作者：程华花，谢　成，宋　莹，迟栈洋，张曦文 （金川集团有限公司镍冶炼厂，甘肃金昌 737100）

摘　要 ：介绍了冶炼烟气制酸系统利用二吸塔出口绝干低温位烟气绝热蒸发酸性废水，实现酸性 废水浓缩减排的技术研究及应用情况。研究结果表明 ：浓缩后的循环稀酸温度下降明显，酸性废水中 的部分水分、氟离子和氯离子随烟气进入尾吸塔，w(H2SO4) 浓缩至最高约 27% ；烟气中部分 SO2 在洗 涤过程中被捕集吸收，进入尾吸塔的 SO2 含量降低，尾吸塔耗碱量明显降低。结合生产实际，研发的 复合式浓缩塔实现了酸性废水的浓缩减排，可节省酸性废水处理装置的建设费用和运行费用，具有明 显的经济效益和环境效益。

关键词 ： 酸性废水　绝热蒸发　浓缩减排

某公司冶炼烟气制酸系统配套治理镍富氧顶吹 炉烟气，设计处理烟气量为 2.81×105 m3 /h，φ(SO2) 为 9.01%，硫酸产量 640 kt/a。该制酸系统采用湿 法净化洗涤工艺，酸性废水主要含有镍、铜、砷、 铅等有害物质，排放量为 25 m3 /h，酸度 (w)( 以 H2SO4 计 ) 约 5%。酸性废水直接排放至公司内的 污水处理站，治理成本高。

1　酸性废水治理方法比较及选择

目前，国内外主要采用中和沉淀法、硫化沉淀 法、混凝共沉淀法、生物法和物理吸附法进行酸性 废水治理，各方法存在的优缺点见表 1。 目前，酸性废水治理较为成熟的是中和沉淀法 和硫化沉淀法。结合公司酸性废水杂质含量高、排 放量大及硫酸质量浓度约为 5% 的特点，选择硫化 沉淀法进行废水处理。为了缩小酸性废水处理设备 设施的规模、节省投资，对制酸系统酸性废水浓缩 减排技术进行了研发。

2　酸性废水浓缩减排技术的研究

2.1　二吸塔出口烟气的主要成分 冶炼烟气制酸系统二吸塔出口烟气成分见表 2。

2.2　工艺原理 在冶炼烟气制酸的生产过程中，蕴藏着非常 丰富的热能资源，其中二吸塔出口体积流量为 2.1×105 m3 /h、约 65 ℃不含水的绝干低温位烟气 直接随尾气排空。该酸性废水浓缩减排技术即是使用二吸塔出口的绝干低温位烟气绝热蒸发酸性废水 中过多的水分，在热烟气带走水分的同时，也降低 了烟气的温度 ；携带了水分并经过降温的烟气进入 尾吸塔，没有给尾吸塔增加额外的负担，达到了以 废治废的效果。

2.3　工艺流程 利用低温位余热烟气绝热蒸发酸性废水的工艺 流程见图 1。 制酸系统二吸塔出口约 65 ℃的尾气分出一支 进入酸性废水浓缩装置逆喷管，尾气先与自下而上 的酸性废水逆流接触被洗涤降温，后与浓缩塔内自 上而下的酸性废水再次逆流接触，被进一步洗涤降 温后进入尾吸塔。喷淋用循环稀酸来源于制酸系统 净化工序悬浮过滤器的上清液，上清液一次性打入 酸性废水储罐，通过平衡管定期给酸性废水浓缩塔 补充液位。 二吸塔至尾吸塔的烟道直径为 DN 2 600 mm， 浓缩塔出口烟道直径为 DN 350 mm，进入浓缩装置 的烟气量约 4 271 m3 /h、温度约 65 ℃，净化循环稀 酸温度约 50 ℃。

2.4　工业化试验 2.4.1　试验过程 第一阶段，打开浓缩塔逆喷管喷头和塔体喷淋 喷头对酸性废水进行绝热蒸发浓缩 ；第二阶段，关 闭逆喷管喷头，仅打开塔体喷淋喷头对酸性废水进 行绝热蒸发浓缩。


将制酸系统净化工序过滤得到的酸性废水输送 至酸性废水储罐，再通过酸性废水储罐自压进入酸 性废水浓缩塔。试验开始时，酸性废水浓缩塔液位 为 1.82 m。试验中，由于酸性废水中水分被烟气绝 热蒸发带走，浓缩塔液位逐渐下降。当液位下降至 1 m 左右时，原液不排，打开酸性废水储槽与浓缩 塔间平衡管上的阀门。浓缩塔液位上升至 2 m 时， 继续进行循环浓缩。如此反复。 试验期间，制酸系统净化工序往酸性废水储罐 共注液 4 次，酸性废水储罐向浓缩塔注液 37 次， 约 96 m3 。浓缩塔内循环液的温度在注液时上涨， 停止注液后逐步下降。

2.4.2　结果与讨论

2.4.2.1　温度 第一阶段，逆喷管阀门打开时，净化稀酸温 度 50.8 ℃，绝热蒸发后液温度 29.4 ℃，温度降低 21.4 ℃ ；第二阶段，逆喷管阀门关闭时，净化稀酸 温度 52.0 ℃，绝热蒸发后液温度 32.7 ℃，温度降 低 19.3 ℃。由此说明 ：①净化酸性废水与硫酸尾 气逆流接触的绝热蒸发过程中，浓缩塔循环稀酸温 度下降幅度较大，起到了绝干烟气绝热蒸发酸性废 水降低循环稀酸温度的目的 ；②逆喷管开启前后， 浓缩塔降温效果差别不大。

2.4.2.2　浓缩塔液位 考虑设备设施运行的经济性，后续试验关闭了 逆喷管喷淋装置。为跟踪绝热蒸发水量，对浓缩塔 液位进行统计分析，浓缩塔液位下降速度为 0.015 m/h，蒸发减少水量为 0.047 m3 /h。采用绝干烟气绝 热蒸发可带走循环稀酸中的水分，起到浓缩酸性废 水的目的。

2.4.2.3　浓缩酸性废水的酸度、氟和氯含量 在酸性废水浓缩的过程中，酸性废水的酸度、 氟和氯含量变化趋势见图 2。 由图 2 可见 ：①酸度逐渐升高，在制酸系统现 有烟气条件下酸度最高可浓缩至 27%，但耗费时 间较长 ；②随着酸性废水浓缩试验的进行，酸性废 水中氟离子浓度先缓慢上升，后逐渐下降并稳定 在 0.5~2 g/L，后期并未随硫酸浓度的升高而上升， ρ(F- ) 基本维持在 0.6~1.6 g/L ；③酸性废水中氯离 子浓度呈震荡逐渐上升的趋势，最终稳定在 18~28 g/L 范围内波动。由此可以推断 ：酸性废水浓缩至 w(H2SO4) 约 8% 后，大量氟离子被尾气带走 ；浓缩 至 w(H2SO4) 约 20% 后，氯离子含量并未随着硫酸 浓度的增加同步上升，随着酸性废水浓缩的进行大 量氯离子被尾气带走。 2.4.2.4　浓缩塔进出口SO2含量、尾吸塔耗碱量 检测浓缩塔前和塔后尾气中 SO2 含量，数据见 表 3。 由表 3 可见 ：二吸塔出口尾气经过浓缩塔净化 稀酸洗涤后，进入尾吸塔的气体中 SO2 含量不会增 加。 尾吸塔的耗碱量原为 5.7 t/d，二吸塔出口的尾 气经过浓缩塔对酸性废水进行绝热蒸发浓缩后，尾 吸耗碱量相应减少至 4.9 t/d，这说明尾气经过浓缩 塔有利于降低尾吸耗碱量。

3　酸性废水绝热蒸发浓缩减排技术的应用

3.1　工艺设备 根据试验情况，研发复合式浓缩塔，整体采用 玻璃钢材质，内部由上至下依次包括捕沫器、喷淋 装置、上层栅板、喷淋装置、下层栅板、多孔截流 布气罩等结构。酸性废水绝热蒸发浓缩工艺流程见 图 3。 来自制酸系统二吸塔出口的干燥烟气，与来自 洗涤塔的酸性废水在浓缩塔内气液接触。其中，酸 性废水被循环泵加压后送至浓缩塔顶，在塔体填料 层上部多层喷淋而下 ；来自二吸塔低温位的干燥烟 气自塔体填料层下部送入。在绝热环境下，低温位干燥烟气和多层喷淋而下的酸性废水逆向接触，同 时利用填料层增加接触面积、加强传质效果。逆流 接触后的干燥烟气被绝热增湿，将酸性废水中的水 分以气态形式带走，从而实现了酸性废水的浓缩减 量。增湿后的烟气进入尾吸塔处理，浓缩后的酸性 废水在达到一定浓度后被循环泵送至酸性废水硫化 工序。 3.2　应用效果 低温位烟气绝热蒸发酸性废水技术应用于制酸 系统后，对绝热蒸发装置内酸性废水浓缩的效果进 行了检测。浓缩前酸性废水总量约为 480 m3 /d，浓 缩后酸性废水总量为 348 m3 /d，绝热蒸发量约 5.5 m3 /h，酸性废水排放量减少了 27.5%，同时酸性废 水的浓度及各类杂质含量也得到了进一步浓缩，可 缩小后续酸性废水处理装置的建设规模，减少硫化 除镍、铜、砷、铅等重金属、压滤除硫化渣及三效 蒸发浓缩和氟氯吹脱等工序的投资费用和运行费 用，提高三效蒸发和氟氯吹脱工序的运行效率。经 绝热蒸发装置浓缩后的酸性废水主要成分见表 4。 由表 4 可见 ：酸性废水经二吸塔出口尾气绝热蒸发后，酸水中的镍、铜、砷、铅等金属元素均得 到富集，硫酸酸度升高，酸水含氟量略有下降、含 氯量略有升高。

4　结语 通过长期试验和技术创新，该公司在利用冶炼 系统低温位干燥烟气特性的基础上，摸索出一套利 用绝热蒸发浓缩酸性废水的工艺技术，实现了工业 化应用，并推广至该公司内部其他制酸系统，实现 了酸性废水的浓缩减排，缩小了后续酸性废水处理 装置的规模，节省了建设投资和运行费用，对同行 业具有借鉴意义，值得推广。