富远稀土生产废水处理工程方案全产+半产.docx

广东富远稀土有限公司
生
产
废
水
处
理
工
程
方
案

中科院广州地球化学研究所广东省环境资源利用与保护重点实验室
2008年1月26日

目 录

目 录 1
第一章 概 述 1
1.1 工程概况 1
1.2 设计依据 2
1.3 设计原则 2
第二章 工程处理规模及处理程度 3
2.1 水质和水量 3
2.1.1 稀土皂废水 3
2.2.2 碳铵沉淀母液 3
2.2.3 草酸沉淀母液 3
2.2.4 碱皂废水 3
2.2.5碳铵洗涤废水 4
2.2.6 草沉洗涤废水 4
2.2.7 一般性生产排水 4
2.2 出水水质 5
第三章 废水处理工艺设计思想 6
3.1 高氨氮浓度废水 6
3.2 中等氨氮浓度废水 9
3.3 低浓度氨氮废水 9
3.4 一般性生产排水 10
3.5 深度处理 10
第四章 废水处理工艺流程 11
第五章 污染物去除率理论分析 12
第六章 单元技术详细说明 14
第七章 工程概算 18
7.1 土建部分 18
7.2 设备部分 20
7.3工程总投资 24
7.3.1 不同方案投资估算 24
7.3.2 方案比较 25
7.4 图纸 26
第八章 投资与运行费用概算 27
8.1 投资费用分析 27
8.2 运行费用分析 27
8.2.1 支出费用 27
8.2.2 资源回收收益 29
8.2.3经济效益分析 30
8.2.4 社会效益分析 32
第九章 技术与服务承诺 33
9.1 技术服务承诺 33
9.2 工程质量保修期 33
9.3 工程质量 34

第一章 概 述
1.1 工程概况
广东富远稀土新材料股份有限公司始建于1988年，位于广东省梅州市平远县坝头镇程西村，是在前平远县永盛矿产实业有限公司（原平远县稀土冶炼厂）年处理1000吨中钇富铕生产线基础上，与梅县梅雁经济发展总公司合作，引资进行异地技改扩建的项目。该项目采用广东富远稀土新材料股份有限公司研制开发的“一步法”生产技术和国产先进设备，形成一条年处理5000吨中钇富铕稀土矿生产线，年产稀土产品4900吨，于2004年12月31日建成投产。2007年4月由广晟有色集团收购股权，成为国有控股企业。公司主要产品包括15种单一高纯氧化物、功能材料驱体、稀土金属及其它稀土化合物等，其中50%的产品出口至欧、日、美及东南亚等30多个国家和地区，产品销售及市场占有率均居国内同行业前列。公司是“广东省高新技术企业”，拥有雄厚的技术力量，坚持走技术创新的道路，不断致力于技术进步和工艺装备的改进，不断吸收国内外先进工艺技术，形成了较完善的技术装备系统和生产工艺体系，并有多项独创的工艺技术居国际领先水平。
广东省平远县及周边地区稀土资源丰富， 公司已经控制的中重稀土资源达30多万吨，年分离能力达5000吨，是国内分离规模最大、生产能力最强的南方稀土全分离企业之一。公司根据国内外稀土市场的变化，不失时机地调整工艺和产品结构，不断满足客户不同的产品需求。公司享有“企业自营进出口经营权”，建立了完整的质量管理体系，通过了ISO9001质量管理体系和14000环境管理体系认证，产品质量得到充分保障。公司决心将“富远”牌稀土产品打造成国内、国际稀土业最知名的品牌之一。
公司稀土生产过程中不同工艺段排放出不同性质的废水，主要特点是高氨氮、高HCl和H2C2O4及高重金属含量，厂区原有废水处理站仅对其进行简单的中和、沉淀就外排柚树河，长此以往，不仅会对周边生态环境造成严重的污染，而且，废水中含有的大量有用物质得不到回收，容易造成浪费。为了切实保护周边生态环境，广东富远稀土新材料股份有限公司委托中科院广州地化所广东省环境资源利用与保护重点实验室对厂区生产废水的污染控制与资源回收进行全面规划与设计，彻底改善目前污染严重、资源浪费的现状，走清洁生产之路，以期获得良好的经济效益与环境效益。
广东省环境资源利用与保护重点实验室隶属中科院广州地化所，致力于污染控制理论与资源利用的研究，多次得到国家自然科学基金和重大项目的支持，发表相关论文300余篇，具有坚实的理论基础，针对稀土生产废水的性质进行了大量研究，获得了充分的数据，据此，对富远稀土冶炼废水进行污染控制与资源回收方案设计，回收废水中的有用物质，彻底分离水中污染物质，实现污水零排放，彻底解决富远稀土有限公司的水污染问题。
1.2 设计依据
（1） 《广东省水污染物排放限值》（DB44/26－2001）
（2） 广东省环境资源利用与保护重点实验室对富远稀土生产废水的分析及实验数据
（3） 相关标准和设计手册
1.3 设计原则
（1） 遵循“成熟、可靠、先进、实用”的设计原则，每一项技术和装备的选择均确保运行经济、操作可靠、生产安全稳定。
（2） 采用节能降耗技术，降低运行成本。
（3） 执行国家和地方关于环境保护的政策，符合国家和当地的有关法规、规范及标准。
（4） 符合厂区的总体规划，充分考虑厂区的地形、道路规划设计紧凑、美观、减少占地面积。
（5） 充分考虑整个过程中的废气、污泥的控制与处置，避免二次污染。
（6） 工程自动化控制水平遵循成熟、可靠、先进、实用、有利于产品质量控制和安全生产、性能价格比高的原则，采用先进可靠的控制系统，保证生产过程稳定运行，逐步实现科学自动化管理，提升企业形象。
（7） 环境保护和劳动安全卫生、消防遵循国家相关法律、法规要求。

第二章 工程处理规模及处理程度
2.1 水质和水量
根据生产工艺，稀土生产废水主要包括稀土皂废水、碳铵沉淀母液、草酸沉淀母液、碱皂废水、碳铵洗涤废水和草沉洗涤废水等，各工艺段产生的废水性质大不相同，因此需要对各工艺段生产废水的水质、水量分别进行分析。2007年5月10对废水进行了取样分析，分析结果如下。
2.1.1 稀土皂废水
稀土皂废水水量226.0m3/d，水质成分如表2-1所示。
表2-1 稀土皂废水水质组成
项目
NH3-N
pH
TDS
TOC
煤油及P507
浓度(mg/L)
50500
0.48
28400
173
800
2.2.2 碳铵沉淀母液
碳铵沉淀母液水量80.5m3/d，水质成分如表2-2所示。
表2-2 草酸沉淀母液成分分析表
项目
NH3-N
pH
TDS
TOC
煤油及P507
浓度(mg/L)
12400
5.72
15420
51
无
2.2.3 草酸沉淀母液
草酸沉淀母液水量71.0m3/d，水质成分如表2-3所示。
表2-3 草酸沉淀母液成分分析表
项目
NH3-N
pH
TDS
TOC
煤油及P507
浓度(mg/L)
100
0.1
6020
33
无
2.2.4 碱皂废水
碱皂废水水量82.5m3/d，水质成分如表2-4所示。
表2-4 碱皂废水水质分析情况表
项目
NH3-N
pH
TDS
TOC
煤油及P507
浓度(mg/L)
4000
6.48
8180
1795
100
2.2.5碳铵洗涤废水
碳铵洗涤废水水量112.7m3/d，水质成分如表2-5所示。
表2-5 碳铵洗涤废水成分分析表
项目
NH3-N
pH
TDS
TOC
煤油及P507
浓度(mg/L)
2000－2500
7
6000－8000
＜51
无
2.2.6 草沉洗涤废水
草沉洗涤废水水量236.0m3/d，水质成分如表2-6所示。
表2-6 草沉洗涤废水成分分析表
项目
NH3-N
pH
TDS
TOC
煤油及P507
浓度(mg/L)
＜30
1－2
＜2000
＜10
无
2.2.7 一般性生产排水
一般性生产排水为设备的冷却水、洗涤、冲洗地面、纯水制备、电渗析排出的浓缩水等，但不包括冲洗设备的碳铵洗涤废水和草沉洗涤废水，水量约为200 m3/d。
根据富远稀土材料有限公司目前生产情况，其实际生产规模约为设计生产规模的2/3，因此生产废水排放量相应的减为设计生产规模的2/3，具体水量数据见表2－7。
表2－7 设计生产废水量与实际生产废水量
废水种类
设计生产水量
（m3/d）
实际生产废水量
（m3/d）
稀土皂废水
226.00
151.00
碳铵沉淀母液
80.50
54.00
草酸沉淀母液
71.00
47.00
碱皂废水
82.50
55.00
碳铵洗涤废水
112.70
75.00
草沉洗涤废水
236.00
157.00
一般性生产排水
200
200
合 计
1008.70
739.00
综上所述，富远稀土生产废水与其它废水设计水量为1008.7 m3/d，实际水量总计为739.00m3/d，时均废水量分别为42.03m3和30.79m3。
2.2 出水水质
废水经过处理系统前期处理后，出水水质指标要求达到《广东省水污染物排放限值》（DB44/26－2001）第二时段一级标准，具体水质指标见表2-7：
表2-7 废水排放标准
项目
CODCr
BOD5
SS
NH3-N
石油类
pH
氟化物
浓度(mg/L)
90
20
60
10
5.0
6-9
10

项目
总铜
总锌
总锰
总铅
总镉
总镍
总铬
总砷
总汞
浓度(mg/L)
0.5
2.0
2.0
1.0
0.1
1.0
1.5
0.5
0.05
对达到《广东省水污染物排放限值》（DB44/26－2001）第二时段一级标准的处理出水进一步深度处理，使其达到地表水水质要求，可以回用于稀土生产过程。

第三章 废水处理工艺设计思想
根据不同生产工艺段废水的水质特征，以清洁生产和循环经济为废水处理工艺指导思想，在污染控制的同时考虑资源的回收利用，彻底分离废水中污染物质，实现污水零排放。根据废水水质分析，可知NH3-N为废水中典型污染物，因此根据废水NH3-N浓度变化可将废水分为高NH3-N浓度废水、中等NH3-N浓度废水、低NH3-N浓度废水和一般性生产排水，针对不同NH3-N浓度废水采取不同的处理工艺，在污染控制的同时考虑资源的回收利用。
3.1 高氨氮浓度废水
稀土生产废水中高NH3-N浓度废水主要是稀土皂废水和碳铵沉淀母液，根据实验分析及小试结果，减压条件下，将两种废水按实际废水比例混合后蒸发浓缩，所得NH4Cl固体量可达135.8g/L，蒸馏冷凝液NH3-N浓度为48.1mg/L，对蒸馏所得NH4Cl进行产品纯度分析发现NH4Cl达到农用级纯度，因此，对这两种高NH3-N浓度废水采取蒸发浓缩法回收NH4Cl的工艺。但是，由于稀土皂废水产生于萃取工艺段，含有一定量的萃取剂及重金属离子等杂质，而碳铵沉淀母液产生于沉淀工艺段，需首先通过隔油池、气浮除油池除去稀土皂废水中的萃取剂，然后与碳铵沉淀母液混合，经过气浮的稀土皂废水及碳铵沉淀母液中仍然含有重金属离子，可以通过加入NaOH调节pH值的方法，使大部分重金属离子沉淀析出，然后再以HCl将pH调至6左右进入NH4Cl蒸发浓缩塔。所得NH4Cl产品可作为商品销售，也可作为原料回用于稀土采矿工序；浓缩液再次返回蒸发塔循环蒸发；冷凝蒸馏水由于含有少量NH3-N，进入综合集水调节池，待进一步处理。
对于高NH3-N浓度废水的处理，NH4Cl的蒸发浓缩结晶回收是关键工艺，由于蒸发过程消耗大量的能量且NH4Cl蒸发过程对设备具有强的腐蚀性，因此，简单的蒸发浓缩工艺，不仅使蒸发过程效率低下、能耗较高、设备腐蚀严重，而且容易造成NH4Cl的反向升华，造成冷凝水中NH3-N浓度仍然较高，达不到排放标准，因此必须采用多效蒸发工艺，在多效蒸发中，常见的操作流程有顺流、逆流、平流和错流。顺流流程由于后效溶液的浓度较前效高，且温度又较低，所以随溶液浓度的提高导致粘度逐渐增加，致使传热系数下降。逆流流程中，第一效蒸发器中溶液的温度和浓度都很高，设备腐蚀相当严重。上述两种流程虽各有特点，但都不适合NH4Cl废水的蒸发。鉴于此种情况，针对高浓度氯化铵废水的蒸发过程的特点，采用三效错流真空蒸发工艺流程。含NH4Cl的废水经原液泵加压后，经预热器预热至70－85℃，进入第一效蒸发器加热室内加热蒸发，溶液沸点控制在85－96℃ ，质量分数达到20％－25％。在第一效气液分离室内进行气、液分离，分离出来的液体用泵打入闪蒸器。经闪蒸后的液体再进入三效蒸发器加热室内继续被加热蒸发，溶液沸点控制在65－75℃，质量分数达到30％－35％。在该效蒸发器气液分离室内进行气、液分离，分离出来的蒸汽进入乏汽预热器对原料液和母液进行加热。分离出来的液体用泵打人二效蒸发器加热室继续蒸发，溶液沸点控制在65－85℃，当蒸发到质量分数为32％－37％后，在该效蒸发器气液分离室内进行气、液分离，分离出来的液体去结晶器冷却结晶，结晶出的固体氯化铵经过离心分离、干燥、包装成为氯化铵成品。结晶槽内的母液用泵打人乏汽预热器内预热到50－65℃后，进入二效蒸发器进行加热蒸发。由锅炉来的生蒸汽和经一效蒸发器气液分离室分离出来的部分二次蒸汽经蒸汽喷射热泵压缩后共同进入一效蒸发器加热室的壳程，加热室温度为100－105℃；由一效蒸发器气液分离室分离出来的另一部分二次蒸汽进入二效蒸发器加热室的壳程，作为热源对二效蒸发器进行加热，温度为80－90℃。由三效蒸发器气液分离室分离出来的二次蒸汽进入乏汽预热器冷凝，冷凝温度在60－70℃ ，并对原液、母液进行加热。由乏汽预热器出来的尾气进入大气冷凝器内，将其中的水蒸气直接冷凝下来，冷凝下来的水下降到水封槽内，再用泵将水打人凉水塔内，冷却后的水通过泵打回大气冷凝器内循环使用，不凝性气体用真空泵抽走排空。各效蒸发器加热室壳程中的冷凝水和乏汽预热器中的冷凝水经串联后用泵抽走。该三效错流真空蒸发流程具有以下突出特点：
（1）采用了混合式大气冷凝器和真空泵相结合的形式，以保证多效蒸发系统为真空蒸发。在多效蒸发系统中为负压操作，因此可以有效降低各效蒸发器内溶液的沸点，一般情况下，第一效蒸发器内溶液的沸点控制在85－96℃ ，第三效蒸发器内溶液的沸点控制在55－75℃之间。第一效蒸发器内温度高，但料液浓度低；二、三效蒸发器内浓度高，但温度低，因而可以减小氯化铵溶液对设备的腐蚀，纯钛材即可保证设备的使用寿命在10 a以上。
（2）在蒸发系统中蒸发器采用降膜蒸发器。因为采用了低温蒸汽加热和真空蒸发，使得总有效传热温差变小。降膜蒸发器是在较小的总传热温差下实现多效蒸发的一种较好的加热蒸发方式。
（3）在二、三效降膜蒸发器的壳程设有盘管，用以预热原料液，提高原料液进入一效蒸发器的温度，减少蒸发管内的预热段，较好地提高蒸发强度。
（4）采用蒸汽喷射式热泵。生蒸汽将一效蒸发器蒸发出来的二次蒸汽压缩后一起对一效蒸发器进行加热，这就使低品位蒸汽（二次蒸汽）变为高品位蒸汽，可以进一步降低能耗，节能幅度可达45％。
（5）一效蒸发出的料液经过一次闪蒸后补充到三效加热室做加热之用，三效气液分离出来的二次蒸汽用于预热原料液和从结晶器中分离出来的母液，可大幅度提高热量利用率。综合特点（3）、（4）的节能效果，在该工艺中单位蒸汽消耗量可达到0.25－0.30 kg（汽）／kg（水）。
（6）大气冷凝器冷凝下来的水返回大气冷凝器循环使用，排放的废水是干净的冷凝水，可达到排放标准。生产中只需补充少量一次水即可满足生产要求，节约了水资源，对环境不产生二次污染。
（7）蒸发系统中的溶液没达到饱和，因而蒸发器中没有结晶析出，产生垢层机会少，使得清洗蒸发器周期延长，开工率较高。
蒸发结晶获得NH4Cl晶体或浓液，通过加入浓H2SO4与之反应可回收(NH4)2SO4溶液和盐酸，反应原理如下式所示。(NH4)2SO4可回用于矿山开采稀土矿，而盐酸可回用于稀土冶炼过程，因此，通过将NH4Cl转化生成(NH4)2SO4和盐酸，可回用于企业内部生产过程，解决了NH4Cl的销售问题，实现了真正意义上的循环经济与清洁生产，该技术工艺流程如图3-1所示，其工业应用需进行进一步中试研究。
2NH4Cl+H2SO4=(NH4)2SO4+2HCl

图3－1 NH4Cl制(NH4)2SO4和盐酸工艺流程
3.2 中等氨氮浓度废水
中等NH3-N浓度废水主要是碱皂废水和碳铵沉淀废水，NH3-N浓度范围为2000－4000mg/L，若采取前述蒸发浓缩法回收NH4Cl则单位体积废水所获产品量有限，不具备经济可行性。通过对这两种废水水质的详尽研究，对比氨吹脱、化学沉淀和反渗透法对这两种废水的NH3-N去除效率，综合考虑前期投入和运行费用，发现氨吹脱更适合此种废水的处理。由于碱皂废水产生于萃取工艺段，使其含有大量的萃取剂煤油和P507，且以乳化油的形式悬浮在碱皂废水中，如不对其进行预处理，不利于氨吹脱的有效进行。实验研究发现碱皂废水在酸性条件下能够破乳，通过空气吹脱可将煤油和P507浮上来，因此，以沉淀工艺段产生的草沉母液来调节碱皂废水的pH值至2左右，然后采用气浮除油的方法对碱皂废水中的煤油和P507进行彻底去除。经过气浮的碱皂废水与碳铵洗涤废水混合，同时以NaOH或Ca(OH)2调节pH至12，以沉淀重金属离子和草酸根，对沉淀后的出水进行氨吹脱去除NH3-N，经氨氮吹脱的碱皂废水和碳铵沉淀废水进入综合集水调节池进行下一步处理。
3.3 低浓度氨氮废水
草酸沉淀母液和草沉洗涤废水的NH3-N浓度小于100mg/L，而草酸和盐酸的浓度比较高，对草酸沉淀母液以蒸馏法回收草酸及盐酸实验结果表明，此种废水不具备回收的经济价值，草酸沉淀母液与草沉洗涤废水混合后，通过向废水中加入石灰乳调节废水的pH值，形成草酸钙沉淀，去除草酸污染，同时去除废水中的重金属离子，然后进入综合集水调节池。
经过上述处理，综合集水调节池中废水的剩余NH3-N采用化学沉淀法去除，化学沉淀法是通过向废水中投加Mg2+、PO43-，调节pH值为8－9，与废水中氨氮发生反应，形成磷酸铵镁（MgNH4PO4，MAP）沉淀下来，从而降低水中NH3-N浓度的方法。该方法设计、操作简单，可有效降低废水的NH3-N浓度。
根据实验结果，废水经过化学沉淀法处理后其NH3-N浓度为30mg/L左右，此时向废水中投加少量的NaClO通过折点氯化的方法即可将废水中NH3-N浓度降至1mg/L以下，完全达到排放标准的要求。
3.4 一般性生产排水
一般性生产排水为设备的冷却水、洗涤、冲洗地面、纯水制备、电渗析排出的浓缩水等，根据其水质情况可直接进入清水池。
3.5 深度处理
取清水池中达到《广东省水污染物排放限值》（DB44/26－2001）第二时段一级标准的外排水进行进一步深度处理，通过二级高压反渗透工艺，去除水中的盐度及少量其它杂质，使出水达到回用水水质标准。针对反渗透过程产生的浓液，通过蒸发浓缩结晶工艺回收工业盐，真正实现废水处理过程的零排放，并通过回收工业盐产生经济效益，降低运行成本。

第四章 废水处理工艺流程
根据水质水量及上述废水处理工艺思想，稀土生产废水处理工艺流程如图4-1所示。
图4-1 稀土生产废水处理工艺流程图

第五章 污染物去除率理论分析
根据稀土生产废水的水质分析可知其主要污染物为NH3-N，其中稀土皂废水和碳铵沉淀母液的NH4Cl浓度高达135g/L，因此，有必要分析不同废水在各工艺段的NH3-N去除效率，对其能否达标排放进行预测，如表5－1所示。由于稀土废水的酸碱性很强，处理过程中需要投加大量酸碱药剂，使废水盐度增高，因此对废水处理各工艺段的TDS进行理论分析，有利于深度处理过程反渗透工艺的设计，分析结果见表5－2。对照《广东省水污染物排放限值》（DB44/26－2001）第二时段一级标准要求，稀土废水的COD是一项重要指标，因此对COD在废水处理工艺流程中的去除效果进行理论分析，如表5－3所示。
表5-1 各工艺段氨氮去除效果理论分析
废水处理工艺段
集水调节池1
NH4Cl蒸发塔
集水调节池3
氨吹脱/吸收塔
集水调节池4
综合集水调节池
化学沉淀池
折点氯化池
清水池
稀土皂废水与碳铵沉淀母液
去除率(%)
0
＞99.99
—
＞95%,＜1 mg/L
＜1 mg/L
浓度(mg/L)
45000
＜50
—
碱皂废水与
碳铵洗涤废水
去除率(%)
－
0
＞96.67

<200mg/L
＞70%, ＜30 mg/L
浓度(mg/L)
－
3000
＜200

草沉母液与
草沉洗涤废水
去除率(%)
0
浓度(mg/L)
＜50
一般生产废水
去除率(%)
0
－
浓度(mg/L)
＜0.1
－

表5-2 各工艺段TDS去除效果理论分析
废水处理工艺段
集水调节池1
NH4Cl蒸发塔
集水调节池3
氨吹脱/吸收塔
集水调节池4
综合集水调节池
化学沉淀池
折点氯化池
清水池
稀土皂废水与碳铵沉淀母液
去除率(%)
0
＞99.96

<17670
mg/L
<19870
mg/L
<20050
mg/L
<16400 mg/L
浓度(mg/L)
270666
＜100

碱皂废水与
碳铵洗涤废水
去除率(%)
－
0
－

浓度(mg/L)
－
37914
27866

草沉母液与
草沉洗涤废水
去除率(%)
－
0
浓度(mg/L)
－
44373
一般生产废水
去除率(%)
0
－
浓度(mg/L)
1000
－
表5-3 各工艺段COD去除效果理论分析
废水处理工艺段
集水调节池1
NH4Cl蒸发塔
集水调节池3
氨吹脱/吸收塔
中和沉淀池
综合集水调节池
化学沉淀池
折点氯化池
清水池
稀土皂废水与碳铵沉淀母液
去除率(%)
0
＞98

<85
mg/L
<85
mg/L
<85
mg/L
<70 mg/L
浓度(mg/L)
100
＜2

碱皂废水与
碳铵洗涤废水
去除率(%)
－
0
0

浓度(mg/L)
－
30
30

草沉母液与
草沉洗涤废水
去除率(%)
－
0
浓度(mg/L)
－
200
一般生产废水
去除率(%)
0
－
浓度(mg/L)
10
－

第六章 单元技术详细说明
（1）集水调节池1－3
由于稀土生产工艺的特殊性，各工艺段排放的废水性质大不相同，对不同工艺段的生产废水需采取不同的处理方法，因此对不同废水应该分开收集，分别处理；同时，由于生产的不连续性以及生产过程中的事故排放等原因，针对不同废水水质、水量设置了3个集水调节池，其功能分别为：集水调节池1用于收集碳铵沉淀母液和经除油处理的稀土皂废水；集水调节池2用于均和碱皂废水水质以进行气浮处理；集水调节池3用于收集碳铵洗涤废水和经气浮处理的碱皂废水；草沉母液池与草沉洗涤废水池用于均和草沉母液和草沉洗涤废水水质。以上集水调节池均采用钢筋混凝土结构，设计停留时间及体积如下：
集水调节池1设计停留时间：9h，设计体积：118m3；
集水调节池2设计停留时间：12h，设计体积：44m3；
集水调节池3设计停留时间：11h，设计体积：89m3；
草沉母液池设计停留时间：15h，设计体积：44m3；
草沉洗涤废水池计停留时间：6h，设计体积：60m3；
（2）隔油池
稀土皂废水中含有大量煤油及P507萃取剂，如不加以清除会严重影响后续NH4Cl蒸发浓缩所得NH4Cl产品的质量，因此需要设置隔油池去除稀土皂废水中的浮油，隔油池采用钢筋混凝土结构，设计停留时间及体积如下：
设计停留时间：16h
设计体积：148 m3
（3）气浮除油池1
经过隔油池除油后的稀土皂废水中煤油和P507含量大大降低，但是仍然有少量乳化油以比较稳定的形式存在水中，故需采用气浮的方法破坏其稳定结构，彻底去除废水中的煤油和P507，气浮除油池1为钢筋混凝土结构，基本尺寸如下：。
设计停留时间：10h
设计体积：96m3
（4）沉淀池1
稀土皂废水经除油后与碳铵沉淀母液在集水调节池2混合后，由于废水中仍然含有大量金属离子，因此需要调节废水pH值，使其沉淀下来，考虑到蒸发浓缩产品NH4Cl的纯度，不能采用NaOH、Ca(OH)2调节pH值，必须以30%的浓氨水调节pH值；若所得NH4Cl产品回用于矿山采矿，则对纯度要求较低，可以采用NaOH调节pH值，便于操作。沉淀池1采用钢筋混凝土结构，设计停留时间及体积如下：
设计停留时间：7h
设计体积：96 m3
（5）NH4Cl蒸发浓缩塔
稀土皂废水和碳铵沉淀母液中NH4Cl浓度达到150g/L左右，通过蒸发浓缩结晶的方法回收NH4Cl产品，不仅降低了废水中NH3-N的浓度，而且回收了有用的资源，获得了经济效益。通过采取三效错流真空蒸发工艺，采用高效传热装置及热泵，提高热效率同时降低废水对设备的腐蚀。由于NH4Cl废水蒸发浓缩过程的强腐蚀性，为了防止设备腐蚀，蒸发装置及管道采用钛材制作，基本尺寸如下：
设计传热面积：35m2
设计体积：20m3
（6）气浮除油池2
碱皂废水含有大量煤油及P507萃取剂，且煤油和P507萃取剂以乳化油的形式存在于废水中，采用简单的隔油方法难以彻底去除碱皂废水中的煤油和P507，必须采用气浮除油的方式进行油水分离。实验研究发现，碱皂废水在酸性条件易于脱稳，而碱性条件下由于P507与碱皂废水中的NH3分子发生反应而不易脱稳去除，因此利用草沉母液的高酸性，将其引入碱皂废水中，调节碱皂废水的pH至2左右在进行气浮，气浮除油池2为钢筋混凝土结构，基本尺寸如下：
设计停留时间：28h
设计体积：96m3
（7）沉淀池2
经气浮除油的碱皂废水在集水调节池4与碳铵洗涤废水混合，由于碱皂废水气浮除油之前加入了草沉母液且废水中含有一定量的重金属离子，故需以Ca(OH)2将废水pH调至碱性，同时沉淀C2O42－与重金属离子。Ca(OH)2加量太多会导致后续氨吹脱阶段容易结垢堵塞，因此此处只加入少量Ca(OH)2以沉淀C2O42－，再以NaOH调节pH值至12以利于氨吹脱，沉淀池2为钢筋混凝土结构，基本尺寸如下：
设计停留时间：12h
设计体积：96m3
（8）氨吹脱/吸收塔
经沉淀处理的碱皂废水和碳铵洗涤废水NH3-N浓度仍然在3000mg/L左右，因此需进一步处理。通过实验研究，综合比较化学沉淀、氨吹脱及反渗透等几种NH3-N去除方法，化学沉淀与反渗透法运行费用高昂，而氨吹脱具有脱氮效率高、操作方便及运行费用较低的特点，因此拟采用氨吹脱脱氮工艺，在吹脱塔内填充高比表面积的鲍尔环填料，将NH3-N浓度降低至100mg/L以下。为了避免二次污染，需配备氨吸收装置，采用HCl溶液吸收吹脱气中的NH3，形成NH4Cl溶液，当吸收液中NH4Cl达到一定浓度后泵至NH4Cl蒸发浓缩塔回收NH4Cl固体。氨吹脱塔为玻璃钢材质，基本参数如下：
设计气液比：1：3000
设计体积：40m3×2
（9）中和过滤池与中和沉淀池
草沉母液和草沉洗涤废水主要含有HCl和H2C2O4污染物，煤油和P507萃取剂含量极少，因此，草沉母液和草沉洗涤废水主要考虑pH的调节和H2C2O4的去除，为了节省运行费用，首先将草沉母液和草沉洗涤废水收集后分别通过装有CaCO3颗粒的过滤床，使HCl和H2C2O4发生反应，产生的CO2通过空气鼓泡去除，降低废水pH值，再通过在中和沉淀池投加Ca(OH)2调节pH值同时沉淀剩余C2O42－。中和过滤池与中和沉淀池为钢筋混凝土结构，基本尺寸如下：
设计停留时间：7h
设计体积：96m3
（10）化学沉淀池与除磷池
碱皂废水与稀土皂废水经氨吹脱后NH3-N浓度约为100mg/L以下，对于低浓度NH3-N废水，目前最好的方法是采用生物法脱氮，但是由于稀土生产废水中有机物含量低，无法进行生物处理。综合对比化学沉淀、膜过滤及吹脱法等脱氮工艺，对于这种低浓度废水，化学沉淀法具有操作简便、效率较高等特点，对于化学沉淀后的余磷，投加适量Ca(OH)2生成Ca3(PO4)2沉淀去除余磷，化学沉淀池与除除磷池均为钢筋混凝土结构，基本尺寸相同，如下：
设计停留时间：10h
设计体积：80 m3
（11）折点氯化池与还原池
经过化学沉淀处理的废水NH3-N浓度为10mg/L左右，通过投加少量NaClO，对剩余NH3-N进行氧化去除，使出水NH3-N浓度低于1mg/L，对于折点氯化后废水中的余氯通过投加Na2SO3进行还原去除，折点氯化池与还原池均为钢筋混凝土结构，基本尺寸相同，如下：
设计停留时间：5h
设计体积：50 m3
（12）污泥浓缩池
对来自泥水分离池的污泥进一步重力沉降浓缩，降低污泥含水率，有利于污泥压滤机有效工作，污泥浓缩池为钢筋混凝土结构，基本尺寸如下：
设计体积：80 m3
（13）清水池
以上经过处理的所有废水进入清水池，处理后的达标水可用于厂区绿化用水等，剩余水则外排或进行下一步深度处理，清水池为钢筋混凝土结构，基本尺寸如下：
设计停留时间：3h
设计体积：96 m3
（14）二级反渗透
取清水池的水进行二级反渗透处理，使出水达到地表水的水质，可回用于生产，对于反渗透产生的浓液采取蒸发结晶的方法达到彻底脱盐的目的，实现稀土生产废水的零排放。
（15）锅炉房
锅炉房配置燃煤锅炉一座，主要为NH4Cl蒸发浓缩过程提供热源，燃煤锅炉设置水膜除尘设备，确保锅炉烟气达标排放。

第七章 工程概算
7.1 土建部分
根据前述工艺方案，对其进行投资预算，土建部分预算见表7-1。
表7-1 土建部分投资预算
序号
名称
规格
单位
数量
单价
（元）
总价
（万元）
1
集水调节池1
8.0m×4.0m×3.7m
m3
118.4
700
8.288
2
集水调节池2
3.0m×4.0m×3.7m
m3
44.4
700
3.108
3
集水调节池3
6.0m×4.0m×3.7m
m3
88.8
700
6.216
4
草沉母液池
3.0m×4.0m×3.7m
m3
44.4
700
3.108
5
草沉洗涤废水池
6.0m×4.0m×3.7m
m3
88.8
700
6.216
6
隔油池
13.0m×4.0m×3.7m
m3
192.4
800
15.392
7
气浮除油池1
8.0m×3.0m×4.0m
m3
96
800
7.68
8
沉淀池1
8.0m×3.0m×4.0m
m3
96
800
7.68
9
气浮除油池2
8.0m×3.0m×4.0m
m3
96
800
7.68
10
沉淀池2
8.0m×3.0m×4.0m
m3
96
800
7.68
11
中和过滤池
8.0m×2.0m×4.0m×2
m3
128
800
10.24
12
中和沉淀池
8.0m×3.0m×4.0m
m3
96
800
7.68
13
化学沉淀池
5.0m×4.0m×4.0m
m3
80
800
6.4
14
除磷池
5.0m×4.0m×4.0m
m3
80
800
6.4
15
折点氯化池
6.0m×2.0m×4.0m×2
m3
96
800
7.68
16
还原池
6.0m×2.0m×4.0m×2
m3
96
800
7.68
17
污泥浓缩池
5.0m×4.0m×4.0m
m3
80
800
6.4
18
清水池
6.0m×4.0m×4.0m
m3
96
700
6.72
19
化验室
6.0m×5.0m
m2
30
700
2.1
20
值班室
3.0m×5.0m
m2
15
700
1.05
21
泵房
15.0m×5.0m
m2
75
700
5.25
22
仓库
5.0m×5.0m
m2
25
700
1.75
23
药剂房
6.0m×5.0m
m2
30
700
2.1
24
压滤机房
9.0m×5.0m
m2
45
700
3.15
25
深度处理间
10.0m×12.0m
m2
120
900
10.8
26
NH4Cl蒸发浓缩间
24.0m×12.0m×4
m2
1152
1000
115.2
27
锅炉房
10.0m×12.0m
m2
120
900
10.8
28
道路

10.00
29
基础处理

20.00
小计
314.45万元

7.2 设备部分
设备、材料部分投资概算如表7－2
表7－2 设备、材料投资概算
序号
项目
设备名称
规格型号
单位
数量
单价
（万元）
总价
（万元）
厂家
1
隔油池
污水泵
BZH50-100(I)A，1.1kw
台
2
0.950
1.90
广州/白云
污水泵
BZH40-125(I)A，1.1kw
台
1
0.950
0.95
广州/白云
刮油机
3.00kw
台
1
5.000
5.00
广州/广一
布水器
钢板卷筒＋布水漏斗
套
1
1.200
1.20
加工
2
气浮除油池1
刮油机
3.00kw
台
1
5.000
5.00
广州/广一
布水器
钢板卷筒＋布水漏斗
套
1
1.200
1.20
加工
污水泵
BZH40-100(I)A，0.75kw
台
2
0.950
1.90
广州/白云
尼可尼泵
3kw
台
2
3.00
6.00
上海
3
沉淀池1
污水泵
BZH50-100(I)A，1.1kw
台
2
0.950
1.90
广州/白云
污泥泵
GD50-8，0.75kw
台
1
0.500
0.50
广州/白云
布水器
钢板卷筒＋布水漏斗
套
1
1.200
1.20
加工
搅拌机
DLD23-3，3.0kw
台
1
2.000
2.00
常州/莱克斯诺
斜管填料
厚0.8mm，孔径50mm
m3
15
0.080
1.20
浙江/玉环
支 座
不锈钢＋不锈钢网
t
0.5
0.900
0.45
加工
堰 槽
厚3mm不锈钢板
m
10
0.100
1.00
加工
4
氯化铵蒸发塔
钛材蒸发器
蒸发器
钛钢
个
3
650.00
650.00
河北工业大学
污水泵
BZH50-100(I)A，1.1kw
台
4
0.950
3.80
广州/白云
冷却器
不锈钢
套
1
15.000
15.00
加工
换热器
石墨
套
1
15.000
15.00
加工
离心机
不锈钢
套
3
16.000
48.00
加工
石墨蒸发器
蒸发器
搪瓷
套
3
15.000
45.00
南京/泰特