氧化鋁廢水“零排放”探討
摘要：經(jīng)過2年多的開發(fā) 應(yīng)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(jìn)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(hù)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(yuǎn)的 歷史 意義,。本文著重對氧化鋁廢水“零排放”的實施進(jìn)行了闡述,。
關(guān)鍵詞：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(shè)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(dá)標(biāo)”(即所有 企業(yè) 污染物的排放必須在2000年底實現(xiàn)達(dá)標(biāo)排放)的目標(biāo),，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(shè)備等),、設(shè)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(shè)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(dá)8～12),。
| 年 度 | 1990 | 1991 | 1992 | 1993 | 1994 | 1995 | 1996 | 1997 |
| 廢水排放量 / 萬m3 | 501.21 | 433.65 | 421.65 | 445.69 | 316.05 | 335.58 | 319.74 | 247.39 |
| 堿流失量 / t | 14543 | 4117 | 4106 | 3222 | 3061 | 2931 | 2754 | 2440 |
| 懸浮物排放量 / t | 2506 | 2168 | 2108 | 2228 | 1580 | 1896 | 1640 | 898 |
3 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(shè)計思路為：(1)治理污染源，對重點車間設(shè)備進(jìn)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(shè)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(shè)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(biāo)準(zhǔn)》,，采用 經(jīng)濟 實用的 方法 進(jìn)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(jìn)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(shè)備維護(hù),，對重點車間進(jìn)行防跑堿設(shè)施改造,，是降低外排廢水含堿濃度的關(guān)鍵。首先在工藝上采用新工藝,、新技術(shù)(如水泵采用先進(jìn)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(shè)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(shè)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(fēng)機,、煤磨、格子磨、管磨,、溶出磨等設(shè)備冷卻水,，原設(shè)計均用工業(yè)新水冷卻后直接排放(排水量100～200 m3/h)。為減少廢水排放量,，進(jìn)行相應(yīng)的改造,。
3.2.1窯磨循環(huán)水系統(tǒng)的改造
針對燒成車間煤磨、排風(fēng)機,、燒成窯托輪以及熟料溶出磨,、配料格子磨、管磨等設(shè)備相對集中的特點,，將這些設(shè)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(shè)和經(jīng)濟運行,。
3.2.2焙燒窯托輪,、風(fēng)機冷卻水改造
焙燒車間焙燒窯托輪、風(fēng)機冷卻水耗水量約40～80 m3/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(fēng)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(chǔ),。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(yuǎn)遠(yuǎn)大于循環(huán)水的補水量,，加之原設(shè)計中只有一個平流沉淀池，當(dāng)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(jìn)行了完善改造,。
3.3.1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=500 m3/h)遠(yuǎn)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(fù)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=5.03×10-3 m/s;
弗勞德數(shù)Fr=v 2/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(shè)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80 m3/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1000 m3/h,。
3.3.2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?zhǔn)綑C械格柵,，避免了較大的漂浮物進(jìn)入污水源泵和平流沉淀池,，如圖3。
3.3.3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(guān)鍵,。原設(shè)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(300 m3/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(shè)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(shè)備投資,、管理和運行維護(hù)費用,，達(dá)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。
3.3.4增設(shè)沉砂池及配套設(shè)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(shè)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。
3.3.5氧化鋁廢水的深度凈化 要使氧化鋁廢水達(dá)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(biāo)準(zhǔn)》,，以及氧化鋁廠各再生水用水點的實際情況，對再生水進(jìn)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(shè)施，對再生水進(jìn)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(guān)鍵,。
| 項目 | 沉淀池進(jìn)口 | 沉淀池溢流 | 清水池 | 工業(yè)新水 |
| 硬度（度） | 47.18 | 18.65 | 7.74 | 11.9 |
| PH值 | 8.299 | 8.795 | 9.43 | 7.0 |
| NT（g/l） | 0.113 | 0.168 | 0.238 | 0.07 |
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(shè)備的結(jié)垢,。經(jīng)大量反復(fù)試驗,，主要從以下方面進(jìn)行改造。
3.4.1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,。
3.4.2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,。
3.4.3再生水用于部分生產(chǎn)設(shè)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(dá)80～100 m3/h,，將所有泵的引水全部改用再生水代替工業(yè)新水,。
3.4.4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,。
3.4.5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(biāo)均達(dá)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(dá)到真正意義的“零排放”,。經(jīng)過增設(shè)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(dá)180～220m3/h,達(dá)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(dá)到貴州鋁廠 工業(yè) 用水標(biāo)準(zhǔn);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(dá)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(dá)27.91%,。
各項環(huán)境指標(biāo)大幅改善：污水排放量,、單位產(chǎn)品耗水量等環(huán)保指標(biāo)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(dá)標(biāo)”的驗收,。
| 指標(biāo)名稱 | 單位 | 1997年 | 1998年 | 1999年 | 2000年 | 2001年 |
| 新水用量 | 萬m3 | 647.1 | 639.07 | 480.67 | 384.96 | 382.63 |
| 再生水用量 | 萬m3 | 140.04 | 271.34 | 429.67 | 520 | 638.54 |
| 赤泥回水用量 | 萬m3 | 116.8 | 122.61 | 140 | 156.68 | 171.47 |
| 污水排放量 | 萬m3 | 247.39 | 183.31 | 96.54 | 31.22 | 1.3 |
| 單位產(chǎn)品耗水量 | m3/T-AO | 17.29 | 15.18 | 10.32 | 8.01 | 7.5 |
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(hù)和恢復(fù),。
(3)對保護(hù)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(guān)系及污染地域社會的安定團(tuán)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/項目總投資×100%=307/621×100%=49.44%,。
5 結(jié)論
氧化鋁廢水“零排放”項目的實施具有以下特點：
(1)對氧化鋁廢水實行綜合治理,，分類處置，有創(chuàng)新地進(jìn)行“零排放”治理研究,，做到了真正意義的廢水“零排放”,，滿足了“零排放”平衡條件：總排口外排廢水量≤0;
送赤泥大壩赤泥附液量≤赤泥附液回用量(赤泥回水量)。
(2)把廢水治理與氧化鋁生產(chǎn)工藝有機地結(jié)合起來,，做到了抓源治本,、有的放矢、分類治理,、綜合處置,。并采用新工藝、新技術(shù),，大膽創(chuàng)新,，經(jīng)濟合理，流程簡單實用,。
(3)根據(jù)再生水用戶對水質(zhì)的不同要求,，選擇合理的污水處理工藝(沉淀—過濾)，實現(xiàn)了廢水的經(jīng)濟處理和經(jīng)濟運行,。
(4)對重要設(shè)備,、關(guān)鍵工藝等用水點采用了雙水源供水，即再生水與工業(yè)新水互為備用,，極大的提高了工藝設(shè)備的運行可靠性,。
貴州鋁廠氧化鋁廢水“零排放”項目的成功，使長期以來一直困擾和制約我廠發(fā)展的“氧化鋁廢水排放” 問題 得到了徹底的解決,，使我廠在開展水資源綜合利用以及廢水“資源化”方面取得重大進(jìn)展,。在同行業(yè)特別是聯(lián)合法生產(chǎn)氧化鋁行業(yè)中率先實現(xiàn)了真正意義的廢水“零排放”。不僅有著每年300余萬元的直接經(jīng)濟效益,，而且還有著無法估量的社會效益和環(huán)境效益,，特別是對改善麥架河及貓?zhí)恿饔蛏鷳B(tài)環(huán)境，保護(hù)長江上游生態(tài)環(huán)境和防止長江水系的污染惡化有著極為重要的現(xiàn)實意義和極佳的示范作用,，同時對地方經(jīng)濟的發(fā)展和周邊社會的穩(wěn)定也將產(chǎn)生積極作用,，對同類企業(yè)有著很好的借鑒和推廣 應(yīng)用 價值。
參考 文獻(xiàn)
1 張希衡.廢水治理工程.西安冶金建筑學(xué)院.1983,，3.
2 嚴(yán)熙世,、范瑾初.給水工程. 中國 建筑工業(yè)出版社.1995，6.
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