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氧化鋁循環(huán)水處理工藝的探討

來源：印染在線　發(fā)布時間：2009年04月03日

氧化鋁循環(huán)水處理工藝的探討

1 前言

之所以在循環(huán)水前冠以“氧化鋁”三個字，是因為國內(nèi)氧化鋁行業(yè)的循環(huán)水普遍存在著：高溫--影響冷卻效果，高堿——增加堿耗，高懸浮物——容易結(jié)垢的三大難題，有別于其他行業(yè)的循壞水。一般循環(huán)水只具備上述“三高”中的兩高，所以用水質(zhì)穩(wěn)定方法能使循環(huán)水良性循環(huán)，而氧化鋁循環(huán)水的水質(zhì)穩(wěn)定，國內(nèi)目前還沒有成熟的辦法。

2 氧化鋁循環(huán)水特點和現(xiàn)狀

氧化鋁循環(huán)水的服務(wù)對象是燒成，蒸發(fā)，赤泥洗滌，氫氧化鋁洗滌，脫硅等工序，用于冷卻。真中蒸發(fā)工序用水占全部水量的60－70％。氧化鋁循環(huán)水特點的具體表現(xiàn)是：高溫：循環(huán)上水溫度達(dá)35-45℃，循環(huán)下水溫度達(dá)45-58℃；高堿：PH=11-12，最高PH=14；高懸浮物：SS=400-600mg/l，最高達(dá)5000mg/l，低硬度：一般為7.5－14（CaCO3）mg/l,最小為0。而且因為氧化鋁循環(huán)水和氧化鋁生產(chǎn)朕系特別緊密，停水意味著停產(chǎn)。氧化鋁生產(chǎn)的連續(xù)性很強，所以，除非萬不得己，一般不安排停產(chǎn)。就是說靠停水大檢修來解決循環(huán)水中的問題，不符合生產(chǎn)實際。目前的生產(chǎn)形勢是：國內(nèi)氧化鋁商品每年缺口約100萬噸，各氧化鋁廠都在努力提高自己的產(chǎn)量，生產(chǎn)要求循環(huán)水發(fā)揮出更大的作用，可是，循環(huán)水的水質(zhì)得不到徹底改善，只能使結(jié)垢等問題越來越嚴(yán)重，一邊要求提產(chǎn)，一邊作用越來越小，所以，氧化鋁循環(huán)水己成為提產(chǎn)道路上的一只“攔路虎”。上述水質(zhì)特點，造成循環(huán)上下水管道結(jié)垢嚴(yán)重，山西鋁廠投產(chǎn)10余年來，上水管最厚的結(jié)垢40mm以上，下水管道最厚的結(jié)垢達(dá)150mm以上，下水管道斷面己成“卵形”；閥門閘板及閘板槽，閥桿皆被垢厚厚的裹著，任憑操作機構(gòu)扳壞，閥桿變彎，閥門也紋絲不動；冷卻塔上的水泥格板

填料上也結(jié)垢嚴(yán)重，個別孔眼己被堵死，孔眼面積縮小30％，降溫效果很差；懸浮物（主要是料漿，灰塵，赤泥）大量沉積在調(diào)節(jié)池內(nèi)，冷卻塔下，調(diào)節(jié)池積泥體積己達(dá)調(diào)節(jié)池全部體積的60－70％，可調(diào)節(jié)的體積驟減；冷卻塔下的“搭盆”深1.8m，不出三個月，便被泥積滿。由于結(jié)垢使循環(huán)下水管道輸水量減少，（上水管道還表現(xiàn)不明顯），檢查井內(nèi)水位普遍上升，水力坡度代替了設(shè)計坡度，管道全線水位升高，上游管段流速降低，結(jié)垢加快。歷次垢樣分析見表1。

表1 循環(huán)水系統(tǒng)垢樣分析（%）
時間	取樣地點	Al2O3	Fe2O3	CaO	Mgo	Na2O	SiO2	灼堿	其他
91.3	澄清池壁	46.32	0.08	12.85	1.63		1.20	35.23	2.69
91.3	冷卻塔配水槽	53.25	0.34	5.67	1.5		3.78	32.27	3.19
93.4	回水管內(nèi)	40.4	1.5	15	1.98	1.11	1.36	36.09
93.4	冷卻塔配水槽	58.6	0.75	2.75	0.90	0.36	1.70	33.14
98.1	塔下沉渣	13.31	6.53	33.29	1.55		16.9	28.32

綜合氧化鋁循環(huán)水的種種問題，分析其根本原因有二，一是系統(tǒng)中有大量懸浮物（指礦漿，赤泥）存在；二是系統(tǒng)中有高堿度存在。堿法生產(chǎn)氧化鋁，就是用堿（NaOH或Na2CO3）處理鋁土礦，使礦石中的氧化鋁和堿反應(yīng)制成鋁酸鈉溶液。鋁酸鈉溶液經(jīng)分解析出氫氧化鋁，氫氧化鋁再經(jīng)過脫水，即可獲得氧化鋁。由于循環(huán)水在蒸發(fā)末效的冷凝器（氧化鋁行業(yè)習(xí)慣稱之為水冷器）中與循環(huán)母液中的含堿水蒸汽直接接觸，所以循環(huán)水中含堿在所難免。另外，在赤泥洗滌工序中常用一部分循環(huán)上水洗滌赤泥，減少赤泥的附液損失，這種做法倒可以保持循環(huán)水中的含鹽量在一定的水平上。可見氧化鋁循環(huán)水中結(jié)垢主要有兩個原因，一是含懸浮物，二是含堿。而含堿是必然的，堿又是溶解物質(zhì)，不易被分離。所以說減緩循環(huán)水系統(tǒng)結(jié)垢的首要手段和目標(biāo)是去除循環(huán)水中的懸浮物。

3 推薦的氧化鋁循環(huán)水處理流程

也許是受對氧化鋁循環(huán)水認(rèn)識的局限，設(shè)計時對氧化鋁循環(huán)水中的懸浮物指標(biāo)放的太寬，指標(biāo)定的太低，設(shè)計循環(huán)上水懸浮物含量130mg／l，堿度100mm/l。實踐證明，氧化鋁循環(huán)水管道結(jié)垢的一個重要原因就是懸浮物控制不嚴(yán)，水中懸浮物含量太高，致使大量的含鋁化合物粘結(jié)在管壁上，加速、加重了管道結(jié)垢。對于大多數(shù)城市下水來講，其懸浮物含量也不過150-300mg/L。筆者認(rèn)為：氧化鋁循環(huán)水和鋼鐵企業(yè)的循環(huán)水是有聯(lián)系的，過去也屬一個部門，氧化鋁循環(huán)水的水質(zhì)特點和鋼鐵企業(yè)中高爐煤氣洗滌，轉(zhuǎn)爐除塵洗滌及軌濁循環(huán)水相近，其去除的主要對旬都是懸浮物，主要區(qū)別是：前者水中的懸浮物多是氧化鐵皮，氧化鈣煤渣，二氧化硅等；后者水中的懸浮物多是氧化鈣、氧化鋁，二氧化硅?？墒牵趸X循環(huán)水處理工藝的研究與發(fā)展已明顯落后于鋼鐵企業(yè)。鋼鐵企業(yè)一般采用沉淀分離的方法將縣浮物分離處理，高爐，轉(zhuǎn)爐多采用平流沉淀池，軌鋼濁循環(huán)水多采用旋流沉淀并增加過濾工藝，而且對循環(huán)

上水的懸浮物指標(biāo)控制比較嚴(yán)格，（如表2）濁循環(huán)水的懸浮物也控制在60-100mg/l，經(jīng)常，＜60mg/k?；ば袠I(yè)的循環(huán)水中的懸浮物一般也控制在50mg/l。補充水經(jīng)處理后懸浮物很低的水補入系統(tǒng)中，若氧化鋁循環(huán)水只采用旁路處理，不能徹底去除懸浮物，處理后的懸浮物指標(biāo)又定的過低，勢必造成循環(huán)水中的懸浮物濃度過高。為此，筆者提出了如下的工藝流程。如圖1

表2 各鋼鐵企業(yè)循環(huán)上水的懸浮物（mg/l）
首鋼高爐	寶鋼轉(zhuǎn)爐	上鋼二廠轉(zhuǎn)爐	上鋼三廠轉(zhuǎn)爐	寶鋼高爐	武鋼熱軌	寶鋼線材
47	60	27	103	37.5	50	60

上述流程結(jié)合了十多年的生產(chǎn)實踐，參考了兄弟單位的經(jīng)驗，流程中沒有復(fù)雜的構(gòu)筑物，簡單方便，針對性強，符合實際。

4 對工藝流程的幾點說明

4.1 予沉工藝燒成窯周圍有大量灰塵侵人循環(huán)回水中，赤泥洗滌，氫氧化鋁洗滌等工序，免不了有料漿溢出，葉濾工序有沖洗地面的水，上述回水若沒有予沉措施，會使循環(huán)回水中懸浮物短時間升高幾倍甚至幾十倍，所以，應(yīng)該在上述工序的循環(huán)回水進(jìn)入下水道前，先搞一次予沉，既“清濁”分流，把懸浮物截留在源頭。只允許含懸浮物很少的上清液進(jìn)入下水道，如設(shè)旋流沉淀池，異向流斜

板沉淀池，將沉淀池底流放出來的污泥就近回收。這樣做，可大大降低下水道的結(jié)垢速度，也能減輕循環(huán)水后續(xù)處理的負(fù)擔(dān)，還能減少氧化鋁的流失。赤泥回水在赤泥堆場沉淀過程中，因短流，異重流現(xiàn)象使赤泥回水中的懸浮物經(jīng)常在200——1000mg／l之間，最高達(dá)10g／l，象這么高的懸浮物很有必要在堆場附近設(shè)一級沉淀工藝，將懸浮物有效地去除，只回用上清液，保證懸浮物在 50—100mg/l，沉下來的泥就近返回堆場，也是一種予沉的做法。4.2 計量槽由于循環(huán)水中懸浮物太高，結(jié)垢性又強，孔板流量計，電磁流量計，超聲波流量計，阿牛巴流量計，渦街流量計在該系統(tǒng)中幾乎無法使用，而采用流量堰，如巴氏計量槽卻不失為一種有效的辦法，即使結(jié)垢可以及時清理。所以本工藝中在沉淀地前搞一次計量，為補充水（另外計量）和赤泥回水（可用三角堰計量）匯入回水后，計算混合比，監(jiān)視沉淀池的負(fù)荷提供依據(jù)。而在冷卻塔下來進(jìn)冷水泵前再搞一次計量，為計算冷卻塔蒸發(fā)量，循環(huán)上水量提供依據(jù)，加上水質(zhì)分析，整個處理工藝處于定量控制之中。而且，控制過程并不復(fù)雜。4.3 快速混合工藝在新水（自來水）或池泥回水補入沉淀池前，采用機械混合或者管道混合器快速混合。這樣的理由是：首先，補水中的硬度當(dāng)量值遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于循環(huán)水中的堿度當(dāng)量值，軟化反應(yīng)很完全，保證軟化效果。真次，現(xiàn)代混凝理論和實踐證明［4］加強加藥后的高梯度瞬時混臺，在極短時間內(nèi)、形成對初始顆粒碰撞積聚所需要的水流結(jié)構(gòu)，便于藥劑在水中迅速均勻擴散，為凝聚劑創(chuàng)造適宜條件。快速混合后回水很快進(jìn)入平流沉淀池，水流由紊流狀態(tài)驟然變?yōu)閷恿鳡顟B(tài)，為絮體沉淀創(chuàng)造了條件，懸浮物便迅速沉降，有利于提高去除率。當(dāng)然，還可以在沉淀池前考慮加藥措施，如高聚合度的無機絮凝劑對高PH，高懸浮物的沉淀有很好的強制作用。同時，鑒于水中懸浮物的粘結(jié)性，建議搞機械攪拌或壓縮空氣攪拌，因為氧

化鋁廠有壓縮空氣用來攪拌沉降槽，壓縮空氣來源比較方便。4.4 采用平流沉淀工藝山西鋁廠生產(chǎn)廢水處理站采用的工藝流程是平流沉淀后加斜板沉淀，廢水水質(zhì)和循環(huán)下水相類似，見表3，表4。分析其沉淀過程類似加藥沉淀，主要是水中有大量的含鋁化合物存在，廢水在下水道中己開始分層沉淀。經(jīng)過近三年的運行，比較穩(wěn)定。除了出水懸浮物有待進(jìn)一步降低外，處理站內(nèi)沒有發(fā)現(xiàn)堵塞和構(gòu)筑物大量結(jié)垢現(xiàn)象，而現(xiàn)有的氧化鋁循環(huán)水處理站內(nèi)的澄清池，三角配水槽的出水孔（∮100直徑）、回流窗口、三角出水堰、排空管內(nèi)、排泥管內(nèi)到處掛著垢層，堵塞很頻繁，給運行帶來困難。而百澄清池為旁路處理，不能徹底的去除水中懸浮物，系統(tǒng)耐沖擊能力差。這幾年鋼鐵企業(yè)的先進(jìn)做法是循環(huán)回水100％經(jīng)過沉淀處理。而平流沉淀池耐沖擊負(fù)荷，對懸浮物濃度的變化適應(yīng)性強，氧化鋁循環(huán)水經(jīng)常遭受生產(chǎn)不正常時的“跑渾”干擾，幾小時之內(nèi)懸浮物上升以百分比濃度計，真它池型耐沖擊就差些。因此，推薦采用大面積，大體積的平流沉淀池，操作簡便，效果穩(wěn)定，緩沖能力強，兼有調(diào)節(jié)水量的功能?，F(xiàn)有的調(diào)節(jié)池因為停留時間短，排泥功能差而被泥困擾。

表3 生產(chǎn)廢水處理站水質(zhì)分析（mg/l）
進(jìn)水SS率	出水SS	進(jìn)水含量	出水含鹽量	硬度	堿度	總鐵	Al	Ca	Mg	Cl	PH	SS去除
777	87	2536	2264	60	542	0.02	86	0.02	14	187	11	89%

表4 氧化鋁循環(huán)水水質(zhì)統(tǒng)計數(shù)字（mg/l）
懸浮物	硬度	總鐵	Al	SiO2	PH	含鹽量
400-600	25-80	14-35	800-2500	20-30	11-12	2000-6000

5 現(xiàn)場管理方面的幾點建議

循環(huán)水的流程是一次系統(tǒng)工程，除改善處理站內(nèi)的設(shè)施，現(xiàn)場管理也很主要，具體如下： 5.1集中補水在循環(huán)水系統(tǒng)中避免多點補水，尤其是禁止補新水。因為水中含堿，一遇新水則立即發(fā)生軟化反應(yīng)，產(chǎn)生CaCO3沉淀?，F(xiàn)場調(diào)查

時發(fā)現(xiàn)：凡是有新水排入循環(huán)水的管段，結(jié)垢則嚴(yán)重。本流程推薦集中在平流沉淀池前補水，可使CaCO3在沉淀池中沉淀而后被去除。 5.2 封閉部分檢查井　檢查并就是人孔（man hole）。在氧化鋁生產(chǎn)現(xiàn)場，從檢查井內(nèi)掉進(jìn)回水管道內(nèi)的雜物有：磚塊、石塊、編織袋（成品袋、堿袋），破井蓋、樹枝等。這些雜物體大且重，不易被水沖走，使水流受阻。流速減緩、結(jié)垢和沉積加劇。為此，建議在容易排進(jìn)雜物的地段，有選擇地封閉部分檢查井，做好隱蔽記錄，以備檢修時用?？捎行У胤乐闺s物泄入。謂之“扎緊籬笆”。 5.3 蒸發(fā)不合格水要回收利用所謂蒸發(fā)不合格水是指來自蒸發(fā)器的蒸汽凝結(jié)水中含堿量超標(biāo)，不能回用到電站鍋爐中的那一部分水。這部分水實際造價相當(dāng)高，據(jù)測算高于5元／噸。在生產(chǎn)現(xiàn)場，因為回用已不可能，所以常常排至循環(huán)下水中。筆者調(diào)查中發(fā)現(xiàn)：蒸發(fā)不合格水占其總量的比例相當(dāng)大，約40--60％，所以建議設(shè)計或改造時，一定要考慮蒸發(fā)不合格水的處理和出路。或者送熱水槽（要考慮足夠的調(diào)節(jié)容積），或經(jīng)處理后二次利用，這部分水排入下水道，直接流走，帶走大量的熱量，大量的清潔水，造成浪費。同時對下水管造成不良影響，若排入生活污水中，因為有堿且高溫，和污水中的硬度反應(yīng)，發(fā)生結(jié)垢；若排到循環(huán)回水中，使回水溫度升高，不利于水的冷卻。平時，這部分水排入下水道后，熱蒸汽給檢修工人下并檢查造成極大障礙。 5.4 禁止亂排堿液進(jìn)循環(huán)下水平時，各種洗液，母液等堿液的跑冒滴漏和事故狀態(tài)下的臨時排放，都將大量的高堿高鋁液體排入循環(huán)下水中，循環(huán)水量調(diào)節(jié)失敗時，便溢流進(jìn)而排水管道，既造成生產(chǎn)損失，又造成環(huán)境污染。應(yīng)將這部分液體就近、就地回收，禁止亂排堿液進(jìn)循環(huán)下水。實驗當(dāng)中還發(fā)現(xiàn)，循環(huán)水中堿度過高（pH＞12）時，由于水的粘度大大提高，使水中細(xì)小懸浮物長期懸浮與水中得不到沉淀分離，影響出水懸浮物，例如，經(jīng)過72小

時靜沉后的循環(huán)水中的懸浮物仍然高達(dá)110－170mg／L。 5.5 對循環(huán)回水管應(yīng)定期刮管即使采納了上述建議，也難以避免循環(huán)水管道不結(jié)垢，實踐證明：對循環(huán)回水管道定期刮管，可及時將大而重的快狀物清除出來，還可避免管道因結(jié)垢太厚而影響管道輸水的能力，對保證循環(huán)回水管道輸水暢通，是一種有效的處理辦法。

6 結(jié)束語

隨著氧化鋁生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展，人們對氧化鋁循環(huán)水的認(rèn)識在不斷提高，本文推薦的氧化鋁循環(huán)水處理工藝流程，來源于生產(chǎn)實踐，具有簡單實用的特點，可供兄弟廠家，設(shè)計單位參考，目的是技術(shù)交流，參與探討。愿更多的技術(shù)人員提出更好的方案，共同推進(jìn)氧化鋁循環(huán)水處理技術(shù)的發(fā)展。