鋁鹽行業的污染治理與環境風險控制

何青峰，何朝暉，劉運生

（衡陽市建衡實業有限公司，湖南衡陽421005）

鋁鹽是無機鹽的基本品種之一，其主要產品有硫酸鋁、聚氯化鋁、明礬等。鋁鹽系列產品主要用于水處理、造紙、食品添加劑等行業［1］。隨著中國工業化與城鎮化的快速發展，特別是在新修訂后的《環保法》《水污染防治行動計劃》《無機化學工業污染物排放標準》（GB 31573—2015）等環保法律、法規及標準實施后，國家大力支持環保產業的發展，作為水處理用的鋁鹽產品國內外市場需求量大幅增長，鋁鹽行業迎來了良好的發展機遇。與此同時，隨著新的排污標準實施，各級政府環保督查和監管力度加大，公眾環保意識增強，也為鋁鹽行業帶來了前所未有的環保壓力。因此，不斷探索新工藝、新技術以進行污染治理勢在必行。

1 鋁鹽行業的現狀

目前，中國鋁鹽行業共有400家左右的生產企業，主要分布在華中、華東及華北地區，從業人數超過3萬人，年銷售收入近60億元，鋁鹽產品的生產規模及市場需求量逐年增長。然而，盲目擴張和無序競爭導致鋁鹽生產企業的規模普遍偏小，生產工藝技術和制造裝備水平比較落后，經營利潤微薄。鋁鹽生產過程中存在能源消耗高、產生的污染源和污染類型點多面廣、機械化與自動化程度較低、員工勞動強度大等問題，并且企業的環保基礎較差，污染治理的工藝、技術和設施比較落后，與國家推行的清潔生產、綠色發展的新模式還存在一定的差距。

2 執行新的排污標準給鋁鹽行業帶來的環保壓力

根據國家環保有關規定，從2017年7月1起，鋁鹽行業的水污染物和大氣污染物排放開始按《無機化學工業污染物排放標準》（GB 31573—2015）的規定執行，不再執行《污水綜合排放標準》（GB 8978—1996）、《大氣污染物綜合排放標準》（GB 16297—1996）和《工業爐窯大氣污染物排放標準》（GB 9078—1996）中的相關規定。鋁鹽行業廢水排放及有組織排放廢氣的排放標準限值變化情況分別見表1～3［2］。

表1 廢水直接排放標準限值變化情況

表2 廢水間接排放標準限值變化情況

表3 有組織排放廢氣的排放標準限值變化情況 mg/m3

從表1～3可以看出，鋁鹽行業現執行的排污標準GB 31573—2015規定的各種污染物的排放濃度標準限值均比原來執行的標準限值要大幅降低，因此落后的廢水、廢氣處理工藝技術及設施就難以達到新標準要求，進而為鋁鹽行業帶來了較大的環保壓力。

3 鋁鹽生產存在的污染類型及污染物分析

目前，中國鋁鹽行業普遍采用硫酸、鹽酸、氫氧化鋁、鋁土礦、鋁礬土、鋁酸鈣等為原材料生產硫酸鋁、聚氯化鋁、明礬等鋁鹽產品，生產系統主要由反應、沉降、壓濾、結晶、干燥、破碎及包裝等工序組成，生產過程中存在的污染類型有廢氣、粉塵、廢水、固體廢棄物、噪聲。

3.1 廢氣

產生廢氣的污染源及污染物的主要情況：1）硫酸鋁、明礬、聚氯化鋁反應工序排放廢氣或廢水蒸氣，污染物有少量的硫酸霧、鹽酸霧（氯化氫）、粉塵；2）聚氯化鋁噴霧干燥工序熱風爐產生的煙氣和水蒸氣，污染物有煙塵、二氧化硫、氮氧化物；3）聚氯化鋁滾筒濃縮干燥產生的水蒸氣，污染物有極少量的鹽酸霧。

3.2 粉塵

粉塵主要來源于原料鋁土礦破碎與加料工序、硫酸鋁破碎與包裝工序及噴霧干燥聚氯化鋁的包裝工序，粉塵性質為含鋁粉塵，其粒度為250μm左右。

3.3 廢水

廢水主要來源于用鋁土礦為原料生產硫酸鋁的廢渣壓濾液及濾布洗滌水、聚氯化鋁反應工序尾氣處理廢水、壓濾工序的濾布洗滌水、噴霧干燥工序熱風爐的脫硫除塵廢水和噴霧干燥塔的除塵冷凝廢水、滾筒干燥的蒸汽冷凝水。廢水的污染物有懸浮物、化學需氧量、pH。

3.4 固體廢棄物

固體廢棄物主要來源于使用鋁土礦、鋁礬土、鋁酸鈣作為原材料生產鋁鹽的壓濾渣和采用以煤為燃料的噴霧干燥方式產生的燃煤爐渣。衡陽市建衡實業公司（簡稱“建衡實業”）對用鋁土礦為原料生產硫酸鋁的廢渣和用鋁礬土、鋁酸鈣為原料生產聚氯化鋁的廢渣分別做了化學成分分析，其主要組成見表4。由表4可知，鋁鹽生產中產生的廢渣主要成分為氧化鋁、氧化硅、氧化鈣、氧化鐵、氧化鎂，不含重金屬和其他有毒有害物質，屬一般工業固體廢棄物。

表4 廢渣主要化學組成

3.5 噪聲

噪聲主要來源于破碎機、空壓機、各種泵類、風機等設備運行時產生的機械性噪聲。

4 鋁鹽行業的環境風險辨識

通過對鋁鹽生產所用的原料、生產工藝及設備等特性的分析，確定了主要環境風險源及環境風險事件：1）環境風險物質主要有原材料硫酸與鹽酸、燃料、中間液體產品、生產中產生的污染物。環境風險物質在廠內裝卸、貯存以及生產、使用過程中發生泄漏、火災或者爆炸，可能誘發或導致環境風險事件發生；2）生產裝置、貯存系統、輔助設施、環保設施等發生事故時，導致其內部或附近設施中的環境風險物質發生泄漏、火災或者爆炸，可能誘發或導致環境風險事件或次生環境風險事件發生；3）鋁鹽生產過程存在的主要污染源及可能造成的環境風險后果如表5所示；4）可能發生的重大突發環境事件，主要有硫酸、鹽酸大量未能及時收集和處置，造成泄漏并進入周圍農田、水體等，造成環境污染，而且鹽酸發生泄漏時揮發的氯化氫氣還會導致空氣污染，影響廠區及周邊大氣環境。

表5 鋁鹽生產的主要污染源及環境風險辨識匯總

5 鋁鹽行業的污染治理工藝技術

5.1 廢氣治理工藝技術

5.1.1 含硫酸霧廢氣治理工藝技術

釆用水洗與堿洗二級冷凝與吸收的工藝處理。將硫酸鋁、明礬反應結束后泄壓的含硫酸霧的蒸汽先通入一個加有水的罐內經一次冷凝，再經堿洗塔二次冷凝與吸收合格，由20 m高的排氣筒達標排放。蒸汽通入罐內水里時，大部分蒸汽冷凝成水，蒸汽中夾帶的少量硫酸霧部分經水冷凝成液態硫酸，未被水冷凝的部分蒸汽和硫酸霧再經堿洗塔冷凝及吸收中和達標。當水罐內的冷凝液及堿洗塔內的堿洗液pH低于8時，定期將其放入配料工序配料使用。5.1.2 含氯化氫（鹽酸霧）廢氣治理工藝技術

聚氯化鋁反應工序在投料和反應過程中，反應釜會排放含有少量鋁礦粉塵和氯化氫的廢氣；采用滾筒干燥方式干燥產品時，會產生含極少量鹽酸霧的水蒸氣。目前，大多數企業采用堿液噴淋吸收的工藝處理。

建衡實業經過不斷研發和總結，現已采用旋風除塵+冷凝+水洗噴淋+堿液噴淋吸收的新工藝技術處理聚氯化鋁反應產生的氯化氫廢氣。從反應釜排出的廢氣經管道收集，先進入旋風除塵器對少量的鋁礬土、鋁酸鈣粉塵進行除塵，再進入列管冷凝器內將氯化氫冷凝成稀鹽酸，隨后進入水洗噴淋塔與堿液吸收噴淋塔吸收處理，由20 m高的排氣筒達標排放。收集的粉塵和稀鹽酸返回反應工序生產使用。其處理工藝流程見圖1。

圖1 聚氯化鋁反應工序氯化氫廢氣處理工藝流程圖

與傳統的單一堿洗噴淋工藝相比，采用上述新工藝處理廢氣具有顯著的優點：減少了氯化氫氣處理過程中所耗用的堿量，降低了處理成本，而且將廢氣中的粉塵、氯化氫氣分別通過除塵和冷凝成稀鹽酸的方式收集回收利用。由環保部門監督性檢測和建衡實業委托的湖南中雁環保科技有限公司檢測結果顯示，排放的廢氣中氯化氫的濃度遠低于GB 31573—2015的要求，檢測結果見表6。

表6 聚氯化鋁反應工序有組織排放廢氣檢測結果

滾筒干燥產生的含極少量鹽酸霧的水蒸氣，經水洗后再經堿液噴淋吸收工藝處理合格后，由20 m高的排氣筒排放。

5.1.3 聚氯化鋁噴霧干燥工序熱風爐產生的煙氣治理工藝技術措施

為了提高熱風爐燃燒煙氣的熱效率，降低產品能耗，確保環保達標，建衡實業已成功對原有的用熱風爐煙氣加熱空氣干燥產品的傳統裝置做了技術改造。現采用熱風爐煙氣直接加熱干燥產品，并對煙氣采用布袋除塵+聚氯化鋁液體噴淋+堿液噴淋吸收的新工藝處理。通過工藝技術改造后，熱風爐的煙氣熱能利用率提高了30%以上，產能可提高25%～30%；經處理后的廢氣達到了GB 31573—2015中表3的要求后排放。

熱風爐燃燒產生的煙氣先進入布袋除塵器除塵，再進入噴霧干燥塔內加熱干燥聚氯化鋁液體（同時可以除去煙氣中的部分SO2），隨后進入預熱塔與聚氯化鋁溶液進行熱交換（同時可以除去煙氣中的部分SO2），最后經堿洗噴淋塔除塵脫硫合格后由25 m高的煙囪達標排放。采用煙氣直接干燥的新生產工藝其煙氣處理工藝流程見圖2。

圖2 聚氯化鋁噴霧干燥工序熱風爐煙氣處理工藝流程圖

5.2 廢水治理工藝技術

用鋁土礦為原料生產硫酸鋁的廢渣壓濾液及濾布洗滌水，經收集后送到反應工序配制鋁土礦粉使用；聚氯化鋁反應工序尾氣處理的廢水、壓濾工序的濾布洗滌水、噴霧干燥塔的脫硫除塵廢水、滾筒干燥的蒸汽冷凝水及堿洗液全部收集后，送到反應工序配制鋁礬土使用；明礬生產中產生的母液及產品洗滌水全部收集到母液池，經冷卻沉降后，作為反應工序配制氫氧化鋁使用，當母液中雜質過高時，即送入硫酸鋁車間配料使用。因此，鋁鹽生產過程中產生的工藝廢水可全部回收綜合利用，實現零排放。

為了確保廢水達標排放，企業應設置廢水處理裝置（含廢水沉降池、中和設施）和初期雨水收集池。廠區地面與設備沖洗水、事故泄漏液體與清洗水、消防污水和初期雨水均需送到廢水沉降池，經沉降后可返回車間配料使用；如生產中仍有剩余，則送到中和設施中加堿處理；經處理后的廢水和經化糞池處理后的生活污水達到GB 31573—2015中表1標準后排放。

5.3 固體廢棄物治理工藝技術

鋁鹽生產中產生的廢渣主要成分為氧化鋁、氧化硅、氧化鈣，不含重金屬和其他有毒有害物質，屬一般工業固體廢棄物。建衡實業多年來一直在研究和探索綜合利用廢渣生產建筑材料的技術和途徑。

5.3.1 現已成功開發且投入運行的技術方案

建衡實業與園區湖南金山水泥有限公司共同開發的利用廢鋁礦渣生產水泥的技術已經成熟，現已在生產中大批量應用。通過自然晾干或利用水泥窯爐的余熱烘烤方式，將廢渣的水分控制在10%（質量分數）以內，再將廢渣作為水泥的填充料使用。

建衡實業與湖南工學院聯合研發利用廢渣和紫色巖按比例混合作為原料生產紅磚的技術已獲成功，現已投入實際生產。生產的紅磚經相關單位測試，產品各項性能均符合國家有關標準的要求。

5.3.2 目前正在研發的技術方案

目前，建衡實業與湖南大好新型墻體材料有限公司正在合作研發采用廢渣生產加氣混凝土輕質磚的技術方案。現已完成實驗工作，其主要內容：1）對廢渣做了化學元素分析及物相分析，結果表明廢渣可用作生產加氣混凝土輕質磚的原料；2）在澆筑前，先將廢渣與石灰攪拌，使其由酸性變為堿性，再將攪拌后的廢渣加入料漿之中，這樣一方面可以將廢渣改性為適宜鋁粉發泡的堿性環境，另一方面堿液可以溶解廢渣中的氫氧化鋁膠體，防止物料的絮凝；3）加入廢渣后，調整石灰的配比，以滿足加氣混凝土輕質磚的鈣硅比要求（為了獲得必要的水化產物，必須保證原材料中的CaO與SiO2成分之間維持一定的比例，使其能夠充分有效地反應）；4）澆注之后的樣品送到蒸壓釜中養護，獲得成品，經測試成品性能指標達到相關要求。

但該方案采用鋁粉作為發泡劑還存在一些問題，有待進一步研究解決：1）廢渣中殘留有硫酸鋁及聚氯化鋁，當廢鋁礦渣加入料漿后，廢鋁礦渣會快速吸水，同時發生絮凝，導致料漿流動性降低，且影響發泡，今后擬采用有機發泡劑解決此問題；2）廢鋁礦渣呈酸性，與鋁粉發泡要求的堿性環境矛盾，需加大原料中生石灰的配比，從而增加了生產成本。

待上述問題解決后，廢渣可批量投入生產加氣混凝土輕質磚。

5.4 粉塵、噪聲治理技術措施

粉塵來源于原料鋁土礦破碎及加料、硫酸鋁產品破碎及包裝、噴霧干燥聚氯化鋁包裝工序，均可采用集氣罩或管道收集后進入布袋除塵器除塵。

噪聲來源于破碎機、空壓機、各種泵類、風機等設備運行時產生的機械性噪聲，降噪的主要措施：1）選用低噪聲設備；2）采用設備專用房、隔聲罩、消聲器、減振器等措施；3）加強設備的維護和保養，確保設備處于良好的運轉狀態，杜絕因設備不正常運轉時產生的高噪聲現象；4）加強廠區綠化隔音措施。

6 環境風險控制措施

根據對鋁鹽行業存在的主要環境風險源及環境風險事件進行辨識，提出了環境風險管理及技術控制措施。

6.1 管理控制措施

主要管理控制措施：1）認真落實環評及批復文件中環境風險防控措施；2）加強日常環保管理，對環境風險源、環保設施等進行定期巡查，及時發現環境風險隱患和問題，并迅速采取防范措施；3）定期組織風險事故應急教育培訓和演練，提高企業的環境應急處置能力。

6.2 技術控制措施

6.2.1 水環境風險防控措施

水環境風險防控措施：1）截流措施，對鹽酸、硫酸儲罐區及液體產品貯存區，必須設置有效圍堰；2）應急收集措施，在鹽酸、硫酸儲罐區必須設置應急地下收集池和倒罐設施；3）事故排水收集處置措施，設置廢水收集處理池，將事故清洗水、消防污水進入廢水收集池進行中和處理，合格后排放；4）生產廢水系統、雨水系統防控措施，廠區設置雨污分流系統，廢水和雨水總排口設置關閉設施。正常情況下，生產中的廢水全部收集循環利用，不外排。受污染的清凈下水及收集的初期雨水進入廢水處理系統處理。

6.2.2 大氣環境風險防控措施

大氣環境風險防控措施：1）硫酸鋁、明礬反應結束后泄壓的含硫酸霧蒸汽通過水洗及堿洗冷凝與吸收后達標排放；2）聚氯化鋁反應、滾筒干燥工序產生的含氯化氫的廢氣及蒸汽通過冷凝、水噴淋與堿液噴淋吸收后達標排放；3）聚氯化鋁噴霧干燥工序熱風爐的煙氣通過布袋除塵、聚氯化鋁溶液噴淋與堿液噴淋吸收后達標排放；4）鹽酸、硫酸儲罐設置液位計、防雷設施、酸霧檢測報警裝置。

6.2.3 其他環境風險防控措施

其他環境風險防控措施：1）鋁土礦、鋁礬土、氫氧化鋁等固體原料或產品都要堆存在廠房內，不得堆放在室外，避免日曬雨淋造成環境污染；2）必須委托具有危險化學品運輸資質的單位進行硫酸、鹽酸的運輸，采用檢驗合格的運輸車輛，并按要求在車輛上懸掛危險標識牌；安排專人負責卸車，設置事故回收設施；避免硫酸、鹽酸在運輸和卸車過程中發生泄漏而污染環境。

7 結論與建議

在全球水資源短缺和水污染嚴重的背景下，國內外用于水處理的鋁鹽產品需求強勁。隨著國家新的環保法律、法規和標準的實施，鋁鹽產品的消費量將會持續且更加快速地增長，從而為鋁鹽行業提供良好的發展機遇；與此同時，也對鋁鹽行業的污染治理及環境風險控制提出了更高、更嚴的要求。

面對機遇與壓力，鋁鹽行業需堅持科技創新，強化節能減排，加強環境風險控制，不斷采用新工藝、新技術加強生產和污染治理，推動行業的技術進步和轉型升級，才能抓住鋁鹽行業的良好發展機遇，實現可持續性發展。

［1］ 何朝暉，楊玉梅，晏永祥，等.中國鋁鹽行業現狀及發展趨勢［J］.無機鹽工業，2012，44（3）：1-4.

［2］ GB 31573—2015 無機化學工業污染物排放標準［S］.