鋁型材廢水的治理工藝

1、鋁型材廢水的治理工藝1 廢水特點(diǎn)鋁型材生產(chǎn)過程主要包括對成型鋁材的脫脂、堿蝕、酸洗、氧化、封孔及著色，而經(jīng)上述工序處理后的型材均需用水進(jìn)行清洗，這部分型材清洗水以溢流形式排出清洗槽，是鋁型材廠廢水的主要來源。鋁型材廠生產(chǎn)廢水除含有大量的鋁離子，還含有部分鋅、鎳、銅等金屬離子，廢水的酸堿度視各生產(chǎn)要求不同而有所變化，但呈酸性的居多。表1 鋁型材廢水水質(zhì)表項(xiàng)目pH懸浮物(mg/L)銅(mg/L)鋅(mg/L)鎳(mg/L)濃度2430010000.531.541.542 廢水處理工藝流程針對鋁型材廢水主要含各種金屬離子及懸浮物的特性，采用中和調(diào)節(jié)及混凝沉淀法工藝。鋁型材生產(chǎn)廢水由車間排出后流入中和

2、調(diào)節(jié)池，池內(nèi)設(shè)空氣攪拌，以均衡水質(zhì)。廢水經(jīng)調(diào)節(jié)池均衡水質(zhì)及水量后，加入堿調(diào)節(jié)pH值至69，再用泵抽送入沉淀池中，在抽送過程同時(shí)加入絮凝劑(PAM)。廢水中的金屬離子在與堿反應(yīng)形成氫氧化物后，又在絮凝劑的作用下，形成較大顆粒礬花，在重力作用下快速沉降，沉淀池上半部清液可直接外排，出水水質(zhì)達(dá)到廣東省地方排放標(biāo)準(zhǔn)DB 442689二類地區(qū)二級排放標(biāo)準(zhǔn)。沉淀池污泥經(jīng)污泥池濃縮后用泵抽送入板框壓濾機(jī)脫水后作衛(wèi)生填埋或綜合利用。3 工藝原理3.1 調(diào)節(jié)池在鋁型材廢水處理中，將調(diào)節(jié)池的池型分為間歇和連續(xù)兩種。人工調(diào)節(jié)時(shí)需將調(diào)節(jié)池分成兩格，每格池廢水的停留時(shí)間為12 h，輪流間歇使用，以便于人工調(diào)節(jié)；自動(dòng)調(diào)節(jié)

3、只需一格調(diào)節(jié)池，用pH自動(dòng)調(diào)節(jié)儀控制廢水的pH值，由于鋁型材廢水含有大量的鋁，而鋁在溶液中呈兩性狀態(tài)。當(dāng)pH3時(shí)，鋁主要存在形態(tài)為Al(H2O)3+6；當(dāng)pH=7時(shí)，氫氧化鋁成為Al3+的主要存在形態(tài)；當(dāng)pH8.5后，大部分氫氧化鋁便水解為帶負(fù)電荷的絡(luò)合陰離子。所以，在工程調(diào)試時(shí)必須將pH值控制在適當(dāng)?shù)姆秶允逛X能以氫氧化鋁的形態(tài)充分沉淀。3.2 反應(yīng)池反應(yīng)池的作用主要是使鋁型材廢水中的Al3+與OH-充分反應(yīng)生成難溶的Al(OH)3沉淀。通常豎流式沉淀池采用渦流反應(yīng)器，平流式沉淀池用折流式反應(yīng)器。3.3 混凝沉淀池廢水中的金屬離子在調(diào)節(jié)池與堿反應(yīng)后，生成難溶的氫氧化物，但由于形成的顆粒較小

4、，在水流的作用下不易沉降，所以必須加入絮凝劑使這些顆粒相互粘結(jié)，聚集成較大顆粒，通過沉淀池固液分離被去除。沉淀池采用平流式或豎流式，尤其后者用得最為廣泛。豎流式沉淀池特別適合于絮凝物沉降，且操作簡單、易于管理、上清液可直接外排。沉淀池停留時(shí)間2h，表面負(fù)荷為1m3/(m2·h)。3.4 污泥處理經(jīng)過沉淀池排出的鋁型材污泥含水率達(dá)到90%以上，需要進(jìn)行脫水處理。根據(jù)工廠的生產(chǎn)能力、排污規(guī)模，選取自然干化和機(jī)械脫水兩種方法對污泥進(jìn)行處理。自然干化就是用干化池盛放污泥，利用陽光將其曬干。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是省事、經(jīng)濟(jì)，但只適合污泥量較小的企業(yè)，而且遇上陰雨天氣非常麻煩；機(jī)械脫水包括采用離心機(jī)、

5、帶式壓濾機(jī)、板框壓濾機(jī)。但由于鋁型材污泥結(jié)構(gòu)疏松，且?guī)в幸欢ǖ母g性，只有板框壓濾機(jī)的效果最好。所以在工程設(shè)計(jì)中，將污泥從沉淀池利用靜壓排至污泥濃縮池內(nèi)，經(jīng)濃縮后用泵抽送到板框壓濾機(jī)壓濾。處理后污泥含水率可降至70%左右，泥餅外運(yùn)或綜合利用。3.5 調(diào)試的關(guān)鍵在鋁型材廢水治理工程調(diào)試中，最關(guān)鍵的是對廢水的pH值進(jìn)行控制，使各種金屬離子生成難溶的氫氧化物，從而達(dá)到最佳的去除效果。表2各種金屬離子去除的最佳pH值金屬離子pH范圍殘留濃度(mg/L)備注鋁5.583pH 6.5以上再溶解銅7141鋅910.51pH 10.5以上再溶解鎳91由表2和對多項(xiàng)鋁型材廢水工程的調(diào)試效果來看，對于一般的鋁型材

6、廢水，將pH值控制在7.58.5得到的沉淀效果最佳；對于某種金屬離子偏多的廢水，需根據(jù)該金屬離子的特性調(diào)節(jié)pH值。4 監(jiān)測結(jié)果及分析該鋁型材廢水處理工藝已在南海市90%以上的鋁材廠投入運(yùn)行使用，設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)良好，出水水質(zhì)穩(wěn)定。表3為部分企業(yè)取樣監(jiān)測結(jié)果。表3鋁型材廠廢水監(jiān)測結(jié)果表單位水樣pH懸浮物(mg/L)銅(mg/L)鋅(mg/L)鎳(mg/L)興發(fā)鋁材廠進(jìn)水1.8614540.550.242.12出水6.2920.80.020.020.08鳳池廢水廠進(jìn)水9.9738040.400.511.70出水7.9412.80.040.000.26聯(lián)窖廢水廠進(jìn)水4.3429521.613.224.92出

7、水7.137.20.040.150.26廣東省排放標(biāo)準(zhǔn)69100121注以上數(shù)據(jù)為南海市環(huán)境監(jiān)測站提供，出水執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)為廣東省工業(yè)三廢排放標(biāo)準(zhǔn)DB 442689。5 小結(jié) 工程實(shí)踐表明該工藝是合理、可行的。 由于鋁在溶液中的兩性狀態(tài)，鋁離子在廢水中也起著凈水劑的作用，同時(shí)在加入的各種絮凝劑、混凝劑中也含有大量的鋁，所以在處理后的水質(zhì)項(xiàng)目中沒有對鋁的濃度作出要求。 鋁型材廢水處理工藝原理簡單，操作、管理方便，還適合其他金屬廢水、酸堿廢水處理。目前存在的問題是廢渣的處理，鋁材污泥經(jīng)壓濾機(jī)脫水后仍含較多的氫氧化物，隨便處置會(huì)造成二次污染。實(shí)際上鋁材廢水的沉淀物含有大量的氫氧化鋁，如果加以開發(fā)利用，提煉

8、出非常純凈的氫氧化鋁作為一種化工原料，具有廣泛的用途。略述城市污水廠污泥熱化學(xué)處理技術(shù)隨著城市污水處理的普及，城市污水廠污泥將大量增加，這些污泥如不經(jīng)處置直接排放，會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的污染。目前污泥處理方法種類繁多，但大都存在一些弊端，如處理不徹底，易產(chǎn)生新的二次污染等。污泥熱化學(xué)處理方法(污泥受熱發(fā)生化學(xué)反應(yīng)使之穩(wěn)定、減容的方法)具有滅菌效果好，處理迅速，占地相對較少，處置后污泥穩(wěn)定并可利用其所含有機(jī)物實(shí)施能源回收等優(yōu)點(diǎn)?？蛇_(dá)到使污泥處置減量化、無害化、資源化的目的。因此被認(rèn)為是很有前途的污泥處理方法，受到了廣泛關(guān)注。污泥熱化學(xué)方法主要可分為：焚燒法；低溫?zé)峤夥ā?污泥焚燒污泥焚燒是將污泥置入焚燒爐

9、內(nèi)，在過量空氣加入情況下，進(jìn)行完全焚燒。焚燒后最終污泥含水率為0，其中多環(huán)芳烴類污染物不復(fù)存在，其它有機(jī)污染物含量也幾乎為0(重金屬離子 不能被有效去除，沉積在煤灰中)，其體積大為縮小，使污泥最終處置極為便利。1.1焚燒工藝流程與要素污泥焚燒處理流程如圖1所示。a.污泥含水率的多少是污泥焚燒處理中的一個(gè)關(guān)鍵因素。它直接影響污泥焚燒設(shè)備和處理費(fèi)用(當(dāng)污泥揮發(fā)物含量高，含水率低時(shí)，通常能維持自燃)。因此降低污泥含水率對于降低污泥焚燒設(shè)備及處理費(fèi)用是至關(guān)重要的。一般如將污泥含水率降至與揮發(fā)物含量之比小于3.5時(shí)，可形成自燃，節(jié)約燃料2。b.溫度、時(shí)間、氧氣量、揮發(fā)物含量也是焚燒能否取得成功的基本條件

10、。溫度超過800 時(shí) ，有機(jī)物才能燃燒。但此時(shí)污泥燃燒會(huì)產(chǎn)生大量惡臭性刺激氣體。為消除此種氣體，一般將溫度升至1000 或加設(shè)二次燃燒設(shè)備。焚燒時(shí)間越長，焚燒越徹底。但會(huì)增加能耗，因此一般污泥焚燒時(shí)間為0.51.5 h5。氧氣是焚燒的動(dòng)力，通常由空氣供應(yīng)(空氣量不足，燃燒不充分，空氣量過多，加熱空氣 會(huì)消耗過多的熱量，也不適宜)。一般采用50%100%過量空氣2。污泥揮發(fā)物含量一般可反映出污泥含潛在熱量的數(shù)量。這部分熱量可用于污泥焚燒，但往往 不足以支持燃燒，因此還需從外界補(bǔ)充熱能。c.污泥預(yù)處理。污泥在進(jìn)入焚化爐前加以必要的預(yù)處理，能使焚燒更有效地進(jìn)行。將污泥粉 碎可使投入爐內(nèi)污泥均勻，保障

11、燃燒充分。污泥預(yù)熱，可使其含水率下降，降低污泥焚燒時(shí)所耗能源。此工序應(yīng)根據(jù)焚燒爐型、設(shè)置或 免除。圖1污泥焚燒流程圖1.2設(shè)備a.污泥焚燒設(shè)備現(xiàn)有多種型號，其中最常見的為立式多段爐3。這種爐以逆流方式運(yùn)作，熱效率很高。之所以不像一般城市垃圾采用爐排式燃燒，主要是因?yàn)槲勰囝悘U物一般都很粘稠，點(diǎn)燃后易結(jié)成餅或表面灰化覆蓋在燃燒物外表上，使火焰熄滅。需不斷攪拌，反 復(fù)更新燃燒表面，使污泥得以充分氧化。在多段爐內(nèi)各段均設(shè)有攪拌面，物料在爐內(nèi)停留時(shí)間也很長，方能使污泥完全燃燒4。為保障工藝順利進(jìn)行，除焚燒爐外還需添置污泥器(帶粉碎機(jī))，多點(diǎn)鼓風(fēng)系統(tǒng)，熱量回收裝 置加(當(dāng)設(shè)二次燃燒設(shè)備時(shí)，尤要注意此點(diǎn))，

12、輔助熱源(起動(dòng)燃燒器)和除灰設(shè)備等輔助設(shè)備 。多段焚燒爐存在的問題主要是機(jī)械設(shè)備較多，需要較多的維修與保養(yǎng)。耗能相對較多，熱效率較低，為減少燃燒排放的煙氣污染，需要增設(shè)二次燃燒設(shè)備。此外運(yùn)用較多的還有轉(zhuǎn)窯(回轉(zhuǎn))爐和流化床爐等。處理效果與多段爐相差不大。b.煙氣處理系統(tǒng)。污泥焚燒產(chǎn)生大量帶飛灰的煙氣，這些煙氣中含有多種有毒物質(zhì)，如二惡英、甲硫醇、SOx等，形成二次污染。煙氣處理工藝復(fù)雜、技術(shù)難度大、處理成本昂貴。而且廢氣的潛在性危害，有些還處在環(huán)保 工作者的進(jìn)一步認(rèn)識(shí)、研究之中，如二惡英等。因此，對煙氣的治理決不能掉以輕心。據(jù)現(xiàn)有資料看，絕大多數(shù)國外污泥焚燒設(shè)備，已從過去的靜電除塵器與干式洗滌

13、法相結(jié)合的 處理法，轉(zhuǎn)變成為高性能靜電除塵器與濕式洗滌設(shè)備和脫硝設(shè)備相組合的處理方法。少數(shù)新廠為 去除二惡英、呋喃等有毒物質(zhì)，還采用了袋濾式除塵設(shè)備與其它設(shè)備相組合的方式。如美國 1991年建成的一套污泥焚燒設(shè)備就采用了干式洗滌器、消石灰噴霧、袋濾式除塵器，可有效地去除二惡英。日本川崎重工采用了濕式洗滌器、袋濾過濾器、脫硝反應(yīng)塔。目前，國際上除了采用袋濾式除塵器外，還廣泛通過改善焚燒爐的燃燒狀態(tài)以解決這一問題。即保持高溫、保持燃燒時(shí)間，使污泥得以完全燃燒。污泥焚燒的廢氣處理工序還有待進(jìn)一步完善，還有很大的潛力可挖。污泥焚燒后，體積大為縮小，如美Aypernon污水廠每日進(jìn)消化池污泥9443 m

14、3，經(jīng)消化后 為7930 m3，脫水后為1160 m3，焚燒后體積為99 m3，為進(jìn)泥體積的1.05%。大大減 輕了污泥最終處置的負(fù)擔(dān)。污泥焚燒后的灰渣可以采用安全的土地填埋方法予以處置。污泥焚燒的主要缺點(diǎn)在于能耗太大。如日本污泥焚燒耗能量占污泥處置耗能量的70%。每年 因此耗重油3.9×105 m3，且焚燒裝置設(shè)備復(fù)雜，建設(shè)和運(yùn)用費(fèi)用高于一般污泥處 理方法。因此，國內(nèi)除少量專門系統(tǒng)外，還沒有污泥焚燒設(shè)施投入使用。2污泥熱分解污泥熱分解是一種新興的污泥熱處理工藝。將污泥在無氧或低于理論氧氣量的條件下，加熱到一定溫度(高溫：5001000 ，低溫：500 )，使固體物質(zhì)分解為油、不凝性

15、氣體 和炭三種可燃物。部分產(chǎn)物作為前置干燥與熱解的能源，其余能源回收。由于高溫?zé)岱纸夂?能大，目前研究重點(diǎn)放在低溫?zé)岱纸馍稀?.1工藝流程及產(chǎn)物污泥低溫?zé)岱纸夤に嚵鞒倘鐖D2：圖2污泥低溫?zé)峤馓幚砹鞒虉D德國哥庭根大學(xué)的研究者，已創(chuàng)造出了一種能將污泥轉(zhuǎn)化為液體和固體燃料的間歇式反應(yīng)工 藝9。此工藝中，干污泥在無氧環(huán)境下被加熱至300350 大約30 min。加拿大環(huán)保研究人員作了進(jìn)一步研究。他們對美、加、英三國的18種不同污水廠污泥進(jìn)行了 檢測后，H.W.Campbell 和 T.R.Bridle得出了如下數(shù)據(jù)：從表1可看出，相同條件下，不同性質(zhì)污泥經(jīng)熱解后，產(chǎn)物率是不相同的。生污泥油產(chǎn)率明顯高于

16、消化污泥。在熱解產(chǎn)物中，不凝性氣體熱值很低，產(chǎn)率也不高，但帶有很強(qiáng)烈的臭味 。其中含有CO，H2S，CH4，甲硫醇，二甲硫，三甲硫，氨等。這類氣體屬可燃性氣體， 可通過燃燒脫臭。所產(chǎn)生熱能作為補(bǔ)充能源用，但要增加相關(guān)設(shè)備。表1污泥熱分解數(shù)據(jù)表8生污泥消化污泥油炭供應(yīng)能力 /g.h-1750750溫度 /450450污泥停留時(shí)間 /h2020產(chǎn)率 /%24461329粘度 /2362987熱值 /MJ.kg-133383242產(chǎn)率 /%40664173熱值 /M.kg-1723617不凝性氣體產(chǎn)率 /%310412熱值 /M.kg-12646熱解水 產(chǎn)率 /%310716產(chǎn)油熱值高，收集起來后可

17、作為能源貯存。據(jù)筆者所作試驗(yàn)看，油在熱解過程中以蒸氣相出現(xiàn)，經(jīng)油水冷凝分離，冷卻后，油呈棕褐色、焦油狀、發(fā)粘、有異味、可被明火點(diǎn)燃，性質(zhì) 穩(wěn)定。據(jù)上海同濟(jì)大學(xué)與H.W.Campbell等資料看，污泥在450 以下時(shí)，溫度上升，產(chǎn)油率上升。而且經(jīng)微生物處理程度越淺的污泥，有機(jī)物含量越高，其產(chǎn)油率也越高。產(chǎn)物熱值 與反應(yīng)溫度基本呈反比。污泥熱解制成的炭為無光澤多孔狀黑色塊粒。炭體積約為原有污泥體積1/3。污泥炭產(chǎn)率隨 溫度上升而下降。為取得較高產(chǎn)率炭，將熱解溫度控制在300 以下，可得到燃燒性能較好 的污泥炭。污泥炭性質(zhì)穩(wěn)定，可用于摻煤或直接作為熱解補(bǔ)充能源10。污泥熱解、冷凝后的水，含有大量雜質(zhì)

18、，需重新處理后方可排放。2.2污泥熱分解機(jī)理污泥在低溫下轉(zhuǎn)化為水、不凝性氣體、油和炭。其組成及分布主要由污泥性質(zhì)決定。但也與熱解溫度有關(guān)。由于現(xiàn)今進(jìn)行的污泥熱解試驗(yàn)多限于試驗(yàn)室規(guī)模，因此提出了不同的作用機(jī)理。較普遍的看法為：在300 以下發(fā)生的熱化學(xué)轉(zhuǎn)化反應(yīng)，主要是污泥中脂 肪族化合物的轉(zhuǎn)化。此類化合物沸點(diǎn)較低，其轉(zhuǎn)化形式主要為蒸汽；300 以上蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)化 與390 以上開始的糖類化合物轉(zhuǎn)化，主要轉(zhuǎn)化反應(yīng)是肽鍵的斷裂?；蜣D(zhuǎn)移變性及支鏈斷 裂等；含炭物質(zhì)在200450 發(fā)生轉(zhuǎn)化，至450 基本完畢。2.3生產(chǎn)設(shè)備由于污泥熱解是一種新型的污泥處理工藝，因此其生產(chǎn)設(shè)備，尚無較規(guī)范的型式。目前，日本

19、進(jìn)行的是將污泥焚燒爐改進(jìn)為熱解爐。降低操作溫度，調(diào)節(jié)進(jìn)入空氣量。其能耗有所下降，但熱解過程中產(chǎn)生大量強(qiáng)刺激性尾氣，需要添置尾氣處理系統(tǒng)。西歐、北美正在研制帶加熱夾套的臥式攪拌反應(yīng)器8。反應(yīng)器分成蒸汽揮發(fā)和氣 固接觸二個(gè)區(qū)域。二區(qū)域間以一個(gè)蒸汽內(nèi)循環(huán)系統(tǒng)相連接。從而滿足了反應(yīng)機(jī)理對反應(yīng)器的 要求。污泥經(jīng)脫水、干燥后，在轉(zhuǎn)化反應(yīng)器中產(chǎn)生衍生燃料油、炭、不凝性氣體和水，效果良好?，F(xiàn)在進(jìn)行的各式污泥熱解的研究還大都處于實(shí)驗(yàn)室或中試階段，其生產(chǎn)設(shè)備的改進(jìn)、創(chuàng)新、定型，尚需時(shí)日。作為一種有待完善的污泥處理工藝污泥熱解的經(jīng)濟(jì)性和實(shí)用性，受到廣泛關(guān)注。從筆者所做實(shí)驗(yàn)與上海同濟(jì)大學(xué)污泥熱解實(shí)驗(yàn)看，一般污泥加熱到200 以上就開始明顯分解，釋放出相當(dāng)數(shù)量的強(qiáng)烈臭氣。溫度上升至250300 時(shí)產(chǎn)氣量達(dá)到最高值。保溫3040 min 后產(chǎn)氣量基本為0。此時(shí)產(chǎn)的炭為具有穩(wěn)定性質(zhì)和一定熱值的燃料。平均產(chǎn)炭量為0.40 g/g 0.55 g/g干污泥，炭能量約占污泥原能量30%45%，可作為劣質(zhì)煤替代品。產(chǎn)油率為0. 20.25 g/g有機(jī)物，油可回收能量為原污泥能量的35%50%。油熱值比市售重油熱值低，為33.3 MJ/kg。油和炭均可用作鍋爐燃料。對尾氣收集后進(jìn)行二次燃燒分解脫臭。如