氧化鋁廠廢水零排放處理技術分析

高殿文

（呂梁市生態環境局柳林分局，山西 呂梁 033300）

0 引言

氧化鋁生產需要消耗大量的水資源，且會產生大量的廢水，對于環境的負面影響較為突出。為有效降低環境污染、降低氧化鋁生產成本，并提高氧化鋁廠的經濟和社會效益，如何確保氧化鋁廠廢水盡量做到“零排放”，成為需要重點關注的一項內容。目前，雖然很多氧化鋁廠對廢水零排放處理技術都積極展開研究，但仍有很大的提升空間。

1 案例概況

某氧化鋁廠當前產能為100 萬t/a，主要采用拜耳—燒結混聯法生產工藝生產氧化鋁材料，并同時生產與之相關的一些其他高附加值產品。近年來，該廠對于氧化鋁生產廢水處理相對較為重視，設計了具有適應性的廢水處理流程，如圖1 所示。

圖1 該氧化鋁廠既有的廢水處理流程圖

近年來，隨著該氧化鋁廠產能的進一步提升，廢水主要指標超出限值的情況頻發，表明當前的工藝流程仍然存在諸多不足之處。因此，該廠技術部門決定對現有的生產廢水處理系統工藝流程進行改進。

2 零排放處理技術應用策略

在確定對現有的生產廢水處理系統工藝流程進行優化改進后，技術人員首先基于該廠的實際生產流程，分析氧化鋁生產廢水的來源，該廠氧化鋁生產廢水的來源較多，包括赤泥沉降分離洗滌過程中的設備溢流、蒸發壞水、設備冷卻水、循環水系統的反沖洗水以及各個生產車間的沖洗地坪用水等，如圖2 所示。

圖2 廢水來源

在此基礎上，結合氧化鋁廠廢水普遍存在的溫度高、堿度高和懸浮物含量高等特點，對原有的氧化鋁廠生產廢水處理系統工藝流程進行初步優化[1-3]，得到優化后的工藝流程圖，如圖3 所示。

圖3 優化后的廢水處理流程圖

基于該工藝流程，技術人員進一步從以下幾個方面入手，對相關工藝環節進行優化設計。

1）對格柵進行優化。由于氧化鋁生產過程復雜，且部分生產工藝設備的開放性較為突出，因此，技術人員重點防止這些開放性較高的設備中混入固體雜物。考慮到現有系統格柵為間隔10 cm 左右的粗格柵，對于雜物的隔絕效果較為有限，因此，增加一道規格為2 cm 見方的網格狀細格柵，以實現對絕大多數雜物的隔絕。

2）增設隔油預沉池。其主要作用是避免廢水中摻入過多的油類化合物（這些油類化合物主要源自水泵液力耦合器、電機油冷器和攪拌裝置等的泄漏），以此提升出水水質。結合實際需要，本次選用平流式隔油池，由池體，刮油刮泥機和集油管等幾部分組成。在實際運行過程中，廢水從一端進入，從另一端流出，由于池內水平流速很小，相對密度小而粒徑較大的油品雜質在浮力的作用下上浮，并且聚集在池的表面，通過設在池表面的集油管和刮油機收集浮油。而相對密度大的雜質則沉于池底。同時集油管設于出水口一側的水面上。集油管由直徑為200 mm 的鋼管制成。沿管的長度在管壁的一側開有切口，其寬度對應中心角為60°，集油管繞管軸轉動，由螺桿控制。平時切口向上并位于水面以上，當水面浮油達到一定厚度時（一般不大于0.25 m），轉動集油管，使切口浸入水面油層以下，浮油即自行進入管內，并沿集油管流向池外。

3）對沉淀池進行優化設計。為滿足污水處理要求，采用“冗余設計”的理念進行設計，增設一座平流沉淀池，該沉淀池的尺寸為4.2 m×9.2 m×4.0 m，處理能力為500 m3/h，通過這種互為備份的冗余設計，能夠避免以往污水處理系統動輒停止運行的局限。為規避以往污泥處理中容易出現堵塞的問題，研究人員通過對生產過程中二赤泥洗滌工序的研究后發現，該工序對熱水的水質并無過高要求，因此，決定將平流沉淀池的底流污泥送到脫硅熱水槽，加熱后作為二赤泥洗滌用的熱水。

4）對過濾器進行優化設計。本次采用高效過濾器取代既有的過濾器模塊[4]。在該過濾器中，采用雙層石英砂濾料進行設計，濾料粒徑范圍控制在0.5～1.0 mm，濾層厚度設置為60～80 cm 范圍內，過濾速度則設定為10 m/h。同時，雙層濾料在性能參數上存在差異，上層石英砂濾料選用密度較小且粒徑較大的輕質濾料，而下層石英砂濾料則選用密度較大和粒徑較小的重質濾料。從理論角度分析，該型過濾器能夠有效提升去污能力，截留氧化鋁生產廢水中粒徑在5 μm 以上的顆粒，且過濾后的水能夠直接通過出水管返回氧化鋁生產系統繼續使用。

5）對污泥濃縮系統進行優化設計。結合實際需要，本次對重力濃縮池[5]進行設計，濃縮池選用方形池，有效水深為1～1.5 m，池底坡度為0.01，并坡向一端。池容積按濃縮10～16 h 核算。因本次采用定期排泥模式，因此，兩次排泥間按8 h 進行計算，有效水深則控制為4 m。同時，在設計過程中，排泥管設置于泵站進泥口和濃縮池的出泥口之間，排泥管最小管徑為150 mm，管內污泥流速設置為0.5～1.5 m/s 范圍內。設計完成的污泥濃縮系統效果圖如圖4 所示。

圖4 污泥濃縮系統效果圖

3 應用效果測試

在以上技術措施得到充分應用后，為檢驗本次“零排放技術”的實際應用效果，研究人員選擇已有的生產數據與技術應用后的數據進行對比分析，分析結果如表1 所示。

表1 技術應用前后主要指標數據對比

由表1 可知，技術應用后，各項敏感指標均降低至控制指標值以下，證明本次設計的面向氧化鋁廠的廢水零排放技術取得初步成效。同時，由于處理后的廢水部分可回用，該廠每年可節約用水成本近150 萬元，其經濟效益和社會效益均較為突出，表明本次氧化鋁生產廢水處理工藝改進對氧化鋁廠提高生產效率具有重要的現實意義。

4 結語

在本次研究中，基于某氧化鋁廠的廢水排放實際情況，初步分析了該廠在廢水排放方面存在的問題，從多個角度入手，采取針對性措施進行了廢水零排放技術的設計和應用。從實際應用效果來看，本次廢水零排放技術應用初步取得了成功，具有一定的現實應用價值。在今后的工作中，仍需不斷改進，嘗試應用信息化技術，進一步提升實際應用效果。