浆体管道输送项目滤后水处理工艺设计摘要：国内浆体输送项目起于上世纪八九十年代，但三四十年来一直发展缓慢，近年随着我国绿色环保发展要求的提高，国内浆体输送行业才得以进一步发展，并有工业项目逐步投产运行。
每个项目浆体类别及滤后水去向不同，滤后水处理措施也各不相同，滤后水所选用处理措施及处理效果已成本影响管道输送项项目是否可持续重要影响因素之一。
关键词：管道输送、浆体、滤后水、除钙、中和、沉淀1项目概况本项目选矿厂已有100多年的选矿生产历史，主要将铁矿通过磁选分离出铁精矿粉。
精矿粉的运输一直采用铁路运输，铁路运输成本较高（运输成本约为38.83 元/ 吨）。
运输过程中精矿粉的抛洒浪费、污染及粉尘较大，对周边环境污染较大，采用国铁运输线路能力有限，精矿输出受到制约。
因此，在积极响应国家绿水青山的环保政策下，南芬选矿厂结合铁精矿物料的特点、目前周边的交通状况、运输距离等因素，决定建设南芬选矿厂精矿粉管道输送工程，实现精矿粉的绿色运输，避免铁路运输造成的环境污染，同时为企业节约大量的运输成本。
根据终端用水单位要求，终端过滤车间滤后水需经度处理至用水单位要求后方可接入终端用户回用水管网。
1.1设计进水水质本次来水主要为环水泵房尾水，首端输送至终端的铁精矿浆体经圆盘过滤机过滤后的滤后液，再经终端浓密机固液分离，浓缩机上清液溢流至终端环水泵房，在环水泵房中对悬浮物进行处理后的尾水即为本次水质升级系统进水。
为配合本次项目建设，业主单位于2023年7、8月间先后委托两家专业检测公司对选矿厂现精矿过滤后水样进行检测，以作为本项目的进水预测参考用。
本次来水为环水泵房尾水。
首端配制合格的铁精矿浆体经投加石灰乳将其pH 值调整到略超11，由隔膜泵经约28km矿浆输送管路输送至终端场站。
在终端场站经圆盘过滤机过滤后的滤后液由滤液泵输送至终端浓缩机进行固液分离，浓缩机上清液溢流至终端环水泵房，在环水泵房中对悬浮物进行处理后的尾水即为本次水质升级系统来水。
经本方案处理后出水，输送至板材厂生产用水系统，根据用水终端需求。
综合以上，拟定本方案新增水处理车间设计进出水水质如下表。
表1设计进出水水质指标1.1.1项目规模根据项目水平衡计算，本处理设施小时设计规模：~480m3/h，日处理水量：8700m3/d，工作制式：330天/年。
1.2工艺技术介绍对比进出水水质，本次处理重点集中在pH、硬度、电导率、总溶解性固体等。
原水由于在管输项目首端投加石灰乳以调节pH至11以上，以延缓原矿浆对管道腐蚀，但也正是由于石灰乳的投加，导至终端原水pH值、硬度、溶解性固体、电导率等均会出现不同程度超标。
分析辽两家检测公司最新出具的水质检测报告，选矿滤后水中硬度中钙硬度占比约56%，经首端投加石灰乳调节pH值后，终端钙硬度占比预计超过70%。
因此本次方案对硬度的控制应重点应为pH回调与钙硬度去除。
原水在首端加石灰乳前总硬度约为总碱度的2倍，说明原水中仍存在一定量的非碳酸盐硬度，分析原水中氯离子及硫酸根离子量也可验证这一结论。
因此本项目利用投加碳酸盐可达到较好的除钙效果。
由于工业用水中钙离子过高时，会导致在回收或循环利用的过程中，在管道壁及设备壁产生结垢，一旦水管存在水垢，那么水管的流通截面会严重减小，水的流动阻力也会加大，从而影响水循环的正常工作。
硬度过大的水还会导致锅炉内的管道热量分布不均匀，容易引起管道变形甚至损坏，严重时还会引起爆炸，存在安全隐患，对人体健康造成威胁。
为了减少钙离子在水处理设施运行及其它危害，故要对过高的钙离子溶液进行除钙处理。
1.2.1除钙工艺目前，钙离子的去除方法主要有离子交换法、纳滤膜法、化学沉淀法及二所氧化碳除钙等方法。
本项目为精铁矿管道输送工程的附属项目，现场并不能供利用的烟道气等条件。
离子交换法处理简单，效率高，处理量大，出水水质好，无二次污染，但离子交换法使用的交换树脂容易失效，需经常更换再生，再生液难处理，造成处理费用高且对预处理要求非常严格。
本项目进水钙硬度较高，在进入离子交换法前，建议需进行预处理。
离子交换法在纯水上使用较多，其出水水质好，不仅会对钙离子，对镁及其它金属离子等均会有较好去除效果。
在本项目中仅针对钙离子去除，本次并不建议选用。
目前可用于本项目的主要为化学沉淀法、膜分离法。
膜分离法能耗低、占地少、维护简单且处理效果稳定，但建造费用和运行费用都较高。
对于本项目仅需考虑钙离子去除，考虑投资相对较少的纳滤膜，目前进口膜投资费用高达2~4万元/（m3水），国产膜投资约1~2万元/（m3水），膜法适用于较难用其它法处理，规模相对较小或出水要求较高项目，本次项目设计进水量约为8700m3/d，仅膜设备投资可达上千万。
选用膜法处理，必然面对膜膜浓缩后的浓水处置问题，每天产生量约870~1300m3，钙硬度高达8000mg/L，此部分浓液仍需投入设备进行去除。
在本项目中，进水钙硬度约1150mg/L，钙离子量接近500mg/L，如先用膜法处理，则需增加化学预处理单元，以防止膜堵塞、保证膜系统稳定运行。
纳滤膜使用周期一般厂家预估周期为5年左右，膜更换费用折合到单位运行成本高达1元/（m3水）以上，考虑膜清洗、预处理、浓水化学处理的药剂及用项目电和人工等相关直接运行成本，预估运行成本远超过1.7元/（m3水）。
整体工艺处理包括化学预处理+膜处理设施+浓水化学沉淀处理设施+膜化学清洗设施。
工艺设备较多，整体设备投资预估超过1500万。
化学加药除钙又称药剂软化，是根据溶度积原理，投加一些药剂（如石灰、苏打）于水中，使之和水中的钙、镁离子反应生成难溶化合物如CaCO3和Mg(OH)2，通过沉淀去除，达到软化的目的。
化学沉淀法利用硫酸根或碳酸钠对混合液进行除钙，主要反应如下所示：Ca2++SO42-→CaSO4↓Ca2++CO32-→CaCO3↓传统化学沉淀法采用碳酸钠沉淀，操作简单、投资少、工艺成熟、处理效果稳定。
相对膜分离工艺，投资成本优势非常大，运行成本较低，无浓水处置问题、无膜化学清洗设施。
工艺流程简短，维护与运行管理简单，处理效果稳定，应对水质水量波动性好等特点。
1.2.2中和方法选择目前用常用碱性废水中和方法有酸性废水混合、投酸中和烟道气三种。
酸碱中和原理如下：OH- + 2H+= H2O本次项目为原管道输送工程的子项，终端现场并不可利用酸性废水或烟道气可供利用，最做强中和方法还是目前应用最广泛的投药中和法。
由于本项目来水在长距离管道输送过程中投加石灰乳将pH调整至11~12，建议，首端场站调节后出水控制在pH=11以上即可，如调节到12或以上，投加的石灰乳将会翻倍增加，导致终端除钙离子加药成本翻倍增加。
在经环水泵泵房处理后pH略有下降，预估值在pH=11，根据本次项目出水要求，最佳出水PH值需控制在6~9，因此本项目进水需加酸调节，至于选用的酸的类别需综合考虑药剂采购成本、运行安全和出水要求等多方影响因素。
本项目出水对氯离子和硫酸根离子均有要求，需在满足出水要求的情况下，合理选用酸剂。
目前业主方31%工业盐酸采购成本约为2500元/吨，92%工业硫酸采购成本约300元/吨。
不同加酸成本与引入离子浓度影响如下表。
表2不同加酸成本与引入离子浓度影响对比表由上表可知，在达到相同要求前提下，由于采购酸剂价格差别较大，在两者均不引起引入外加离子超标情况下建议选用加药成本更低的硫酸，由于硫酸操作管理较盐酸要求更高，在运行管理中需重点加强培训与管理。
1.3推荐工艺本项目推荐采用化学沉淀法进行处理，pH回调药剂选用运行成本理低的硫酸。
本工程工艺流程如下：图1工艺流程图1.3.1工艺流程说明经环水泵房初步处理后的出水自流至本方案新建水处理车间的pH回调池，回调池内设置水力混合装置，同时设加酸点一处，用于初步回调原水pH值。
经初调稳定后的废水后续依次接入除硬絮凝区，在混合区投加炭酸钠，与原水中钙盐反应生成微溶于水的炭酸钙，随后依次投加助、絮凝剂，使原水中生成的炭酸钙形成易于固液分离的絮体。
絮凝区出水于后续固液分离区完成分离，上清液自流至中间水池，固液分离区下部设污泥浓缩段，用于将固液分离后的污泥进行一步浓缩，以减少外排污泥量。
中间水池配套设置提升泵，用于中间水池出水加压至后续石英砂过滤器，进一步去除前段未能除去的微细小絮体颗粒，石英砂过滤器出水进入缓冲池，水池内pH测量仪、浊度(悬浮物)分析仪、电导率(溶解性总固体)分析仪、在线硬度分析仪，同时设置加酸微调点。
缓冲池内出水检测达标后排至原环水泵房南侧清水池，并由清水池配套加压泵外排或场站内回用。
1.3.2去除效果预估及成本估算经本工艺各单元预估去除效果如下表。
表3水处理工艺预估去除效果分析经初步核算本项目直接运行成本：1.55元/m3。
表4运行成本计算1.4存在问题及建议1、本项目为原管道输送项目的配套工程，根据目前总体项目进度，本项目进度将滞后于管道输送项目，在本项目正式投产前需相关单位做好临时排水及水质控制方案；2、根据检测数据，选矿厂制浆原水水质有一定波动性，需加强原水检测，分析水质波动原因，及时调整源头水质控制方案，以保证终端外排水质稳定达标。
3、本项目建成后，将与原环水泵房水处理设施形成一体整体，需制定整体运行管理措施，以保证发挥各单元独立处理效果的基础上，确保总体水质稳定达标。
同时还需根据整体工艺确定各单元加药类别、加药量，及时调整各设备运行状态，确保在有优运行成本下达到理想处理效果。
4、由于当时冬夏气温温差较大，在项目实际运行中应特别注意各工艺单元季节性处理效果差异，及时调整运行参数。
