氧化鋁廢水“零排放”探討

氧化鋁廢水“零排放”探討論文名稱：氧化鋁廢水“零排放”探討

作者：李桂賢鄧邦慶柳健康

摘要：經(jīng)過2年多的開發(fā)應用，中鋁貴州公司氧化鋁廠在水資源綜合利用以及廢水“資源化”方面取得突破性的進展，于2000年12月實現(xiàn)了氧化鋁廢水“零排放”，改善了麥架河及貓?zhí)恿饔蛏鷳B(tài)環(huán)境，對保護長江上游的生態(tài)環(huán)境，防止長江水系的污染惡化，具有極為重要的現(xiàn)實意義和深遠的歷史意義。本文著重對氧化鋁廢水“零排放”的實施進行了闡述。

關鍵字：氧化鋁零排放資源化再生水赤泥回水1前言貴州鋁廠氧化鋁廠始建于1958年，設計產(chǎn)能每年40萬噸，外排含堿廢水一直是困擾我廠的一個重大環(huán)境污染問題，其對周圍3鄉(xiāng)12村的農(nóng)田以及下游麥架河及貓?zhí)恿饔蚓斐刹煌潭鹊奈廴?，同時也造成了大量的堿流失和水資源的浪費，為消除污染，實現(xiàn)國家“一控雙達標”（即所有企業(yè)污染物的排放必須在2000年底實現(xiàn)達標排放）的目標，根據(jù)我廠實際情況，經(jīng)大量的調(diào)查、論證，大膽地提出了具有創(chuàng)新性的課題---氧化鋁廢水“零排放”技術(shù)開發(fā)與研究。2廢水的來源及特征氧化鋁廠外排廢水主要來源于生活污水（澡堂、廁所、宿舍、辦公室排水）、生產(chǎn)廢水（沖洗地坪、設備等）、設備冷卻水、雨排水、外單位排水（熱電廠軟水站排水及沖灰渣水、輕研所排水等）、工藝管道及設備的跑、冒、滴、漏等；具有總排水量大、不穩(wěn)定的特點（見表1）；其主要污染因子為懸浮物（200～500mg/l）；堿（PH值達8～12）。表11990～11997年氧化鋁廢廢水及污染物物排放統(tǒng)計年度19901991199219931994199519961997廢水排放量/萬m3501.21433.65421.65445.69316.05335.58319.74247.39堿流失量/tt145434117410632223061293127542440懸浮物排放量//t25062168210822281580189616408983技術(shù)改造方案實施本課題是一項綜合性的技術(shù)開發(fā)項目，其設計思路為：（1）治理污染源，對重點車間設備進行防跑堿改造，以降低廢水含堿濃度；（2）對水質(zhì)要求高的設備冷卻水，采用自身循環(huán)，以減少廢水排放量；而對水質(zhì)要求不高的設備冷卻水、有條件的生產(chǎn)用水點等，全部使用再生水代替工業(yè)新水；（3）充分利用赤泥回水、蒸發(fā)壞水代替工業(yè)新水，并保證赤泥回水量≥赤泥附液量；（4）根據(jù)生產(chǎn)實際情況以及《貴州鋁廠工業(yè)用水標準》，采用經(jīng)濟實用的方法進行廢水處理。

3.1抓源治本，降低廢水含堿濃度

在氧化鋁生產(chǎn)過程中，難免有高濃度的含堿廢水進入排水系統(tǒng)，使廢水含堿度升高，影響再生水回用。因此，加強和完善管理及設備維護，對重點車間進行防跑堿設施改造，是降低外排廢水含堿濃度的關鍵。首先在工藝上采用新工藝、新技術(shù)（如水泵采用先進的機械密封替代傳統(tǒng)的填料密封，用密封性能較好的漿液閥、注塞閥替代傳統(tǒng)的閘閥、截止閥等）；其次對各生產(chǎn)車間大型槽罐（如沉降槽等）增設防跑堿圍子，將泄漏的高濃度含堿污水引入污水槽后再返回工藝流程，有效的防止堿液外泄。具體治理方案見圖1。3.2完善改造部分設備冷卻水，減少廢水排放量

對水質(zhì)要求較高的回轉(zhuǎn)窯托輪、排風機、煤磨、格子磨、管磨、溶出磨等設備冷卻水，原設計均用工業(yè)新水冷卻后直接排放（排水量100～200m3/h）。為減少廢水排放量，進行相應的改造。

窯磨循環(huán)水系統(tǒng)的改造

針對燒成車間煤磨、排風機、燒成窯托輪以及熟料溶出磨、配料格子磨、管磨等設備相對集中的特點，將這些設備的冷卻水集中回收循環(huán)使用，形成獨立的窯磨循環(huán)水系統(tǒng)，有利于管道鋪設和經(jīng)濟運行。

焙燒窯托輪、風機冷卻水改造

焙燒車間焙燒窯托輪、風機冷卻水耗水量約40～80m3/h，由于采用單一水源——工業(yè)新水供水，一旦發(fā)生停水事故，焙燒窯就停運。根據(jù)生產(chǎn)實際情況,充分利用現(xiàn)有空壓循環(huán)水系統(tǒng)的富余能力供水，將焙燒窯托輪、風機冷卻水納入空壓循環(huán)水系統(tǒng)，不增加水泵開啟臺數(shù),而且改造時保留原有工業(yè)水供水流程，形成雙水源供水，不僅減少了廢水的排放量，而且提高了供水的可靠性，保證了焙燒窯可靠穩(wěn)定地運行。

3.3污水處理系統(tǒng)完善改造

氧化鋁廢水“零排放”技術(shù)開發(fā)與研究中，廢水的再生處理、循環(huán)利用，是實現(xiàn)廢水“零排放”的基礎。原污水處理系統(tǒng)將廢水處理后作為全廠循環(huán)水和燒成循環(huán)水的補水，沉淀池底流利用虹吸泥機吸出，但實際排放的廢水量遠遠大于循環(huán)水的補水量，加之原設計中只有一個平流沉淀池，當吸泥機出現(xiàn)故障或清理沉淀池時，整個污水處理系統(tǒng)就停止工作，大量廢水直接排入環(huán)境，改造前流程見圖2。因此，有針對性的對污水處理系統(tǒng)進行了完善改造。污水處理系統(tǒng)沉淀池改造據(jù)測定統(tǒng)計，現(xiàn)有的一個污水平流沉淀池的處理能力(最大處理能力Q=500m3/h)遠不能滿足生產(chǎn)需求，故新建平流沉淀池一個。

新建平流沉淀池核算：有效水深H=3m、池寬B=9.2m、池長L=40m，污水在沉淀池中的沉降時間2.2h（t=H×A/Q，A為沉降面積），其長寬比L/B=4.35＞4，能確保污水在池內(nèi)均勻分布。

平流沉淀池水力條件復核：

水流截面積ω=3×9.2=27.6m2；

水池濕周x=9.2+3×2=15.2m；

水力半徑R=ω/x=27.6÷15.2=1.82m；

水平流速v=Q/ω=500÷27.6÷3600=5.03×10-3m/s；

弗勞德數(shù)Fr=v2/R·g=(5.03×10-3)2/1.8×9.18=1.41×10-6。

由計算結(jié)果看出，改造后的沉淀池完全滿足普通平流池的設計參數(shù)要求。

新建平流沉淀池的底流污泥采用虹吸泥機連續(xù)排放，平均污泥流量80m3/h左右。改造后的兩個平流沉淀池，隨廢水量的變化既可互為備用又可同時運行，其最大處理能力為1000m3/h。

廢水總排放口完善改造

原廢水總排放口是氧化鋁廠所有廢水的唯一匯水點，需考慮完善有效的防洪措施，同時也是污水處理系統(tǒng)理想的污水源取水點，為滿足廢水“零排放”和泄洪要求，在總排口與洗馬河的匯合口安裝兩個閘板對總排截流，又作雨季泄洪用；廢水全部引入污水泵房送平流沉淀池。由于生活污水中有大量的漂浮物，在污水泵房集水池前安裝1臺可升降式人工格柵和2臺鏈式機械格柵，避免了較大的漂浮物進入污水源泵和平流沉淀池，如圖3。沉淀池污泥處理流程改造

在污水處理系統(tǒng)的改造中，沉淀池污泥的處置是系統(tǒng)能否正常穩(wěn)定運行的關鍵。原設計對沉淀池污泥投加聚丙烯酸鈉，在濃縮槽中經(jīng)2h沉淀后，送至二赤泥貯槽與赤泥一起送赤泥堆場。但實際運行受二赤泥外排貯槽控制性較差和輸送量不穩(wěn)定等因素的影響，污泥濃縮系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性得不到保證。另外，受污泥輸送流程的影響，虹吸泥機時常間斷運行，造成虹吸泥機堵塞，使污水處理系統(tǒng)不能正常工作。為此，對平流沉淀池污泥處置作了如下改造，見圖4。氧化鋁生產(chǎn)過程中，排棄的赤泥，需用熱水(300m3/h)洗滌，原利用全廠循環(huán)水在脫硅熱水槽中加熱后洗滌赤泥，由于該流程對水質(zhì)的要求不高。故改用未濃縮的平流沉淀池底流送脫硅熱水槽代替部分全廠循環(huán)水加熱后用于赤泥洗滌。該方法徹底打破傳統(tǒng)設計的束縛，充分利用本廠生產(chǎn)工藝特點，創(chuàng)造性的把污泥處置與生產(chǎn)工藝流程有機的結(jié)合起來。運行1年多來，用平流沉淀池的底流代替部分循環(huán)水參與洗滌赤泥，并隨赤泥一起沉降后送赤泥堆場，對赤泥的輸送系統(tǒng)不產(chǎn)生任何波動，同時還解決了虹吸泥機因間斷運行造成虹吸管易堵塞的難題.由于簡化了流程，節(jié)省了對污泥濃縮、絮凝沉降、干化等一系列的設備投資、管理和運行維護費用，達到了污泥處置經(jīng)濟運行的目的，為污水處理系統(tǒng)穩(wěn)定運行提供了保證；同時在國內(nèi)同行業(yè)中開創(chuàng)了先河，摸索出一條經(jīng)濟處置氧化鋁廢水沉淀污泥的新途徑，具有極高的推廣運用價值。

增設沉砂池及配套設施氧化鋁廠的排水系統(tǒng)為“合流制”，污水中夾帶大量砂石，易造成虹吸泥機堵塞或因砂石比重較大無法排出而在平流沉淀池內(nèi)淤積。所以在平流沉淀池的前端增設了兩個沉砂池，投用1年多來虹吸泥機運行正常，沉淀池清池周期明顯延長。

氧化鋁廢水的深度凈化要使氧化鋁廢水達到“零排放”，就意味著所有廢水經(jīng)處理后必須全部回用，而處理后再生水水質(zhì)的好壞是循環(huán)使用的基本前提。根據(jù)《貴州鋁廠工業(yè)用水標準》，以及氧化鋁廠各再生水用水點的實際情況，對再生水進行深度凈化處理的目的是降低再生水的懸浮物濃度（≤20mg/l）。經(jīng)多次考查、論證并結(jié)合本廠污水處理系統(tǒng)的特點，增加了四套高效纖維過濾器及配套設施，對再生水進行深度凈化處理。擴建改造后的污水處理系統(tǒng)流程見圖5。3.4開發(fā)利用再生水，提高循環(huán)利用率

從我廠廢水的排放特點來看，要使氧化鋁廢水實現(xiàn)“零排放”，必須消化大量生活污水和外單位排水，因此，大力開發(fā)再生水的使用極其關鍵。表2工業(yè)新水與再生水水水質(zhì)對比項目沉淀池進口沉淀池溢流清水池工業(yè)新水硬度（度）47.1818.657.7411.9PH值8.2998.7959.437.0NT（g/l）0.1130.1680.2380.07從表2看出，經(jīng)沉淀處理后的再生水，除含堿濃度略高外，硬度比工業(yè)新水還小，所以在某些對堿度要求不高的場所，完全可用再生水替代工業(yè)新水，這不僅可以節(jié)約工業(yè)新水用量，還能減緩管道和設備的結(jié)垢。經(jīng)大量反復試驗，主要從以下方面進行改造。

完善再生水輸送管道充分利用原有廢棄的工藝物料輸送管道，完善再生水輸送管網(wǎng)改造，形成全廠范圍內(nèi)的再生水樹狀輸水管網(wǎng)布局。安裝2臺再生水中間加壓管道泵。

普通場所的供水改造廁所、各車間地坪沖洗用水、清理車間洗車場沖洗工藝車用水等，全部改為用再生水代替。

再生水用于部分生產(chǎn)設備泵在氧化鋁工藝生產(chǎn)過程中扮演了極其重要的角色。據(jù)統(tǒng)計我廠僅泵的耗水量就達80～100m3/h，將所有泵的引水全部改用再生水代替工業(yè)新水。

再生水代替工業(yè)新水補水氧化鋁生產(chǎn)過程中，需要大量的堿，用含堿的再生水代替工業(yè)新水，不但節(jié)約工業(yè)新水，還可減少堿的損失，逐步降低再生水的含堿濃度（至少可在一定濃度范圍內(nèi)形成平衡點）。再生水代替工業(yè)新水補水有5種途徑：（1）用于全廠循環(huán)水池、燒成循環(huán)水池補水；（2）用于4#蒸發(fā)循環(huán)水補水；（3）各車間清洗槽、罐、刷車、沖洗濾布等均改用再生水；（4）用于石灰爐濕式電除塵清灰、石灰爐循環(huán)水池補水；（5）用于過濾真空泵循環(huán)水池補水，多品種車間熱水槽補水。

再生水用于洗滌氫氧化鋁由于洗滌氫氧化鋁的熱水，通常是用“新水+蒸汽”制作而成。經(jīng)過試驗改用蒸發(fā)壞水（因蒸發(fā)器串料等影響被污染而含堿的蒸汽冷凝水，水溫約為70℃）和真空泵使用后的再生水（水溫約為40℃），代替原來的新水，這不僅節(jié)約了工業(yè)新水，還充分利用了余熱。該項技術(shù)在國內(nèi)同行業(yè)中尚屬首創(chuàng)。其流程如圖6。此技術(shù)開發(fā)項目于1999年9月實施并運行，氧化鋁廠中心化驗室對再生水用于洗滌氫氧化鋁后的產(chǎn)品測定結(jié)果表明：用再生水洗滌氫氧化鋁成品后，氫氧化鋁含水率、附堿等各項指標均達到了規(guī)程要求。同年出廠綜合氧化鋁，二級以上品級率為100%，一級品率為99.13%，一級品率比1998年提高2.81%；2000年出廠綜合氧化鋁，二級以上品級率繼續(xù)保持100%，其中一級品率為99.91%，較1999年提高0.78%，且?guī)较礈鞖溲趸X附堿全年有7個月合格率為100%，年平均合格率為99.83%，創(chuàng)歷史最好水平?？梢娪迷偕礈鞖溲趸X對產(chǎn)品的質(zhì)量沒有任何影響。

3.5充分利用赤泥回水，實現(xiàn)真正意義的“零排放”

由于氧化鋁生產(chǎn)過程中排出的赤泥帶有一定數(shù)量的附著液，隨赤泥排至赤泥堆場的水量約為140m3/h,只有將赤泥的附著液全部回收利用，才能達到真正意義的“零排放”。經(jīng)過增設赤泥回水中間加壓及大力開發(fā)赤泥回水利用等技術(shù)改造項目的實施,使赤泥回水用量逐年增加,現(xiàn)回用量已達180～220m3/h,達到了完全回收赤泥附液的目的,不僅節(jié)約了大量新水,同時還可回收大量的堿和氧化鋁。4氧化鋁廢水“零排放”技術(shù)開發(fā)與研究項目運行效果污水處理效果：“氧化鋁廢水‘零排放’技術(shù)開發(fā)與研究”項目的實施，使氧化鋁廠污水處理系統(tǒng)能穩(wěn)定、連續(xù)、持久運行，經(jīng)深度凈化后，出水水質(zhì)懸浮物含量≤20mg/l，達到貴州鋁廠工業(yè)用水標準；廢水處理量及再生水回用量大幅增加，由1997年的140.04萬m3,增加到2001年的638.54萬m3。

節(jié)水減污效果明顯：2001年全年用工業(yè)新水量382.63萬m3,較1997年減少264.47萬m3，降低幅度為40.87%；1997年外排廢水量247.39萬m3，降為2000年底外排廢水實現(xiàn)“零排放”。

降低繳納污水排污費：由1997年的69萬元，降為2001年的0.0578萬元，降幅達99.92%。

降低環(huán)境污染賠償費：由1997年的32.10萬元，降為2001年的23.14萬元，降幅達27.91%。

各項環(huán)境指標大幅改善：污水排放量、單位產(chǎn)品耗水量等環(huán)保指標分別創(chuàng)歷史最好水平（見表3）。

2000年順利通過國家“一控雙達標”的驗收。表3氧化鋁廠19977-20011年主要環(huán)保保指標完成情情況指標名稱單位1997年1998年1999年2000年2001年新水用量萬m3647.1639.07480.67384.96382.63再生水用量萬m3140.04271.34429.67520638.54赤泥回水用量萬m3116.8122.61140156.68171.47污水排放量萬m3247.39183.3196.5431.221.3單位產(chǎn)品耗水量m3/T-AO17.2915.1810.328.017.5綜合效益分析：“氧化鋁廢水‘零排放’技術(shù)開發(fā)與研究”項目的實施，實現(xiàn)了廢水的“資源化”和真正意義上的廢水“零排放”，消除了對周圍河流的水體污染與破壞，減少了堿的流失、節(jié)約了工業(yè)新水用量、降低了氧化鋁生產(chǎn)成本，創(chuàng)造出良好的環(huán)境效益，同時也產(chǎn)生極高的社會與經(jīng)濟效益。

環(huán)境效益：

（1）減少向貓?zhí)恿饔蚺欧藕瑝A污水247萬m3/a、懸浮物897t/a、堿（折合Na2CO3）1463t/a；

（2）消除了氧化鋁廠含堿廢水對河流生態(tài)環(huán)境、農(nóng)田和飲用水源的污染和影響，有利于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及生態(tài)環(huán)境的保護和恢復。

（3）對保護長江上游水系和長江流域的生態(tài)環(huán)境具有重要價值和示范意義。

社會效益：

（1）有利于樹立企業(yè)良好形象，為企業(yè)可持續(xù)發(fā)展創(chuàng)造有利條件；

（2）有利于密切廠地關系及污染地域社會的安定團結(jié)；

（3）有利于改善周圍環(huán)境，支持地方經(jīng)濟的發(fā)展；

（4）為其他企業(yè)和同行提供了有益的經(jīng)驗和借鑒。

經(jīng)濟效益：

（1）減少繳納污水排污費：69萬元/年；減少環(huán)境污染賠償費：10萬元/年；

（2）回收廢水中的堿（折合Na2CO3）：1463t/年，節(jié)約費用：176萬元/年（Na2CO3按1200元/t計）；

（3）節(jié)約新水量247萬t/a，節(jié)約費用：126萬元/年；

（4）每噸廢水處理費用按0.30元計，則增加運行成本74萬元/年；

年經(jīng)濟效益為：69+10+176+126-74=307萬元/年。

（5）環(huán)保治理投資621萬元。

項目投資回收期：T=K/H

式中，T—投資回收期；

K—投資額；

H—投資項目年收益

T=621/307=2.02（年）。

項目投資利潤率：

投資利潤率=年利潤總額/項