系统。新建闪 速炼铜企业排水设计应按二级及二级以上标准执 行。同时，铜冶炼企业生产过程中水污染物的排放限 值应按 铜、 镍、 钻工业污染物排放标准 执行，其中 新建企业第一类污染物最高排放浓度限值要求如 下： 总汞 0 0 5 m g ， L 总镉 O 1 m g L 总砷0 5 m g L ， 总铅 O 5 mg L 。 总镍 O 5 mg U 。 3 1 排水系统 按照“ 清污分流、 雨污分流、 分质处理， 一水多 用” 的原则， 厂区排水系统一般采用雨污分流制 ， 其 中生产排水采用清污分流制。 受污染废水由泵送至 污水处理站处理后回用 ， 洁净生产废水回于直冷开 式循环水系统， 仅少部分洁净生产废水与经化粪池 初级处理后的生活污水汇合后外排； 或单独设置洁净 生产废水与生活污水排水管网， 洁净生产废水经混 凝、 沉淀处理后回用于生产， 多余部分外排 ， 生活污 水经地埋式污水处理装置处理后绿化或浇洒道路。 3 2 废酸、 废水及初期雨水收集与处理 硫酸工艺净化工段排出的含铜、 砷等重金属离 子废酸， 电解及净液车间排出酸碱废水， 以及原料库 第 4期 浅谈铜冶炼企业给排水设计 8 1 熔炼 、 制酸区域易被原料、 烟尘 、 酸污染 区域的冲洗 地面水与初期雨水， 通过在各区域设置集水池、 专用 管道、 输送泵等， 送污水处理站处理。 目前 国内同类冶炼厂废水处理常采用工艺流程 为： 硫化_ + 石膏一 中和 +铁盐工艺。采用 N a 2 S法处 理废酸 回收砷、 铜等有价金属， 处理后液含砷一般低 于 1 0 0 ra g L ；采用石灰石中和废 酸大部分硫酸并副 产石膏， 可外售作为水泥生产的掺合料； 采用石灰铁 盐法， 通过二段 中和、 曝气 、 沉淀过滤等工序， 有效去 除废水中的重金属离子。该流程经生产实践证明合 理可靠， 对酸性废水中的重金属去除率较高，处理后 的出水水质不超过允许排放浓度限值。达标废水全 部 回用于对水质要求不高 的用户， 如废水 处理站制 备药剂 、 渣缓冷场、 浇铸机 、 冰铜及渣水淬系统， 冲洗 地面等。在厂区内雨水总排放 口前 ， 设置初期雨水 收集池( 兼做消防废水池) ， 收集的雨水经混凝、 沉淀 处理后可回用于直冷开式循环水系统。 3 3 应急事故池 一 旦污水站出现事故或厂 区发生泄漏 ， 及时启 动应急事故池收集受污染废水， 防止污染水直排。 3 4 生产废水总排放 口的趋零排放探讨 在缺水或生态环境要求高 的地区 ， 对达标生产 废水进行深度处理后 回用， 尽可能实现生产废水“ 零 排放” 。这是一项复杂的系统工程，应结合以前工程 经验以及合理的用水水质、 用水方式， 还需要与工艺 专业一起调研，做好全厂的水量平衡工作。 随着水的膜处理系统造价和运行成本的 13益降 低， 超滤加反渗透脱盐工艺， 已开始应用于冶炼企业 生产废水 的深度处理。如某： 程的洁净生产废水膜 法处理工艺流程为 ： 洁净生产废水_ + 调节池- + 混凝 沉淀 多介质过滤器 超滤系统 反渗透系统 脱 盐水及浓盐水 ； 经废水处理站处理后达标废水因含 钙高， 需预处理降低废水硬度 反渗透系统设计和运行的重要参数是反渗透产 水率( 系统产水量与进水量的比值) 。产水率的提高， 则产 出浓盐水量减少， 也意味着能耗的增加和膜使用 寿命的减少， 目 前设计一般果喟产水率 7 0 左右。 在 进行反渗透系统设计时， 应进行全厂统筹利用反渗 透系统产出的浓盐水， 将其串级消耗掉为主要方向， 闪速炼铜企业浓盐水可 回用= 渣缓冷场、 浇铸机、 冰 铜及渣水淬系统等。 4 小结 我国是水资源短缺国家， 针对国家节能减排、 保 护环境战略与企业可持断发展的要求， 在保证铜冶 炼企业高效及安全生产的前提下 ， 给排水设计应注重 节约淡水资源 、 保护水环境 ， 通过对各生产工序 的用 水点和排水点进行系统研究 科 学规划， 循环用水， 最 大限度地降低新水量、 废水处理量和排放量 。 参考文献 【 1 】H J 5 5 8 2 0 1 0 ， 清洁生产标准铜冶炼业f s 1 【 2 G B 5 0 0 5 0 2 0 0 7 ， 工业循环冷却水处理设计规范【 s 】 3 】G B 5 0 6 3 0 2 0 1 0 ， 有色金属工程设计 防火规范【 s 】 4 】G B 5 0 0 1 6 2 0 0 6 ，建筑设计防火规范f s 】 【 5 】G B 2 5 4 6 7 2 0 1 0 ，铜、 镍、 钴工业污染物排放标准【 S