赤泥堆場回水處理方案的試驗研究

王勝安

(貴陽鋁鎂設計研究院有限公司,貴州 貴陽 550081)

赤泥堆場均設置有回水系統[1]來收集堆場匯水區域內的降雨,回水系統主要包括排水井(或斜槽)、排水管(或隧洞)、回水池、回水泵等設施。由于赤泥成份中含有Na2O[2],雨水經過赤泥面時不可避免的因洗滌赤泥表層而帶堿,故從堆場內出來的回水全部為含堿污水,正常情況下需返回氧化鋁廠工藝流程使用,不能直接外排。

目前,我國大多數赤泥堆場配套的回水池均較小,容積從幾千到一兩萬方不等(少數氧化鋁廠已建成容積達數十萬方的回水池),但赤泥堆場一次降雨的雨水可達四五十萬方,加上氧化鋁廠回水能力不足(根據氧化鋁廠產能不同而回水不同,一般為100～800 m3/h),導致降雨不能及時排出赤泥堆場,堆場經常不得已成為存水庫,嚴重影響赤泥堆場的安全[3],存在潰壩、漫壩、泄漏等安全環保風險。近年來國內赤泥堆場泄漏事件時有發生,隨著國家對赤泥堆場安全、環保監管力度的不斷加大,針對赤泥堆場回水的妥善處理工作顯得尤為迫切和重要。

赤泥堆場回水中主要超標的污染物指標為pH、COD(化學需氧量)、懸浮物等,部分地區可能存在色度、硫化物、氨氮、揮發酚等超標的現象。

針對南方某氧化鋁廠工程實際情況,企業同時運行的有濕法、干法兩個赤泥堆場,運行過程中將會產生濕法赤泥庫滲濾液(源自濕法赤泥庫)、壓實濾餅干赤泥淋洗液(源自干法赤泥堆場內干赤泥已壓實區域)、未壓實濾餅干赤泥淋洗液(源自干法赤泥堆場內干赤泥未壓實區域)三種水體。根據干法赤泥堆場的生產運行實際和設計要求,濾餅干赤泥為分區堆存,壓實濾餅干赤泥區域面積約為70%,未壓實濾餅干赤泥區域面積約為30%。另外,干法、濕法赤泥堆場回水均可通過回水管輸送至同一回水池進行混合,兩者回水量可通過管道閥門控制,本次試驗就是在上述工程實際的基礎上進行的。

為解決上述水體中污染物指標超標問題,結合該企業生產實際的情況,本次對三種淋洗液進行水處理試驗,通過不同的水體、混合液組合及試驗方案,尋求滿足《污水綜合排放標準》、《鋁工業污染物排放標準》等國家相關標準、規范要求的處理方法,為后續工程設計提供技術支撐。

1 試驗水體水質分析

本次試驗三種水體分別為:

(1)濕法赤泥庫滲濾液:該水體為現有濕法庫收集至回水池內的滲濾液;

(2)壓實濾餅干赤泥淋洗液:該水體為壓實的濾餅干赤泥，按項目所在地多年平均的最大1小時降雨量均值淋洗0.5小時取得;

(3)未壓實濾餅干赤泥淋洗液:該水體為未壓實的濾餅干赤泥，按項目所在地多年平均的最大1小時降雨量均值淋洗0.5小時取得。

三種試驗水體水質分析結果詳見表1。

表1 試驗水體水質分析結果表

根據上述表1中的水質分析結果可知,赤泥堆場回水的主要污染物指標為pH、COD、懸浮物,本次試驗亦主要針對上述三項指標進行處理方案研究。

2 回水處理試驗

為得到高效、低成本的赤泥堆場回水處理方案,本次根據三種水體的不同水質情況,進行了三類試驗研究,實驗處理方法及實驗試劑量參照已有工程經驗,實驗室試驗的主要內容如下:

(1)單獨處理每種水體的試驗;

(2)壓實與未壓實濾餅干赤泥淋洗液混合液的試驗;

(3)三種水體混合液的試驗。

2.1 單獨處理每種水體的試驗

2.1.1 濕法赤泥庫滲濾液的處理試驗

針對濕法赤泥庫滲濾液pH、COD值偏高的特點,本次試驗采用的處理方法為:滲濾液-加酸調節pH值(逐漸將滲濾液pH值調至4左右)-芬頓反應-加堿液調節pH值(pH值調節至7～9)-加助凝劑混凝沉淀-重復上述過程至COD達標。

采用上述方法能有效去除水體中的 COD、色度,但泥水分離困難,需要重復芬頓氧化反應次數高達5次,混凝沉降時間很長,污泥量很多。

圖1 濕法赤泥庫滲濾液的處理試驗照片

2.1.2 壓實濾餅干赤泥淋洗液的處理試驗

壓實濾餅干赤泥淋洗液各項指標均較低,但懸浮物值較高,超出相關排放標準。本次試驗采用的處理方法為:壓實濾餅干赤泥淋洗液(100 mL)-加入硫酸(0.025 mL)-加0.1%助凝劑混凝沉淀(0.5 mL)。

圖2 壓實濾餅干赤泥淋洗液的處理試驗照片

采用上述方法處理壓實濾餅干赤泥淋洗液的時沉淀效果較好,色度脫除和懸浮物去除效果較好,COD 的去除基本沒有效果,而且是呈上升的趨勢。

2.1.3 未壓實濾餅干赤泥淋洗液的處理試驗

未壓實濾餅干赤泥淋洗液各項指標均較低,但pH、懸浮物值均很高,超出相關排放標準。本次試驗采用的處理方法為:未壓實濾餅干赤泥淋洗液(100 mL)-加入硫酸(0.05 mL)-加0.1%助凝劑混凝沉淀(0.5 mL)。

圖3 未壓實濾餅干赤泥淋洗液的處理試驗照片

采用上述方法處理未壓實濾餅干赤泥淋洗液,沉淀效果較好,色度脫除和懸浮物去除效果較好,COD 的去除有一定的效果,總體呈下降的趨勢,達到鋁工業污染物排放標準(GB25465-2010)中表2標準限值。

2.2 壓實與未壓實濾餅干赤泥淋洗液混合液的試驗

根據工程實際,干法赤泥堆場內壓實干赤泥濾餅堆存區域與未壓實干赤泥濾餅堆存區域比例約為7∶3,初步估計壓實赤泥液和未壓實赤泥液水量比例為7∶3,故本次試驗按照7∶3的比例形成壓實與未壓實濾餅干赤泥淋洗液混合液。試驗采用的處理方法為:混合液(100 mL)-加入硫酸(0.03 mL)-加0.1%助凝劑混凝沉淀(0.5 mL)。

圖4 壓實與未壓實濾餅干赤泥淋洗液混合液的處理試驗照片

本次處理壓實赤泥液∶未壓實赤泥液=7∶3的混合液時,沉淀效果較好,COD、色度脫除和懸浮物去除效果較好,能夠達到要求。

2.3 三種水體混合液的試驗

根據赤泥堆場的運行實際及上述試驗結果,盡量降低水處理運行成本,考慮將三種回水水體進行統一處理外排。

針對混合液(壓實赤泥液∶未壓實赤泥液=7∶3)和濕法庫滲濾液進行不同比例的二次混合液試驗分析,初步擬定體積比例為2∶1、3:1的兩種二次混合液進行試驗分析。根據相關經驗,本次采用下述三種方法進行試驗分析,詳見表2。

表2 混合液試驗方法統計表

按照上述試驗方法進行試驗,各階段主要指標pH、COD的參數變化詳見表3。

表3 混合液試驗階段主要指標變化統計表

圖5 三種不同試驗方法處理后的試驗照片

通過上述試驗分析結果可知,通過二次高級氧化后,試驗① 達不到COD≤60 mg/L的要求;試驗② 可以達到COD≤60 mg/L的要求,且在一次和二次高級氧化是均不需要調節pH,也沒有沉淀產生,工藝流程短,不產生污泥;試驗③ 基本達到COD≤60 mg/L的要求,但試驗③ 的處理工藝流程較長,在芬頓后會產生大量的污泥。

3 結 論

本次通過對赤泥堆場回水進行實驗室處理試驗,對不同的水體及混合液采用不同的試驗方法的處理試驗分析,使處理后的水體能滿足相關國家規范的排放要求。由試驗可知,單獨處理濕法赤泥庫滲濾液時藥劑成本高,混凝沉淀和去除 COD的效果不好,泥水難以分離;單獨處理壓實赤泥液或未壓實赤泥液時,沉淀效果較好,色度脫除和懸浮物去除效果較好,COD 的去除效果一般:壓實赤泥液處理后是呈上升的趨勢,未壓實赤泥液處理后是呈下降的趨勢;處理按壓實赤泥液∶未壓實赤泥液=7∶3比例混合的混合液時,沉淀效果較好,COD、色度脫除和懸浮物去除效果好,能夠達到要求;處理混合液(壓實赤泥液∶未壓實赤泥液=7∶3)和濕法庫滲濾液進行不同比例的二次混合液時,試驗① 處理后的水體COD達不到排放要求,試驗②、試驗③ 處理后水體均可以達到排放要求,但二次混合液比例為 3∶1 時處理后出水的 COD 更低,且與各堆場滲濾液的水量平衡。

針對本赤泥堆場回水的實際情況,結合實驗室試驗結果,綜合考慮占地、處理效果、污泥處理、能耗、藥劑成本等因素,建議本工程設計中采用“混合液(壓實赤泥液∶未壓實赤泥液=7∶3)和濕法庫滲濾液比例為3∶1的二次混合液+酸調節pH+混凝沉淀過濾+二次高級氧化”工藝可以達到很好的赤泥堆場回水處理效果。

本次赤泥堆場回水處理方案的試驗研究為實現赤泥堆場回水處理后達標排放提供了可靠的技術支持,能有效解決了赤泥堆場內存水嚴重、氧化鋁廠區回水困難的實際問題,有利于實現赤泥堆場真正的干法堆存,對保障赤泥堆場的安全、環保具有重要的意義。