赤泥堆場(chǎng)回水處理方案的試驗(yàn)研究

王勝安

(貴陽鋁鎂設(shè)計(jì)研究院有限公司,貴州 貴陽 550081)

赤泥堆場(chǎng)均設(shè)置有回水系統(tǒng)[1]來收集堆場(chǎng)匯水區(qū)域內(nèi)的降雨,回水系統(tǒng)主要包括排水井(或斜槽)、排水管(或隧洞)、回水池、回水泵等設(shè)施。由于赤泥成份中含有Na2O[2],雨水經(jīng)過赤泥面時(shí)不可避免的因洗滌赤泥表層而帶堿,故從堆場(chǎng)內(nèi)出來的回水全部為含堿污水,正常情況下需返回氧化鋁廠工藝流程使用,不能直接外排。

目前,我國大多數(shù)赤泥堆場(chǎng)配套的回水池均較小,容積從幾千到一兩萬方不等(少數(shù)氧化鋁廠已建成容積達(dá)數(shù)十萬方的回水池),但赤泥堆場(chǎng)一次降雨的雨水可達(dá)四五十萬方,加上氧化鋁廠回水能力不足(根據(jù)氧化鋁廠產(chǎn)能不同而回水不同,一般為100～800 m3/h),導(dǎo)致降雨不能及時(shí)排出赤泥堆場(chǎng),堆場(chǎng)經(jīng)常不得已成為存水庫,嚴(yán)重影響赤泥堆場(chǎng)的安全[3],存在潰壩、漫壩、泄漏等安全環(huán)保風(fēng)險(xiǎn)。近年來國內(nèi)赤泥堆場(chǎng)泄漏事件時(shí)有發(fā)生,隨著國家對(duì)赤泥堆場(chǎng)安全、環(huán)保監(jiān)管力度的不斷加大,針對(duì)赤泥堆場(chǎng)回水的妥善處理工作顯得尤為迫切和重要。

赤泥堆場(chǎng)回水中主要超標(biāo)的污染物指標(biāo)為pH、COD(化學(xué)需氧量)、懸浮物等,部分地區(qū)可能存在色度、硫化物、氨氮、揮發(fā)酚等超標(biāo)的現(xiàn)象。

針對(duì)南方某氧化鋁廠工程實(shí)際情況,企業(yè)同時(shí)運(yùn)行的有濕法、干法兩個(gè)赤泥堆場(chǎng),運(yùn)行過程中將會(huì)產(chǎn)生濕法赤泥庫滲濾液(源自濕法赤泥庫)、壓實(shí)濾餅干赤泥淋洗液(源自干法赤泥堆場(chǎng)內(nèi)干赤泥已壓實(shí)區(qū)域)、未壓實(shí)濾餅干赤泥淋洗液(源自干法赤泥堆場(chǎng)內(nèi)干赤泥未壓實(shí)區(qū)域)三種水體。根據(jù)干法赤泥堆場(chǎng)的生產(chǎn)運(yùn)行實(shí)際和設(shè)計(jì)要求,濾餅干赤泥為分區(qū)堆存,壓實(shí)濾餅干赤泥區(qū)域面積約為70%,未壓實(shí)濾餅干赤泥區(qū)域面積約為30%。另外,干法、濕法赤泥堆場(chǎng)回水均可通過回水管輸送至同一回水池進(jìn)行混合,兩者回水量可通過管道閥門控制,本次試驗(yàn)就是在上述工程實(shí)際的基礎(chǔ)上進(jìn)行的。

為解決上述水體中污染物指標(biāo)超標(biāo)問題,結(jié)合該企業(yè)生產(chǎn)實(shí)際的情況,本次對(duì)三種淋洗液進(jìn)行水處理試驗(yàn),通過不同的水體、混合液組合及試驗(yàn)方案,尋求滿足《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》、《鋁工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》等國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范要求的處理方法,為后續(xù)工程設(shè)計(jì)提供技術(shù)支撐。

1 試驗(yàn)水體水質(zhì)分析

本次試驗(yàn)三種水體分別為:

(1)濕法赤泥庫滲濾液:該水體為現(xiàn)有濕法庫收集至回水池內(nèi)的滲濾液;

(2)壓實(shí)濾餅干赤泥淋洗液:該水體為壓實(shí)的濾餅干赤泥，按項(xiàng)目所在地多年平均的最大1小時(shí)降雨量均值淋洗0.5小時(shí)取得;

(3)未壓實(shí)濾餅干赤泥淋洗液:該水體為未壓實(shí)的濾餅干赤泥，按項(xiàng)目所在地多年平均的最大1小時(shí)降雨量均值淋洗0.5小時(shí)取得。

三種試驗(yàn)水體水質(zhì)分析結(jié)果詳見表1。

表1 試驗(yàn)水體水質(zhì)分析結(jié)果表

根據(jù)上述表1中的水質(zhì)分析結(jié)果可知,赤泥堆場(chǎng)回水的主要污染物指標(biāo)為pH、COD、懸浮物,本次試驗(yàn)亦主要針對(duì)上述三項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行處理方案研究。

2 回水處理試驗(yàn)

為得到高效、低成本的赤泥堆場(chǎng)回水處理方案,本次根據(jù)三種水體的不同水質(zhì)情況,進(jìn)行了三類試驗(yàn)研究,實(shí)驗(yàn)處理方法及實(shí)驗(yàn)試劑量參照已有工程經(jīng)驗(yàn),實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)的主要內(nèi)容如下:

(1)單獨(dú)處理每種水體的試驗(yàn);

(2)壓實(shí)與未壓實(shí)濾餅干赤泥淋洗液混合液的試驗(yàn);

(3)三種水體混合液的試驗(yàn)。

2.1 單獨(dú)處理每種水體的試驗(yàn)

2.1.1 濕法赤泥庫滲濾液的處理試驗(yàn)

針對(duì)濕法赤泥庫滲濾液pH、COD值偏高的特點(diǎn),本次試驗(yàn)采用的處理方法為:滲濾液-加酸調(diào)節(jié)pH值(逐漸將滲濾液pH值調(diào)至4左右)-芬頓反應(yīng)-加堿液調(diào)節(jié)pH值(pH值調(diào)節(jié)至7～9)-加助凝劑混凝沉淀-重復(fù)上述過程至COD達(dá)標(biāo)。

采用上述方法能有效去除水體中的 COD、色度,但泥水分離困難,需要重復(fù)芬頓氧化反應(yīng)次數(shù)高達(dá)5次,混凝沉降時(shí)間很長(zhǎng),污泥量很多。

圖1 濕法赤泥庫滲濾液的處理試驗(yàn)照片

2.1.2 壓實(shí)濾餅干赤泥淋洗液的處理試驗(yàn)

壓實(shí)濾餅干赤泥淋洗液各項(xiàng)指標(biāo)均較低,但懸浮物值較高,超出相關(guān)排放標(biāo)準(zhǔn)。本次試驗(yàn)采用的處理方法為:壓實(shí)濾餅干赤泥淋洗液(100 mL)-加入硫酸(0.025 mL)-加0.1%助凝劑混凝沉淀(0.5 mL)。

圖2 壓實(shí)濾餅干赤泥淋洗液的處理試驗(yàn)照片

采用上述方法處理壓實(shí)濾餅干赤泥淋洗液的時(shí)沉淀效果較好,色度脫除和懸浮物去除效果較好,COD 的去除基本沒有效果,而且是呈上升的趨勢(shì)。

2.1.3 未壓實(shí)濾餅干赤泥淋洗液的處理試驗(yàn)

未壓實(shí)濾餅干赤泥淋洗液各項(xiàng)指標(biāo)均較低,但pH、懸浮物值均很高,超出相關(guān)排放標(biāo)準(zhǔn)。本次試驗(yàn)采用的處理方法為:未壓實(shí)濾餅干赤泥淋洗液(100 mL)-加入硫酸(0.05 mL)-加0.1%助凝劑混凝沉淀(0.5 mL)。

圖3 未壓實(shí)濾餅干赤泥淋洗液的處理試驗(yàn)照片

采用上述方法處理未壓實(shí)濾餅干赤泥淋洗液,沉淀效果較好,色度脫除和懸浮物去除效果較好,COD 的去除有一定的效果,總體呈下降的趨勢(shì),達(dá)到鋁工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)(GB25465-2010)中表2標(biāo)準(zhǔn)限值。

2.2 壓實(shí)與未壓實(shí)濾餅干赤泥淋洗液混合液的試驗(yàn)

根據(jù)工程實(shí)際,干法赤泥堆場(chǎng)內(nèi)壓實(shí)干赤泥濾餅堆存區(qū)域與未壓實(shí)干赤泥濾餅堆存區(qū)域比例約為7∶3,初步估計(jì)壓實(shí)赤泥液和未壓實(shí)赤泥液水量比例為7∶3,故本次試驗(yàn)按照7∶3的比例形成壓實(shí)與未壓實(shí)濾餅干赤泥淋洗液混合液。試驗(yàn)采用的處理方法為:混合液(100 mL)-加入硫酸(0.03 mL)-加0.1%助凝劑混凝沉淀(0.5 mL)。

圖4 壓實(shí)與未壓實(shí)濾餅干赤泥淋洗液混合液的處理試驗(yàn)照片

本次處理壓實(shí)赤泥液∶未壓實(shí)赤泥液=7∶3的混合液時(shí),沉淀效果較好,COD、色度脫除和懸浮物去除效果較好,能夠達(dá)到要求。

2.3 三種水體混合液的試驗(yàn)

根據(jù)赤泥堆場(chǎng)的運(yùn)行實(shí)際及上述試驗(yàn)結(jié)果,盡量降低水處理運(yùn)行成本,考慮將三種回水水體進(jìn)行統(tǒng)一處理外排。

針對(duì)混合液(壓實(shí)赤泥液∶未壓實(shí)赤泥液=7∶3)和濕法庫滲濾液進(jìn)行不同比例的二次混合液試驗(yàn)分析,初步擬定體積比例為2∶1、3:1的兩種二次混合液進(jìn)行試驗(yàn)分析。根據(jù)相關(guān)經(jīng)驗(yàn),本次采用下述三種方法進(jìn)行試驗(yàn)分析,詳見表2。

表2 混合液試驗(yàn)方法統(tǒng)計(jì)表

按照上述試驗(yàn)方法進(jìn)行試驗(yàn),各階段主要指標(biāo)pH、COD的參數(shù)變化詳見表3。

表3 混合液試驗(yàn)階段主要指標(biāo)變化統(tǒng)計(jì)表

圖5 三種不同試驗(yàn)方法處理后的試驗(yàn)照片

通過上述試驗(yàn)分析結(jié)果可知,通過二次高級(jí)氧化后,試驗(yàn)① 達(dá)不到COD≤60 mg/L的要求;試驗(yàn)② 可以達(dá)到COD≤60 mg/L的要求,且在一次和二次高級(jí)氧化是均不需要調(diào)節(jié)pH,也沒有沉淀產(chǎn)生,工藝流程短,不產(chǎn)生污泥;試驗(yàn)③ 基本達(dá)到COD≤60 mg/L的要求,但試驗(yàn)③ 的處理工藝流程較長(zhǎng),在芬頓后會(huì)產(chǎn)生大量的污泥。

3 結(jié) 論

本次通過對(duì)赤泥堆場(chǎng)回水進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室處理試驗(yàn),對(duì)不同的水體及混合液采用不同的試驗(yàn)方法的處理試驗(yàn)分析,使處理后的水體能滿足相關(guān)國家規(guī)范的排放要求。由試驗(yàn)可知,單獨(dú)處理濕法赤泥庫滲濾液時(shí)藥劑成本高,混凝沉淀和去除 COD的效果不好,泥水難以分離;單獨(dú)處理壓實(shí)赤泥液或未壓實(shí)赤泥液時(shí),沉淀效果較好,色度脫除和懸浮物去除效果較好,COD 的去除效果一般:壓實(shí)赤泥液處理后是呈上升的趨勢(shì),未壓實(shí)赤泥液處理后是呈下降的趨勢(shì);處理按壓實(shí)赤泥液∶未壓實(shí)赤泥液=7∶3比例混合的混合液時(shí),沉淀效果較好,COD、色度脫除和懸浮物去除效果好,能夠達(dá)到要求;處理混合液(壓實(shí)赤泥液∶未壓實(shí)赤泥液=7∶3)和濕法庫滲濾液進(jìn)行不同比例的二次混合液時(shí),試驗(yàn)① 處理后的水體COD達(dá)不到排放要求,試驗(yàn)②、試驗(yàn)③ 處理后水體均可以達(dá)到排放要求,但二次混合液比例為 3∶1 時(shí)處理后出水的 COD 更低,且與各堆場(chǎng)滲濾液的水量平衡。

針對(duì)本赤泥堆場(chǎng)回水的實(shí)際情況,結(jié)合實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)結(jié)果,綜合考慮占地、處理效果、污泥處理、能耗、藥劑成本等因素,建議本工程設(shè)計(jì)中采用“混合液(壓實(shí)赤泥液∶未壓實(shí)赤泥液=7∶3)和濕法庫滲濾液比例為3∶1的二次混合液+酸調(diào)節(jié)pH+混凝沉淀過濾+二次高級(jí)氧化”工藝可以達(dá)到很好的赤泥堆場(chǎng)回水處理效果。

本次赤泥堆場(chǎng)回水處理方案的試驗(yàn)研究為實(shí)現(xiàn)赤泥堆場(chǎng)回水處理后達(dá)標(biāo)排放提供了可靠的技術(shù)支持,能有效解決了赤泥堆場(chǎng)內(nèi)存水嚴(yán)重、氧化鋁廠區(qū)回水困難的實(shí)際問題,有利于實(shí)現(xiàn)赤泥堆場(chǎng)真正的干法堆存,對(duì)保障赤泥堆場(chǎng)的安全、環(huán)保具有重要的意義。