氧化鋁行業(yè)水污染控制措施探討

張 凱，張瓊娜

(1.黃河水資源保護科學研究所，鄭州 450004；2.鄭州燃氣股份有限公司，鄭州 450006)

氧化鋁行業(yè)水污染控制措施探討

張 凱1，張瓊娜2

(1.黃河水資源保護科學研究所，鄭州 450004；2.鄭州燃氣股份有限公司，鄭州 450006)

根據(jù)氧化鋁行業(yè)生產(chǎn)用水及排污特點，結合某氧化鋁生產(chǎn)企業(yè)生產(chǎn)廢水的處理實踐，推薦采用逆向洗滌赤泥和氫氧化鋁，節(jié)約用水量；綜合利用赤泥洗液和含堿廢水；對生產(chǎn)用水設置循環(huán)水系統(tǒng)和二次利用水系統(tǒng)；設置生產(chǎn)廢水處理站，氧化鋁系統(tǒng)和熱電廠的生產(chǎn)系統(tǒng)排水、循環(huán)水系統(tǒng)的排污水，以及化驗等廢水全部排入生產(chǎn)廢水處理站處理，廢水經(jīng)處理后作為二次利用供水返回生產(chǎn)系統(tǒng)使用，通過綜合利用生產(chǎn)廢水，可以實現(xiàn)廠區(qū)廢水的零排放，節(jié)約資源的同時，提高清潔生產(chǎn)水平，避免對環(huán)境造成污染。

氧化鋁;廢水;水污染防治;零排放

1 前言

由于國內(nèi)鋁土礦資源的鋁硅比普遍偏低，因此在氧化鋁廠的生產(chǎn)過程中一般都需要使用大量的水，同時也產(chǎn)生了大量外排廢水。據(jù)有關資料統(tǒng)計，國內(nèi)大型氧化鋁廠日外排廢水可達4～6萬m3。氧化鋁生產(chǎn)廢水主要來源于現(xiàn)場的含堿廢液、生產(chǎn)設備冷卻水、工廠自備熱電廠的生產(chǎn)污水及其他附屬單位的生產(chǎn)排水。本文結合河南某年產(chǎn)80萬噸的氧化鋁生產(chǎn)企業(yè)的實際生產(chǎn)及水污染控制情況，對該行業(yè)廢水治理措施進行分析說明，對氧化鋁行業(yè)中拜爾法生產(chǎn)過程中的水污染產(chǎn)生、循環(huán)利用、二次利用、處理措施、清潔生產(chǎn)措施等問題進行了探討。

2 生產(chǎn)工藝及廢水產(chǎn)生環(huán)節(jié)

拜爾法是目前處理鋁土礦生產(chǎn)氧化鋁流程最短、最經(jīng)濟的方法，也是最主要的生產(chǎn)方法之一，特點是工藝簡單、流程短、能耗低、投資低、產(chǎn)品質量高，而且大氣污染物排放量小，是氧化鋁生產(chǎn)的最佳技術，屬于清潔生產(chǎn)工藝。

氧化鋁生產(chǎn)工藝用水主要為生料磨制、母液蒸發(fā)、脫硅、氧化鋁洗滌、赤泥洗滌，以及石灰爐CO2洗滌等工序。拜耳法生產(chǎn)氧化鋁，主要工藝是由溶出、分解與焙燒三個階段組成。氧化鋁生產(chǎn)過程中主要水污染物產(chǎn)生環(huán)節(jié)如下：1）氧化鋁系統(tǒng)主要用水單位為石灰制備、原礦漿磨制、溶出、預脫硅、赤泥分離洗滌、母液蒸發(fā)、氫氧化鋁過濾等工藝用水，水中主要含堿；2）煤氣站產(chǎn)生冷卻排水、酚油廢水；3）自備熱電站的凝汽機、空冷機、油冷機等冷卻水，主要污染物是pH、SS；化學水處理間樹脂再生（酸洗和堿洗）時產(chǎn)生的酸堿廢水；4）焙燒爐、空壓機、真空泵等設備間接冷卻水；5）選精礦濃密機溢流水含有礦漿、堿等污染物；6）各車間均有生活污水排出，污水中主要污染物為COD和懸浮物。

3 水污染防治措施

在氧化鋁生產(chǎn)過程中有一定的含堿廢水產(chǎn)生，其主要來源是各工藝生產(chǎn)車間設備和管道的“跑冒滴漏”及設備檢修、清理的洗滌水、軸封、冷卻水等。這部分水一般含堿,若能回收后繼續(xù)使用,不僅能降低生產(chǎn)中的堿耗,而且可充分節(jié)約水資源及提高工廠效益。氧化鋁生產(chǎn)企業(yè)廢水治理措施主要包括以下幾個方面的內(nèi)容：

（1）凈循環(huán)水系統(tǒng)

氧化鋁系統(tǒng)的溶出、熟料溶出、壓煮脫硅、分離洗滌、母液蒸發(fā)、燒成窯、焙燒爐、空壓機、真空泵等冷卻水,電廠凝汽機、空冷機、油冷機等冷卻水,這些均為設備間接冷卻水,除溫升變化外,基本不含有害物質,設置凈循環(huán)水系統(tǒng),冷卻水經(jīng)冷卻塔冷卻后循環(huán)利用。該企業(yè)凈循環(huán)水系統(tǒng)水量見表1。

表1 凈循環(huán)水系統(tǒng)水量統(tǒng)計

（2）氧化鋁生產(chǎn)循環(huán)水系統(tǒng)

氧化鋁生產(chǎn)系統(tǒng)的生產(chǎn)設備冷卻、溶出、控制過濾、赤泥沉降洗滌、過濾及輸送、精液降溫種子分解、氫氧化鋁過濾、母液蒸發(fā)、排鹽苛化等工序冷卻用水設置總循環(huán)水系統(tǒng)。由于循環(huán)水受工藝物料污染，含堿較高，對補充水的硬度自行進行了軟化。為改善循環(huán)水水質，保持循環(huán)水在一定的濃縮倍數(shù)下運行，對10%的循環(huán)水進行分流澄清處理，保證循環(huán)水懸浮物含量符合循環(huán)水的水質標準。生產(chǎn)循環(huán)水系統(tǒng)水量見表2。

表2 氧化鋁生產(chǎn)循環(huán)水系統(tǒng)水量統(tǒng)計

（3）選礦濁循環(huán)水系統(tǒng)

選礦車間鋁土礦選礦浮選工藝用水中主要含懸浮物及選礦藥劑，設置選礦濃密機溢流水循環(huán)系統(tǒng)，回收的溢流水進入回水池，返回流程循環(huán)使用的循環(huán)水量為3.4萬m3/d。

（4）煤氣站循環(huán)水系統(tǒng)

煤氣洗滌水中含有酚、氰、硫化物等多種污染物，設立單獨的循環(huán)水系統(tǒng)。循環(huán)水系統(tǒng)包括沉淀池、循環(huán)水泵房和水冷卻裝置。雙豎管冷卻器及煤氣洗滌塔的洗滌水進入隔油沉淀池，在沉淀池中定期投入硫酸鋁等絮凝劑，洗滌水經(jīng)除油、沉渣后再依次進入熱水池、冷卻塔、冷水池循環(huán)使用。該循環(huán)水系統(tǒng)虧水運行，不外排廢水。為改善循環(huán)水水質，該系統(tǒng)設有旁流20%循環(huán)水的處理設施，即污水先經(jīng)沉淀池除去泥沙，再經(jīng)除油后80%送冷卻塔降溫后循環(huán)使用，另外20%水量用次氯酸鈉氧化作深度旁流處理，處理后仍返回循環(huán)水系統(tǒng)使用。

（5）設置生產(chǎn)廢水處理站

目前國內(nèi)各氧化鋁廠均設有生產(chǎn)廢水集中處理的工業(yè)廢水處理站,一般采用混凝沉淀法進行處理。各生產(chǎn)系統(tǒng)的生產(chǎn)排水經(jīng)匯集后進入廢水處理站，經(jīng)加藥、沉淀去除廢水中的懸浮物、泥沙和油。

氧化鋁系統(tǒng)和熱電廠的生產(chǎn)系統(tǒng)排水、循環(huán)水系統(tǒng)的排污水，以及化驗等排水排入生產(chǎn)廢水處理站處理（各系統(tǒng)排水量見表3）。各系統(tǒng)生產(chǎn)排水經(jīng)全廠排水管網(wǎng)匯入總管，然后排入工業(yè)廢水處理站，廢水經(jīng)沉淀池、平流沉淀池去除懸浮物后作為二次利用供水返回生產(chǎn)系統(tǒng)使用，沉淀池下部的污泥輸送至赤泥堆場堆存。廢水處理站處理系統(tǒng)SS去除率為97%～98%，COD去除率為60%，凈化后水中SS＜50mg/L。生產(chǎn)廢水處理站處理前后水質見表4。

表3 各系統(tǒng)生產(chǎn)排水情況

表4 生產(chǎn)廢水處理站進、出水水質

（6）二次利用水系統(tǒng)

氧化鋁系統(tǒng)設二次利用水系統(tǒng)，溶出、種母精濾及脫硅、精液降溫種子分解、母液蒸發(fā)、氫氧化鋁過濾等工序的生產(chǎn)排水；各循環(huán)水系統(tǒng)排污水；原料堆場排水、化驗室及分析站排水等排入二次利用水系統(tǒng)，作為原料堆場噴灑、原料磨制、赤泥沉降分離洗滌和赤泥過濾及輸送、精液降溫種子分解等工序的生產(chǎn)用水使用。

生產(chǎn)廢水處理站的凈化水中SS＜50mg/L，可滿足氧化鋁工藝系統(tǒng)和熱電廠中某些工序對懸浮物的要求，凈化后的水可用于原燃料卸車及堆場噴淋用水；原礦漿磨制、赤泥沉降分離洗滌和過濾輸送；精液降溫種子分解等氧化鋁工藝系統(tǒng)用水。凈化水中含堿，水質自行軟化，無需添加水質穩(wěn)定劑可直接返回工藝系統(tǒng)使用。

熱電廠設二次利用水系統(tǒng)，將熱電廠的風機、水泵、夏季空調(diào)等設備冷卻水直接排入熱電廠循環(huán)水系統(tǒng)，作為補充水；熱電廠的循環(huán)水系統(tǒng)的排污水、鍋爐定期和不定期的排污水、化學水處理系統(tǒng)反沖洗酸或堿廢水作為灰渣輸送用水。冷卻水系統(tǒng)直排水部分作為廠區(qū)綠化、道路噴灑等用水。該廠的生產(chǎn)廢水全部得到綜合利用，不外排。

該廠二次利用水使用情況見表5。

表5 二次利用水系統(tǒng)情況

（7）堿液、堿水的綜合利用

對產(chǎn)生含堿水的車間的跑、冒、滴、漏的工藝物料以及地坪、設備沖洗水，均由專門設置的污水泵站送原礦漿磨制工序回收利用。對于氧化鋁工藝過程產(chǎn)生的含堿水、母液、硅渣及其附液、赤泥洗液和赤泥堆場返回的附液也送原料磨制工序綜合利用。

（8）赤泥逆向洗滌，減少用水量

赤泥是氧化鋁生產(chǎn)過程中提取氧化鋁后的固體廢物，其中的含堿液為可回收堿液。可減少用水量，采取逆向洗滌赤泥，洗滌后的溶液作為工藝回水用于配料。這樣可控制用水量，避免工藝回水飽和造成含堿廢水排放。

（9）化學水處理系統(tǒng)廢水酸堿中和處理

熱電廠化學水處理的廢水排入一個有效容積為4×420（m3）的中和池，同時配備有壓縮空氣攪拌系統(tǒng)，離子交換器排出的廢水、廢堿均排入池內(nèi)，當池內(nèi)液位達到一定高度時，采用壓縮空氣攪拌，同時啟動廢液泵進行循環(huán)攪拌。在中和池的出口處設有pH表，當pH值達到6～9時，停止攪拌。通過廢液泵直接排入生產(chǎn)排水管網(wǎng)。如pH值不合格時則開啟酸堿槽底部閥門，向中和池內(nèi)加入濃酸、濃堿，繼續(xù)攪拌直至pH值合格后方可排出。

（10）生活污水處理站

生活污水采用一元化污水處理設備處理，其處理能力達到240m3/d。該設備由豎流式斜管沉淀池，一、二級接觸氧化、二沉池、消毒池、快濾池組合為一整體，污泥排入赤泥堆場，處理前后的水質情況見表6。污水處理站BOD凈化效率大于80%，治理后的出水BOD濃度小于30mg/L。處理后的生活廢水送生產(chǎn)廢水處理設施二次處理后作為氧化鋁生產(chǎn)補充水。

表6 生活污水處理站處理前后排水水質

（11）酚油廢水焚燒處理

煤氣站循環(huán)水系統(tǒng)收集的酚油廢水中含有大量的酚類等有機污染物，其產(chǎn)生量為28.8m3/d，可送入煤氣廠配套的酚油廢水焚燒爐焚燒。

4 清潔生產(chǎn)水平

工程設置完善的循環(huán)水系統(tǒng)和污水回收、串級使用系統(tǒng)，同時合理提高循環(huán)水濃縮倍率，減少循環(huán)水排污量；循環(huán)水系統(tǒng)的排污水及工業(yè)排水全部綜合利用，重復利用水率達95.8%。既防止了有害廢水的排放，又節(jié)約了新水，實現(xiàn)了生產(chǎn)廢水零排放。

經(jīng)采取上述措施后，該廠氧化鋁新水耗量為11.94t／t-Al2O3，用水指標處于國內(nèi)先進水平。只有控制了氧化鋁生產(chǎn)的新水用量，才能減少生產(chǎn)流程中污水量，從而減少進入工業(yè)廢水處理站的水量，使得工業(yè)用水做到了良性循環(huán)，為實現(xiàn)生產(chǎn)廢水零排放提供有利的保障。

5 結論

氧化鋁工業(yè)廢水以堿污染為主，對生產(chǎn)廢水設置循環(huán)水系統(tǒng)，各種小型、分散設備間接冷卻排水均作為凈循環(huán)水系統(tǒng)的補充水，循環(huán)水系統(tǒng)的排污水排入污水處理廠處理，處理后的水用于拜爾法種子分解中間降溫和熱電廠鍋爐沖渣、除塵，實現(xiàn)了氧化鋁工業(yè)生產(chǎn)廢水的零排放。因此，采用上述廢水處理方法及清潔生產(chǎn)方案，可以使氧化鋁工業(yè)生產(chǎn)的工業(yè)用水和排水實現(xiàn)封閉循環(huán)，實現(xiàn)廢水零排放，避免堿的流失和污染，基本解決了氧化鋁行業(yè)的水環(huán)境污染問題，其治理技術和管理經(jīng)驗值得借鑒和推廣。

[1]劉可鑫, 保積慶, 肖連生. 電滲析法處理氧化鋁廠工業(yè)廢水[J]. 安全與環(huán)境學報. 2002（4）.

[2]劉爾強. 淺談氧化鋁工業(yè)廢水污染防治對策[J]. 輕金屬, 2002（2）.

[3]甘國耀. 氧化鋁生產(chǎn)廢水的綜合利用[J]. 輕金屬,1998（7）.

Discussion on Water Pollution Control Measures in Aluminum Oxide Industry

ZHANG Kai1, ZHANG Qiong-na2
(1. Huanghe Institute of Water Resource Conservation and Sciences, Zhengzhou 450004; 2. Zhengzhou Combustion Gas Co., Ltd, Zhengzhou 450006, China)

In accordance with the characteristics of water use and pollution discharge from aluminum oxide industry production and combination of treatment practice of waste water produced from a certain of aluminum oxide production enterprise,the paper introduces to adopt red mud of conversing lavation and hydrogen alumina so as to save water; and to use red mud lotion comprehensively and waste water consisting alkali; to establish recycling water system and water system of the secondary utilization for production use; to set up treatment station of production waste water, water discharge of production system,sewage water discharge of recycling water system from aluminum oxide system and power plant. The waste waters treated as secondary utilization for water supply return to production system for utilization. Through the comprehensive utilization of production waste water, zero discharge of waste water in the plant can be realized. The level of cleaner production can be raised and pollution can be avoided while resources are saved.

aluminum oxide; waste water; control and prevention of water pollution; zero discharge

X703

A

1006-5377（2010）05-0052-04