王思思

（中冶京誠(chéng)工程技術(shù)有限公司，北京 100176）

20 世紀(jì)80 年代初期，我國(guó)的重工業(yè)高速發(fā)展，但在發(fā)展初期由于忽略對(duì)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(lèi)賴(lài)以生存的資源，工業(yè)的發(fā)展對(duì)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(chǎng)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(duì)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(zhǎng)期穩(wěn)定的正常運(yùn)行。本文重點(diǎn)對(duì)鋁廠(chǎng)所排放的氧化鋁廢水、熱電廠(chǎng)廢水的水質(zhì)穩(wěn)定方案開(kāi)展研究。

1 研究背景

鋁作為金屬礦物原料之一，在開(kāi)采、加工過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生一定量的工業(yè)廢水，主要包括氧化鋁廠(chǎng)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(shì)必會(huì)對(duì)周?chē)鷧^(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(chǎng)廢水造成的水資源緊張和生態(tài)環(huán)境被破壞的問(wèn)題，該鋁廠(chǎng)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(guò)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定可知，廢水處理后的再生水會(huì)對(duì)管道造成結(jié)垢、腐蝕等現(xiàn)象，導(dǎo)致鋁廠(chǎng)原有子系統(tǒng)的水量平衡被破壞；同時(shí)，與鋁廠(chǎng)相關(guān)的其他分廠(chǎng)的分布相對(duì)分散，無(wú)法對(duì)其進(jìn)行集中處理，只能對(duì)各個(gè)分廠(chǎng)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(duì)鋁廠(chǎng)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(duì)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(duì)該鋁廠(chǎng)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(duì)分廠(chǎng)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(chǎng)各分廠(chǎng)再生水的水質(zhì)檢測(cè)結(jié)果如表1 所示。

表1 鋁廠(chǎng)再生水水質(zhì)檢測(cè)結(jié)果

通過(guò)腐蝕/結(jié)垢掛片試驗(yàn)對(duì)該鋁廠(chǎng)近些年來(lái)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(guò)程中對(duì)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(chǎng)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(chǎng)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(cè)量被腐蝕后的管道質(zhì)量減輕約50%左右，對(duì)應(yīng)的管道壁厚減小20%左右[3]。經(jīng)分析，導(dǎo)致熱電廠(chǎng)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(dòng)力廠(chǎng)再生水管道的腐蝕和結(jié)垢現(xiàn)象均相對(duì)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(duì)鋁廠(chǎng)的氧化鋁廠(chǎng)、熱電廠(chǎng)、動(dòng)力廠(chǎng)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(huì)對(duì)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(duì)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(wèn)題。

2 水質(zhì)穩(wěn)定的方案設(shè)計(jì)

本節(jié)將在上述對(duì)再生水所存在問(wèn)題綜合分析的基礎(chǔ)上，提出各個(gè)分廠(chǎng)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(chǎng)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(chǎng)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(chǎng)原水處理工藝流程如圖1 所示。

圖1 氧化鋁廠(chǎng)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(duì)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(lèi)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(lèi)型為硅鋁酸鈉，添加量為10 mg/L。

2.2 熱電廠(chǎng)再生水水質(zhì)穩(wěn)定方案設(shè)計(jì)

熱電廠(chǎng)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(wèn)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(duì)熱電的冷卻、沖灰等工序。熱電廠(chǎng)再生水改造的處理工藝如圖3 所示。

圖3 熱電廠(chǎng)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(wèn)題，但是，其并未從源頭對(duì)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(cè)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(mǎn)足再生水的標(biāo)準(zhǔn)要求。

2.3 動(dòng)力廠(chǎng)水質(zhì)穩(wěn)定方案設(shè)計(jì)

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

圖4 動(dòng)力廠(chǎng)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(yáng)離子PAM，其對(duì)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(dòng)力廠(chǎng)再生水的除氯增加20.8%。

3 結(jié)語(yǔ)

水資源是人類(lèi)賴(lài)以生存的基礎(chǔ)。人類(lèi)的生產(chǎn)和生活等活動(dòng)均會(huì)對(duì)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(duì)所在區(qū)域的生態(tài)平衡會(huì)造成嚴(yán)重的影響。因此，在對(duì)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(chǎng)的氧化鋁廠(chǎng)、熱電廠(chǎng)和動(dòng)力廠(chǎng)的再生水為研究對(duì)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)。