工業(yè)廢水零排放水質(zhì)穩(wěn)定方案設(shè)計(jì)

王思思

（中冶京誠工程技術(shù)有限公司，北京 100176）

20 世紀(jì)80 年代初期，我國的重工業(yè)高速發(fā)展，但在發(fā)展初期由于忽略對環(huán)境的保護(hù)使得重工業(yè)區(qū)域的生態(tài)平衡遭到嚴(yán)重的破壞。作為人類賴以生存的資源，工業(yè)的發(fā)展對地表水、地下水等造成污染，導(dǎo)致水資源供應(yīng)趨于緊張。雖然目前絕大多數(shù)工廠已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了工業(yè)廢水的零排放，但是還存在工業(yè)廢水全部處理回用后，由于水質(zhì)出現(xiàn)不同程度的結(jié)垢腐蝕等情況，造成所在區(qū)域的水平衡被破壞[1]。因此，實(shí)現(xiàn)對工業(yè)廢水零排放的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)其水質(zhì)穩(wěn)定的控制才能夠保證長期穩(wěn)定的正常運(yùn)行。本文重點(diǎn)對鋁廠所排放的氧化鋁廢水、熱電廠廢水的水質(zhì)穩(wěn)定方案開展研究。

1 研究背景

鋁作為金屬礦物原料之一，在開采、加工過程中會產(chǎn)生一定量的工業(yè)廢水，主要包括氧化鋁廠所排放的含堿廢水、碳素生產(chǎn)所排放的含氟廢水以及熱電鍋爐排放的灰渣水等。上述水資源若不作合理、有效的處理直接排放勢必會對周圍區(qū)域水資源造成嚴(yán)重的破壞，從而影響當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)平衡。

為了解決鋁廠廢水造成的水資源緊張和生態(tài)環(huán)境被破壞的問題，該鋁廠已經(jīng)采取的廢水零排放技術(shù)，并已經(jīng)成功實(shí)現(xiàn)了廢水的零排放。但是，通過現(xiàn)場測定可知，廢水處理后的再生水會對管道造成結(jié)垢、腐蝕等現(xiàn)象，導(dǎo)致鋁廠原有子系統(tǒng)的水量平衡被破壞；同時(shí)，與鋁廠相關(guān)的其他分廠的分布相對分散，無法對其進(jìn)行集中處理，只能對各個(gè)分廠的再生水進(jìn)行分散處理從而達(dá)到水質(zhì)穩(wěn)定的目的。結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)，針對鋁廠所排放的工業(yè)廢水的水質(zhì)穩(wěn)定性進(jìn)行研究，重點(diǎn)對氧化鋁再生水結(jié)垢、熱電鍋爐再生水的腐蝕及含氟廢水的除氟進(jìn)行控制，最終實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的水量平衡[2]。

為了得到對該鋁廠零排放廢水的水質(zhì)穩(wěn)定控制，首先根據(jù)腐蝕、結(jié)垢掛片試驗(yàn)初步得出總體控制方案；而后分別對分廠的水質(zhì)穩(wěn)定方案進(jìn)行設(shè)計(jì)。在水質(zhì)穩(wěn)定控制之前，鋁廠各分廠再生水的水質(zhì)檢測結(jié)果如表1 所示。

表1 鋁廠再生水水質(zhì)檢測結(jié)果

通過腐蝕/結(jié)垢掛片試驗(yàn)對該鋁廠近些年來的水質(zhì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)并分析，為后續(xù)水質(zhì)穩(wěn)定方案的設(shè)計(jì)提供支撐，試驗(yàn)所依據(jù)的規(guī)范為GB/T18175—2000，在試驗(yàn)過程中對所得的數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合分析，并得出如下結(jié)論：

1）氧化鋁廠再生水主要表現(xiàn)為結(jié)垢，每年由于結(jié)垢導(dǎo)致管道的直徑縮小5%左右。經(jīng)研究，導(dǎo)致嚴(yán)重結(jié)垢現(xiàn)象發(fā)生的主要原因?yàn)樵偕憩F(xiàn)為高溫、高堿度和高pH 值。

2）熱電廠再生水管道主要表現(xiàn)為較為嚴(yán)重的腐蝕現(xiàn)象，經(jīng)測量被腐蝕后的管道質(zhì)量減輕約50%左右，對應(yīng)的管道壁厚減小20%左右[3]。經(jīng)分析，導(dǎo)致熱電廠管道嚴(yán)重腐蝕的主要原因?yàn)槠湓偕斜憩F(xiàn)為低pH 值且有高氯、高硫酸根等強(qiáng)腐蝕性離子存在。

3）動力廠再生水管道的腐蝕和結(jié)垢現(xiàn)象均相對不明顯，但是其水質(zhì)中的氯離子含量較高。

綜上所述，雖然對鋁廠的氧化鋁廠、熱電廠、動力廠采用廢水零排放的措施，但是處理后的再生水或多或少都會對設(shè)備造成影響。因此，急需采用相應(yīng)的水質(zhì)穩(wěn)定措施分別對再生水質(zhì)的穩(wěn)定性進(jìn)行控制，解決管道的腐蝕、結(jié)垢等問題。

2 水質(zhì)穩(wěn)定的方案設(shè)計(jì)

本節(jié)將在上述對再生水所存在問題綜合分析的基礎(chǔ)上，提出各個(gè)分廠的水質(zhì)穩(wěn)定方案。

2.1 氧化鋁再生水水質(zhì)穩(wěn)定方案設(shè)計(jì)

氧化鋁廠再生水高堿度和高pH 值是導(dǎo)致再生水管道結(jié)垢嚴(yán)重的主要原因。結(jié)合氧化鋁廠的實(shí)際情況，需在現(xiàn)階段原水處理工藝的基礎(chǔ)上進(jìn)行改造。氧化鋁廠原水處理工藝流程如圖1 所示。

圖1 氧化鋁廠原水處理工藝流程

在如圖1 所示的工藝流程的基礎(chǔ)上，在平流沉淀池前端設(shè)置小型反應(yīng)區(qū)，在沉淀池后端對斜板進(jìn)行改造。具體改造方案如圖2 所示。

圖2 氧化鋁再生水水質(zhì)穩(wěn)定改造方案

其中，在上述工藝流程改造的基礎(chǔ)上，需要在平流沉淀反應(yīng)區(qū)中添加一定量的混凝劑和助凝劑。所添加混凝劑的類型為PAC，添加量為6 mg/L，反應(yīng)時(shí)間為60 s，沉降時(shí)間為30 min；所添加的助凝劑的類型為硅鋁酸鈉，添加量為10 mg/L。

2.2 熱電廠再生水水質(zhì)穩(wěn)定方案設(shè)計(jì)

熱電廠再生水的低pH 值且高氯、高硫酸根等強(qiáng)腐蝕性離子的存在是導(dǎo)致其再生水管道出現(xiàn)嚴(yán)重腐蝕現(xiàn)象的主要原因[4]。經(jīng)分析可知，導(dǎo)致強(qiáng)腐蝕性離子存在的主要原因?yàn)槠搅鞒恋沓氐某鏊醋魅魏翁幚碇苯优欧胖裂趸X的循環(huán)水中。因此，為解決再生水管道腐蝕的問題將平流沉淀池的出水不排放至氧化鋁的循環(huán)水中，而是將其用于對熱電的冷卻、沖灰等工序。熱電廠再生水改造的處理工藝如圖3 所示。

圖3 熱電廠再生水改造后的處理工藝流程

雖然，上述改造工藝解決了氧化鋁循環(huán)水中強(qiáng)腐蝕性離子濃度高的問題，但是，其并未從源頭對強(qiáng)腐蝕性離子進(jìn)行治理。因此，還需在再生水中投加一定量的石灰乳。經(jīng)測試可知，投加石灰乳后再生水中硫酸根離子的質(zhì)量濃度降低至728 mg/L，去除率高達(dá)75.3%，滿足再生水的標(biāo)準(zhǔn)要求。

2.3 動力廠水質(zhì)穩(wěn)定方案設(shè)計(jì)

針對動力廠的再生水，重點(diǎn)是對其進(jìn)行除氯[5]。因此，不需要對動力廠廢水處理工藝流程進(jìn)行改造。動力廠廢水處理工藝流程如圖4 所示。

圖4 動力廠廢水處理工藝流程

在上述廢水處理工藝流程中，將傳統(tǒng)的采用氯化鈣除氟的工藝改造為采用石灰乳，在多次試驗(yàn)的基礎(chǔ)上確定石灰乳的投放量與待處理廢水的比例為1∶5.6；反應(yīng)時(shí)間設(shè)定為30 min，沉降時(shí)間為40 min；同時(shí)，還需加入一定量的陽離子PAM，其對應(yīng)的投加量為5×10-6～8×10-6。經(jīng)試驗(yàn)表明，采用石灰乳后動力廠再生水的除氯增加20.8%。

3 結(jié)語

水資源是人類賴以生存的基礎(chǔ)。人類的生產(chǎn)和生活等活動均會對水資源造成一定程度的污染。尤其是在工業(yè)生產(chǎn)中所產(chǎn)生的廢水對所在區(qū)域的生態(tài)平衡會造成嚴(yán)重的影響。因此，在對工業(yè)廢水進(jìn)行高效處理達(dá)到零排放的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)工業(yè)廢水的零排放且水質(zhì)穩(wěn)定尤為重要。本文鋁廠的氧化鋁廠、熱電廠和動力廠的再生水為研究對象，提出了再生水的水質(zhì)穩(wěn)定方案設(shè)計(jì)，為保證工業(yè)廢水的高效、穩(wěn)定處理奠定基礎(chǔ)。