含鋁廢液處理工程改造案例

楊 敏，丁家驤

(1.上海電站輔機(jī)廠有限公司，上海 200090；2.亞翔系統(tǒng)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(chǎn)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(chǎn)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(chǎn)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(shè)了廢液中和處理系統(tǒng)以滿足達(dá)標(biāo)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(shè)備的正常運(yùn)行及污泥的脫水處理非常困難，反應(yīng)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(xué)沉淀法處理含鋁有機(jī)酸廢水，以絲鈉鋁石為產(chǎn)物，通過對反應(yīng)條件進(jìn)行分析及優(yōu)化，使得廢水中鋁的去除率達(dá)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(jī)壓濾及回流等措施，改善了污泥的沉淀效果且出水得以達(dá)標(biāo)排放。徐鵬等[3]研究了通過化學(xué)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(jié)果表明pH=6時是較好的化學(xué)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(yàn)結(jié)果實(shí)現(xiàn)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(jīng)濟(jì)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(diào)節(jié)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(tǒng)正常運(yùn)行的原因，防止水中過量的鋁離子污染環(huán)境，因此，需要有效處理含鋁廢液以滿足工廠環(huán)保排放的要求。

1 項目概況

1.1 設(shè)計進(jìn)、出水質(zhì)

此含鋁廢液為王水溶解鋁和鐵的強(qiáng)酸性液體，廢液的主要污染物指標(biāo)及處理后的排放標(biāo)準(zhǔn)見表1。

表1 含鋁廢液水質(zhì)及排放標(biāo)準(zhǔn)

1.2 現(xiàn)有工程處理工藝流程

含鋁廢液由泵輸送至一級反應(yīng)槽，在一級反應(yīng)槽中加入NaOH溶液調(diào)節(jié)pH至5～6，隨后含鋁廢液自流至二級反應(yīng)槽，在二級反應(yīng)槽中加入NaOH溶液調(diào)節(jié)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(jī)脫水?；旌衔锝?jīng)板框機(jī)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(xiàn)有含鋁廢液處理工藝流程圖

1.3 存在的問題

(1)一級反應(yīng)槽攪拌機(jī)轉(zhuǎn)動受阻礙

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

(2)污泥脫水采用板框壓濾機(jī)，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(jī)極易被此污泥嚴(yán)重堵塞，濾布拆洗費(fèi)時且清洗后恢復(fù)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(yàn)分析，對現(xiàn)有處理系統(tǒng)的運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行確認(rèn)，并以試驗(yàn)的數(shù)據(jù)為依據(jù)，對其處理工藝進(jìn)行優(yōu)化和改進(jìn)。主要試驗(yàn)內(nèi)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(shè)施的穩(wěn)定運(yùn)行的影響，從而優(yōu)化處理工藝流程。

(2)模擬與離心式脫水機(jī)分離因數(shù)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(jī)進(jìn)行污泥脫水處理，為解決現(xiàn)有污泥脫水問題提供依據(jù)。

2 運(yùn)行條件優(yōu)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(diào)節(jié)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(dá)到3.9時，其粘度達(dá)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(jìn)行中和反應(yīng)的過程中，廢液的pH值逐漸上升，在pH值未達(dá)到7～8時，廢液的粘度達(dá)到最大值，這極大影響了反應(yīng)槽攪拌器的轉(zhuǎn)動。從反應(yīng)原理上看，廢水中的Al3+先與OH-反應(yīng)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(yīng)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(yīng)方程式如下：

(2)

2.2 離心脫水機(jī)對污泥的離心分離的效果

含鋁廢液(Al3+:40g/L)調(diào)節(jié)至pH=7時，產(chǎn)生的污泥含固量為100～300g/L?？紤]到中和后形成的混合物流動性極差，不利于系統(tǒng)的正常運(yùn)行，因此在模擬離心分離的試驗(yàn)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(jīng)過充分?jǐn)嚢杈鶆蚝?，在離心機(jī)分離因數(shù)G設(shè)定為2000～2500且運(yùn)行30s的條件下，分離后將固體及液體分開結(jié)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(shù)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(shí)際的離心式脫水機(jī)的分離因數(shù)G為2500～3000，高于實(shí)驗(yàn)室模擬的分離因數(shù)，因此離心式脫水機(jī)可用于分離此Al(OH)3污泥。

由于污泥固體為凝膠狀，易于結(jié)合水形成懸浮液，原污泥混合液靜置20h后，才能產(chǎn)生上清液。污泥混合液經(jīng)離心機(jī)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(zhì)。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(tài)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(tuán)狀的污泥絮凝體，結(jié)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(tài)

3 改造措施及運(yùn)行效果

3.1 調(diào)整中和反應(yīng)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(jìn)行儲存。NaOH溶液由泵輸送至一級反應(yīng)槽，在一級反應(yīng)槽中加入含鋁廢液調(diào)節(jié)pH至9～10，隨后NaOH溶液自流至二級反應(yīng)槽，在二級反應(yīng)槽中加入含鋁廢液調(diào)節(jié)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(jī)脫水?；旌衔锝?jīng)離心機(jī)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(yīng)槽增設(shè)自來水管，用以緩解中和反應(yīng)時產(chǎn)生的高粘度混合液。

3.2 板框脫水機(jī)變更為臥螺式離心脫水機(jī)

采用臥螺式離心脫水機(jī)進(jìn)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(tuán)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(jié)論

(1)調(diào)整含鋁廢液的中和反應(yīng)流程，調(diào)節(jié)pH值由9～10降至7～8，可以有效避免污泥混合液達(dá)到粘度的極大值，使處理設(shè)施得以正常運(yùn)行。

(2)此含鋁廢液經(jīng)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(jī)進(jìn)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(jié)合了生產(chǎn)實(shí)際及含鋁廢液特點(diǎn)，通過采取相應(yīng)措施對運(yùn)行條件進(jìn)行優(yōu)化，提高了處理系統(tǒng)的運(yùn)行穩(wěn)定性，保證了系統(tǒng)處理能力及效果，使得廢液中和后得以妥善委外處置。