含鋁廢液處理工程改造案例

楊 敏，丁家驤

(1.上海電站輔機廠有限公司，上海 200090；2.亞翔系統集成科技(蘇州)股份有限公司，江蘇 蘇州 215126)

0 引言

某有色金屬產品回收及資源再生廠在貴金屬回收過程中去除貴金屬后產生酸性含鋁廢液。此廢液是在汽車尾氣三元催化劑之鈀回收的生成流程中產生，即使用王水(HCl和HNO3的混合液)將催化劑載體氧化鋁及貴金屬溶解。由于此酸性廢液含金屬污染物難以外委處理，因此配套建設了廢液中和處理系統以滿足達標排放或委外處理的要求。含鋁廢液在中和處理過程中，高濃度的鋁離子(Al3+)以氫氧化鋁(Al(OH)3)析出，生成的Al(OH)3污泥呈粘糊狀，使得處理過程中設備的正常運行及污泥的脫水處理非常困難，反應方程式如下：

(1)

雖然在很多含鋁廢液及廢水處理中，鋁以污染物的形式存在，但所含的鋁離子濃度差異較大，處理工藝及效果也因此而異。耿春香等[1]研究了化學沉淀法處理含鋁有機酸廢水，以絲鈉鋁石為產物，通過對反應條件進行分析及優化，使得廢水中鋁的去除率達到96%以上。曾睿等[2]在酸性含鋁廢水處理的改造工程中，廢水的Al3+濃度為1200～1600mg/L，采用廂式壓濾機壓濾及回流等措施，改善了污泥的沉淀效果且出水得以達標排放。徐鵬等[3]研究了通過化學沉淀法對某電容器的高濃度含鋁酸性廢水中鋁的回收，廢水的Al3+濃度為5.4g/L，結果表明pH=6時是較好的化學法回收鋁的基本條件，即得到Al(OH)3固體重量最大且固體過濾阻力較低。朱龍等[4]研究了利用含鋁廢水合成銨明礬，廢水的Al3+濃度為20.95g/L，試驗結果實現了無廢水排放且得到了純度為99.7%的硫酸銨，取得了明顯的經濟效益。于慧生[5]在含鋁廢液精制法中指出，廢水的Al3+濃度為1820mg/L，懸浮固體濃度為1.4g/L，調節pH=2.5后在空氣中暴露一段時間，形成Al(OH)3和Fe(OH)3可通過0.25μ的微孔膜過濾，出水的懸浮固體濃度為28～30mg/L，但Al3+濃度為1710mg/L。

本次工程改造目的在于找到影響處理系統正常運行的原因，防止水中過量的鋁離子污染環境，因此，需要有效處理含鋁廢液以滿足工廠環保排放的要求。

1 項目概況

1.1 設計進、出水質

此含鋁廢液為王水溶解鋁和鐵的強酸性液體，廢液的主要污染物指標及處理后的排放標準見表1。

表1 含鋁廢液水質及排放標準

1.2 現有工程處理工藝流程

含鋁廢液由泵輸送至一級反應槽，在一級反應槽中加入NaOH溶液調節pH至5～6，隨后含鋁廢液自流至二級反應槽，在二級反應槽中加入NaOH溶液調節至7～8，此時形成凝膠狀污泥。凝膠狀污泥自流至中間儲槽后，由泵輸送至板框脫水機脫水。混合物經板框機脫水后，泥餅委外處理，濾液收集至儲槽后定期委外。具體工藝流程詳見圖1。

圖1 現有含鋁廢液處理工藝流程圖

1.3 存在的問題

(1)一級反應槽攪拌機轉動受阻礙

廢液中高濃度的Al3+在中和反應過程中，形成的Al(OH)3粘度較高，阻力較大，使得攪拌機正常轉動非常困難。同時，中和后的含鋁廢液在各反應設施中的流動性較差，整個處理工藝難以正常運行。

(2)污泥脫水采用板框壓濾機，污泥脫水效果差

廢液中和后形成的污泥呈膠凝狀，即高濃度的Al3+以Al(OH)3析出所生成的污泥呈粘糊狀，其過濾性能極差，使得板框脫水機極易被此污泥嚴重堵塞，濾布拆洗費時且清洗后恢復效果極差。于慧生[6]在含磷的鋁系泥漿的處理方法中，也指出多余的鋁以Al(OH)3析出，使生成的泥漿沉降性能和過濾性能變壞，至使泥漿的處理非常困難。

因此，本項目通過試驗分析，對現有處理系統的運行參數進行確認，并以試驗的數據為依據，對其處理工藝進行優化和改進。主要試驗內容如下：

(1)考察在中和過程中，不同pH值對于廢液粘度的影響，以確定其對處理設施的穩定運行的影響，從而優化處理工藝流程。

(2)模擬與離心式脫水機分離因數相同的情況下，觀察污泥的分離狀況，判斷此污泥是否可以用離心式脫水機進行污泥脫水處理，為解決現有污泥脫水問題提供依據。

2 運行條件優化的研究

2.1 pH值對含鋁廢液粘度的影響

在含鋁廢液(Al3+：40g/L)中加入NaOH調節pH值，在不同pH值條件下測定混合液粘度，粘度變化值見圖2。

圖2 不同pH值時含鋁廢液粘度值

如圖2所示，此含鋁廢液在中和過程中，pH值達到3.9時，其粘度達到了最大值。隨著pH值升高，粘度值逐漸減低。因此，在對酸性含鋁廢液進行中和反應的過程中，廢液的pH值逐漸上升，在pH值未達到7～8時，廢液的粘度達到最大值，這極大影響了反應槽攪拌器的轉動。從反應原理上看，廢水中的Al3+先與OH-反應生成Al(OH)3沉淀，見式(1)。隨著OH-濃度的增加，Al(OH)3與OH-反應生成偏鋁酸鹽，偏鋁酸鹽具有可溶性，因此粘度逐漸得到緩解，反應方程式如下：

(2)

2.2 離心脫水機對污泥的離心分離的效果

含鋁廢液(Al3+:40g/L)調節至pH=7時，產生的污泥含固量為100～300g/L。考慮到中和后形成的混合物流動性極差，不利于系統的正常運行，因此在模擬離心分離的試驗中，對膠凝狀的污泥混合液做了稀釋，測得污泥混合液的粘度為47mPa.s。污泥混合液樣品經過充分攪拌均勻后，在離心機分離因數G設定為2000～2500且運行30s的條件下，分離后將固體及液體分開結果見圖3。

圖3 分離后的污泥固體及上清液

如圖3所示，污泥混合液在此分離因數條件下，其固液相可得以完全分離，并且得到較澄清的分離液。由于實際的離心式脫水機的分離因數G為2500～3000，高于實驗室模擬的分離因數，因此離心式脫水機可用于分離此Al(OH)3污泥。

由于污泥固體為凝膠狀，易于結合水形成懸浮液，原污泥混合液靜置20h后，才能產生上清液。污泥混合液經離心機離心分離后，雖可得到固液分離，但凝膠狀污泥固體容易再與分離液混合，從而影響分離液水質。向中性污泥混合液中分別加入適量的濃度為1‰的陽離子PAM及陰離子PAM藥液，攪拌5min后靜置1min，其污泥混合液狀態見圖4。

如圖4所示，污泥混合液加入PAM后，均形成了絮凝體，并與液相分離開來。其中，加入陽離子PAM后有明顯的效果，加藥攪拌十幾秒后即形成團狀的污泥絮凝體，結合緊密，泥水界面清晰，分離的液相中有極少量的浮泥。而加入陰離子PAM后，形成的污泥絮凝體顆粒較小，泥水界面不清晰。因此，加入陽離子PAM可以使得污泥固體容易與液相分離，有利于離心分離。

圖4 加入PAM后的污泥混合液狀態

3 改造措施及運行效果

3.1 調整中和反應流程

改造之后工藝流程見圖5。

如圖5所示，含鋁廢液送至廢液儲罐進行儲存。NaOH溶液由泵輸送至一級反應槽，在一級反應槽中加入含鋁廢液調節pH至9～10，隨后NaOH溶液自流至二級反應槽，在二級反應槽中加入含鋁廢液調節pH至7～8，此時形成凝膠狀污泥。凝膠狀污泥自流至中間儲槽后，由泵輸送至離心脫水機脫水。混合物經離心機脫水后，泥餅委外處理，濾液收集至儲槽后定期委外。

圖5 改造后含鋁廢液處理工藝流程圖

其中，考慮到含鋁廢液鋁離子濃度可能存在的變化，一級反應槽增設自來水管，用以緩解中和反應時產生的高粘度混合液。

3.2 板框脫水機變更為臥螺式離心脫水機

采用臥螺式離心脫水機進行中和后污泥混合液的脫水，并在污泥中加入陽離子PAM，分離后的污泥固體形成明顯的團狀，得到較為清澈的分離液，從而得到較高的污泥固體回收率。

4 結論

(1)調整含鋁廢液的中和反應流程，調節pH值由9～10降至7～8，可以有效避免污泥混合液達到粘度的極大值，使處理設施得以正常運行。

(2)此含鋁廢液經中和處理，在pH=6～7條件下所形成的污泥，可采用離心式污泥脫水機進行脫水，并且污泥混合液加入陽離子PAM后固液分離效果較好，可得到較清澈的分離液。

綜上所述，該廢液處理站結合了生產實際及含鋁廢液特點，通過采取相應措施對運行條件進行優化，提高了處理系統的運行穩定性，保證了系統處理能力及效果，使得廢液中和后得以妥善委外處置。