神华准能资源综合开发有限公司氧化铝中试厂内蒙古鄂尔多斯市010300
摘要：近年来我国的氧化铝行业产能增长很快,各地均在上马新的氧化铝项目。与此同时氧化铝生产过程中需要消耗大量的水资源,而我国又是一个水资源十分匮乏的国家,因此如何降低废水的排放,提高废水的回用率已成为氧化铝行业减少污染、降低成本、提高企业竞争力的重要手段。本文分析了氧化铝生产废水处理工艺。
关键词：氧化铝；废水；处理工艺；
为了配合国家节能减排政策的实施,中国铝业公司要求系统内的各大氧化铝生产企业必须做到生产废水零排放。因此各大氧化铝生产企业纷纷对原有的生产污水处理设施进行改造,以达到环保的要求。务求做到既有利于发展生产,又能最大限度地保护环境、体现出可持续发展的战略。
一、氧化铝生产现状
氧化铝生产工艺主要是烧结法和拜尔法,生产用新水量在3万t/d左右。烧结法工艺与拜耳法相比,工艺复杂,水的耗用量高。为降低水的消耗,近几年来通过加强用水节水管理,利用节水新技术、新工艺改造用水设施,有效提高了水的重复利用率,生产用新水量逐年降低。氧化铝生产用新水主要分为生产工艺用水、设备冷却用水和辅助生产用水。生产工艺用水主要是产品洗涤用水,部分循环水系统补充水等;设备冷却用水主要是熟料回转窑、冷却机窑体托轮、化灰机、溶出湿磨、冷凝器、沉降工序、碳分槽水封、压滤机、水柱塞泵、煤粉磨轴瓦冷却、原料磨冷却用水、压缩机冷却系统、真空泵系统及泵水封用水;生产辅助用水主要是岗位地面清理、生活用水等。氧化铝厂产生的废水主要来源为生产工艺排水、生产生活杂用水排水、部分设备冷却水、循环水系统排污水及工艺排水等。具有总排水量大、水质不稳定,排水水质差异比较大的特点。氧化铝厂在排出大量悬浮物的同时排出大量的铝化合物,铝化合物的出现,使平流沉淀池在完成自然沉淀的过程中参与了加药沉淀的强制作用。从进水悬浮物和沉淀池悬浮物去除率的关系来看,一般沉淀池,进水悬浮物越高,出水水质越差,去除率稍上升,而生产废水处理站在废水沉淀过程中存在一个低峰值,笔者认为这是A13+碱度共同作用的结果。从铝离子和去除率的关系曲线中可以看出,去除率并不是随着A13+的升高一直升高,而是有一个峰值,更符合加药沉淀的规律,说明铝化合物参与了沉淀过程。从提升废水量变化时水中成份的变化来看:氧化铝厂排出的废水自离开车间后,在管道内己完成混合、反应过程,并开始沉淀分层。例如,废水提升量增加一倍,水中悬浮物、铝离子要平均高出14.3%和11.4%。尽管铝离子参与了沉淀过程,并发挥了作用,而出水悬浮物和A13+含量仍然很高,这是由于水中碱度太高,水的粘性增加,稳定性提高。
二、氧化铝生产废水处理工艺
1.格栅的功能。氧化铝厂生产废水处理站一般都在厂外布置,废水流经的路线比较长,各个工序之间排出来的废水比较复杂,废水中的物质也是各种各样,例如:破安全帽,电器开关,废旧电缆,破工作服,笤帚,碎砖,碎石,包装袋,等等。这些物品在进入处理流程前必须将其去除,因此最好是设计两道格栅,一道粗格栅,一道细格栅(网),漂流的,大的悬浮物和比较小的悬浮物在格栅前被去除。两道格栅对后续的构筑物是很好的保护。直接接在泵的出口,经常被塑胶袋,重油块堵塞,后来在进水管内加上2×2mm过滤网才避免了堵塞。
2.调节池。氧化铝生产流程长,影响因素多,生产稳定性差,因此,排出来的废水量变化是很大的,时不均匀系数在2.5以上。有时废水量特别小的时候,泵不能维持稳定运行,有时停泵。有时候废水流量超过提升泵房的最大提升能力,只好让其超越溢流。因此在氧化铝废水处理站设计调节池很有必要。根据长时间调查,调节池水力停留的时间(HRT)应该≥6h。调节池的另一个作用是除油。氧化铝生产现场有不少转动设备,尤其是油隔离泵、隔膜泵、大型电动机的油冷器,焙烧炉的燃油泄漏,都有泄漏润滑油的机会,因此废水中常有油类。如果这些油不经提前去除,将跟随废水进入沉淀池影响沉淀池出水,尤其是,如果过滤技术采用纤维过滤技术,这些油类在沉淀池不容易沉淀下来,会大量吸附在纤维丝上与纤维粘接在一起,无法彻底反洗,影响过滤质量。利用在调节池6h停留时间将废水中的油彻底去除.可以采用隔油池的原理,也可以在调节池内增加吸附物质,斜板、斜管沉淀装置,提高除油效率。
3.流量堰。废水处理的构筑物运行讲究工艺参数,其中流量是一个很重要的参数,而氧化铝废水中的高悬浮物,高铝离子的特点又决定了这种废水的沉淀性能相当好,特别容易在流程中沉淀,结垢,因此处理工艺中的流量计量一直没有确定其型号。超声波流量计不便测量悬浮物流体;电磁流量计,其他的流量计测流量时又容易因结垢而失去准确性、可靠性。在沉淀池前后、过滤池前后布置流量堰对该构筑物运行监测很有好处。
4.平流沉淀池。采用平流沉淀加斜板沉淀工艺大幅度去除悬浮物,去除率达85%以上。其原因有二:首先是氧化铝生产废水特点适合沉淀;二是平流沉淀池沉淀效率高。国内外经验证明:平流沉淀池沉淀效果好,不论是用在自来水上还是废水处理上,因此,在占地允许的条件下,应该首先采用平流沉淀池作为沉淀工艺的构筑物。平流沉淀池表面积大,构筑物结构简单,操作简单,耐冲击负荷,运行稳定。在目前的技术发展水平上,容易实现自动化。为了更进一步提高悬浮物的去除率,在平流沉淀池后加上斜板沉淀池,排泥不畅,斜板上容易积泥,生产废水处理站的斜板沉淀池就出现过因排泥不及时、不彻底而引起污泥上浮,斜板因积泥而塌陷的生产事故。为了提高斜板的整体强度,可采用不锈钢波纹板做斜板。另外,对于生产废水,可以适当将斜板的内接圆直径放大,即可减少积泥的机会,也可以保证出水水质。
5.高效过滤器。经过沉淀分离后的上清液进入过滤装置,在常规的水处理过程中,过滤一般是以石英砂作为滤料来截留水中悬浮杂质。滤料粒径通常在0.5mm～1.0mm之间,滤层厚度通常为60cm～80cm,过滤速度通常为8m/h～10m/h。当生产废水浊度较高时,也可采用双层滤料过滤的形式,上层采用密度较小,粒径较大的轻质滤料,下层采用密度较大,粒径较小的重质滤料。实践表明,双层滤料能够有效的提高去污能力,当生产废水经过滤层后,粒径在5um以上的颗粒基本上被截留,经过过滤后的水即可通过出水管返回氧化铝生产系统继续使用。生产废水经过沉淀处理后,分离产生大量的污泥,这些污泥通常具有很高的碱性,并且易于分解,对环境是潜在的污染。由于污泥中通常含有大量的水分,因此在处理前需要先进行浓缩,降低含水率。污泥脱水通常有自然干化及机械脱水、烘干等方法,经过脱水后的污泥经过压缩后即可进行填埋。
三、实例分析
某氧化铝厂采用混联法生产氧化铝,生产过程中需要投加大量的碱,而水作为氧化铝生产过程中的载体进入生产流程。由于废水的成分较为复杂,pH值及SS变化区间大。另外,由于使用不合理,造成氧化铝生产水耗较高,不但产生了大量的工业废水将会污染周边环境,同时造成了大量的碱、氧化铝和水的流失,最终导致成本升高。假如废水中的碱能回收利用,不仅能降低生产中的碱耗,增加效益,而且还可以充分利用资源,变废为宝,减少对环境的污染,可谓一举两得。
1.生产废水处理工艺。本厂的生产废水处理站设计处理能力为33000m3/d,设计出水悬浮物SS≤50mg/L,pH值<9,有机物去除率为98%，主要构筑物技术参数如下;预沉池:1用1备,单池容积为30m×10m×4m,废水水平流速为0.015m/s,停留时间为33.3min。隔油沉砂池:1组5格,单池容积为20m×3.2m×3m,废水水平流速为0.013m/s,停留时间为25.8min。气浮池:原设计1组4格,由于占地限制,后改为1组3格,单池容积为20m×4.5m×3m,废水水平流速为0.0132m/s,停留时间为25.2min。平流沉淀池:利用原有建筑物,1用1备,单池容积为50m×13.6m×3.5m,废水水平流速为0.007m/s,停留时间为2h。
2.其主要特点是:一是采用多级处理分质供水的方式。根据不同用户对水质的不同需求,采取不同的处理方式,对油和悬浮物均进行了相应的处理,而对于碱度则采用了不同的处理方法。由于氧化铝循环用水,赤泥稀释输送及热力锅炉冲渣、除尘,均需要碱性水,所以只需去除废水中的SS和油即可。而对于生产补水和外排水,除需将废水中的SS和油去除外,还应调整水的pH值,使其达到相应的生产用水标准和外排水排放标准。这样,不但减轻了处理负荷,而且节约了大量成本。二是利用工业废水的碱度解决热力锅炉除灰、除硫、防渗等问题。本厂现有4台75t蒸汽锅炉和5台130t蒸汽锅炉,每年需要大量的冲渣除灰水,而灰渣坝的回水量难以满足生产用水量,必须补充大量新水。现采用处理后的碱性工业废水,不但解决了废水回用,减少外排的问题,而且提高了锅炉SO2和粉尘的去除率,改善了大气的环境质量。三是作为氧化铝一环水泵站的补充水源。一环水泵站是氧化铝生产的关键水源,每天需要补充大量的水来满足生产需求。用处理后的生产废水作为补充水源,不但减少了生产废水的外排量,而且提高了循环水的碱度,有效地减低了氧化铝生产的碱耗,同时也大幅度地降低了循环水的温度,提高了种分槽的分解率和蒸发器水冷器的真空度,增加了氧化铝产量,可谓一举多得。另外,温度较高的蒸发回水用于溶出系统的流程补水,这部分水具有高温高碱度的特点,既可降低溶出系统的碱耗又可节约启蒸汽用量。处理后的工业废水作为一环水泵房的补充水源,解决了循环水的水量平衡问题,为氧化铝生产的稳定运行创造了条件。
3.有待解决的问题。我们对工艺运行过程中暴露出的一些问题进行了改进和完善,取得了一定的成效,但仍然有一些亟待解决的问题:一是底泥处理的问题。氧化铝生产废水中含有大量的泥沙及悬浮物,在废水处理过程中大量沉积于预沉池、隔油池及气浮池内,平均每10～15天预沉池即淤满,气浮池也因积泥太多而影响气浮效果。现污泥干化处理系统因污泥中含有大量重油而无法投运,故只能采用机动车将泥浆外运填沟,增加了运输费用(年运输费多达28万元)。二是管道、设备结垢问题。生产废水在输送过程中,受到水利条件变化因素的综合影响,容器内壁上形成大量水垢,给废水的输送带来极大困难。另外,由于废水容易结垢,也使各用户产生不满,不愿利用此水或减少用量,造成管道内的水流流速降低,加剧了管道设备的结垢。
氧化铝生产废水排放无规律性,水质、水量变化较大,因此在废水进入沉淀池前面应该设计调节池,在调节池适当增加隔油、除油装置。根据新的混凝沉淀理论,在沉淀池增加一些简单的装置能提高沉淀效率和出水水质,增加产量。无论是老厂改造还是新厂投运,其经济效益都十分明显。本文分析了氧化铝生产废水处理工艺，实现了企业产量增产新水消耗降低的目的,降低了生产用水成本,提高了企业经济效益。
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