热镀锌焊管生产过程中环境污染物分析与治理

2018-11-14王乾坤张红田

新疆钢铁 2018年3期

王乾坤，张红田

（新疆八钢钢管有限责任公司）

1 前言

热镀锌生产工艺是将处理后的预镀件浸入到熔融的锌液中，使预镀件金属表面形成一种合金层、互熔层共存的镀锌层的物理、化学过程[1]。热镀锌工艺在我国发展迅速，随之也带来了环境污染问题。热镀锌焊管工艺生产过程中产生的主要大气污染物：盐酸酸洗HCl气体、热镀过程中产生的氯化铵与氯化锌废气。外表面处理废气和内表面处理废气；主要水污染物包括：含酸废水、漂洗水、循环冷却水。固体污染物包括：中和池污泥饼。针对各类废气、废水、废润滑油、废矿物油，提出在热镀锌工艺过程中可进一步减轻环境污染及处理措施。

2 热镀锌生产过程中污染物来源

热镀锌生产工艺流程为：酸洗-水洗-助镀-烘干-热镀锌-冷却-表面处理-清洗-检验-打包入库。产生污染物的主要在酸洗、水洗和热镀锌工序。

2.1 酸洗工序

2.2 水洗工序

水洗的目的是去除酸洗和助镀时焊管表面沾附的残余酸液和助镀液，防止酸液继续腐蚀金属表面，同时提高焊管表面洁净度，为热镀锌工序提供较好的表面条件。水洗时的主要污染物为含酸废水，其中有少量的HCl（约4%），并含有一定量的金属离子，主要是亚铁离子、锌离子和铵离子。为了节约用水，含酸废水一般均需进行处理后循环使用。

2.3 热镀锌工序

将锌锭及其合金放入锌锅，加热方式为天然气加热。加热至445±5℃使锌融化，再将助镀后的预镀焊管通过镀锌机进入锌锅中，约2～5min后完成镀锌。焊管在酸洗和助镀过程中形成的金属盐、金属氧化物等会被带入锌锅，因此锌液液面上会产生大量含锌粉尘。锌锅未镀锌时，锌液会处于静止状态，由于锌液表面锌灰的抑制作用，锌锅上方无明显烟尘产生。镀锌过程中，工作人员会搅动液面并向锌锅加入氯化铵和氯化锌，一部分含锌粉尘会从锌液表面进入车间环境中，产生白色烟尘。烟尘的主要成分为：氧化锌、金属锌、氯化铵及氯化锌等。

焊管热镀锌吹拭分为外吹与内吹，其目的是吹拭掉焊管表面沾附的多余锌液。一般采用压缩空气和高温干蒸汽进行吹拭。吹拭过程中也会产生一定的粉尘，其主要成分为锌微粒和氧化锌粉末。此处产生的粉尘与热镀锌过程中产生的粉尘一同处置。

3 污染治理措施及效果

3.1 热镀锌酸洗过程酸雾治理

酸雾可以引起人体呼吸道及消化道粘膜的强烈刺激，严重时会引起呼吸道及消化道或神经系统的疾病。如果酸洗工艺对酸雾控制不严，酸雾漂浮在厂房内，会加速设备的老化，降低设备的使用寿命。热镀锌厂房以热镀锌焊管为主，如果打包地点环境潮湿，同时漂有酸雾，热镀锌焊管表面很容易被腐蚀，使锌层变薄，降低锌层的厚度[3]。

酸雾收集装置采用全封闭酸洗房对酸雾进行收集，顶部共设有8个吸雾口，酸洗过程中产生的酸雾，由引风机通过A级PT通风管道被转移到吸收塔体下部进风口，两台45kW电机，（单台风量为40000m3/h），采用喷淋洗涤塔对酸性废气进行处理。酸雾吸收塔是一种圆形结构，填料为PP材料的花环，每级填料厚度约为500mm。塔体分三部分，下段为液箱段，中段填料喷淋，上段为挡水段。酸雾通过填料层，这时填料层上方的喷雾装置将在塔底经水泵增压后的氢氧化钠吸收液进行均匀喷淋后，在填料层与酸雾进行气液两相充分接触吸收发生中和反应，使气体中的氯化氢被液体吸收，净化后的气体再经除雾板脱水除雾后由风机排入大气。吸收液流至塔底后，用水泵压回塔顶继续循环使用。见图1。

酸雾吸收塔的特点：（1）净化效率高、耐腐蚀性强。高强度、低噪音、耗电省、体积小、拆装维修方便，轻巧耐用。（2）酸雾吸收塔采用耐腐蚀性能较好的PP板分段制作。（3）喷淋形式采用二层花环填料，二级喷淋，使气液体充分接触，净化效率达95%以上。配用1台环氧树脂离心风机和PP材质的水泵，耐腐蚀、寿命长。（4）风机电机采用变频器控制，通过密闭酸洗房内的压力检测对风机进行变频无极调速，以节约能源。

图1 酸雾处理系统示意图

热镀锌焊管车间使用盐酸约1500t/a，车间酸洗槽规格为7.0m×1.6m×1.6m，8个酸洗槽的总表面积为143.36m2，酸洗温度为20℃，酸洗工序年工作时间约为6000h。酸洗过程盐酸雾产生量的大小与生产规模、盐酸用量、盐酸浓度、作业条件（温度、湿度、通风状况等）、作业面面积大小都有密切的关系，酸洗槽内盐酸雾排放速率计算经验公式：

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经计算酸洗过程HCl气体的产生速率为0.254kg/h、产生量为1.521t/a。酸雾通过酸洗槽槽口产生，槽口侧部设置侧方抽吸的集气罩收集废气，其收集效率约为99%，收集后通过2套碱液喷淋吸收装置处理，未被捕集的1%通过车间换风系统无组织排放。

通过治理，车间环境明显改善，减少了环境污染，因酸雾腐蚀对车间内的设备、厂房等造成的维修成本升高等问题明显降低。

3.2 热镀锌过程粉尘治理

预镀件放入锌锅时会产生的烟尘，通过在锌锅上方及镀锌机构外通过钢板与钢化玻璃进行密闭处理，热镀锌及内外表面吹拭产生的粉尘通过收集装置进行收集，再通过排风管进入除尘装置，用脉冲式布袋除尘器进行烟气除尘，如图2所示。经第三方监测机构检测，排口粉尘浓度为5.7mg/m3，符合标准要求。烟尘集中收集后委托有资质的企业进行处理。

图2 锌锅除尘系统示意图

热镀锌后的内外吹拭过程中产生的粉尘通过旋风除尘器收集，再通过布袋除尘器收集，收集后粉尘集中进行无害化处置。

含锌粉尘经综合治理后，车间粉尘浓度明显降低，外排烟气中的粉尘浓度符合相关环保标准要求。

3.3 废酸的治理

原设计中，酸洗之后产生的废酸通过开放自流方式流进废酸贮存池，由于未采用全封闭结构，盐酸挥发性较强，在贮存与导流过程中，部分HCl气体排放到大气中，对人身、设备和厂房都有较大的危害，而且不符合环保要求。为此，新增了密闭的废酸储罐，废酸经由PPR管道流进环氧树脂废酸贮罐，并将原有的废酸贮存池设为事故应池。集中收集的废酸交由有资质的酸再生企业进行无害化处理。

3.4 废水的治理

热镀锌工艺产生的废水主要来自酸洗、漂洗、助镀等工序的废水。废水中主要含盐酸、锌离子、亚铁离子等。原设计中废水经简单加碱中和后循环使用，处理效率低、重金属离子去除效果不明显。改进设计后，新增了1套含酸废水综合处理系统，以解决原设计缺陷。其主要处理流程：车间含酸废水由车间排水流槽自流进入曝气中和池，曝气中和池功能主要是调节水量和调节各车间废酸洗水PH值。通过鼓风曝气进行搅拌、氧化，使所加碱液与含酸废水充分发生中和反应。中和池出水自流进入曝气氧化池，通过鼓风曝气进行氧化，将Fe2+氧化成Fe3+。脱水后的含微量Fe2+的废水进行二次曝气氧化处理，使得残余Fe2+彻底氧化。二次氧化后的废水投加絮凝剂混合后入平流式沉淀池；平流式沉淀池作用是去除大部分大颗粒可直接沉淀污泥，小颗粒悬浮污泥颗粒在加絮凝剂后进斜管沉降器，经过斜管沉降器处理进石英砂过滤器，经砂滤处理后水中污染物基本得到全部降解，达到回用水标准后重复利用。达标后的排水进入中水池[2]，中水池设有中水变频循环机组，自动加压到回用水管网。各池沉淀排出的污泥进入污泥池，由污泥加压泵打入板框压滤机浓缩处理成泥饼，泥饼外运至具有相应资质的危废处理中心处理。压滤机压滤排水进平流式沉淀池前处理。工艺流程如图3所示。

图3 含酸废水处理工艺流程图

3.5 其他治理措施

结合精细化管理和自主管理，进一步做好厂容厂貌管理，美化厂区环境，全厂开展了"5S"活动，岗位工作环境得以改善，设备环境卫生本质化治理，厂容厂貌区域管理，为厂区环境维护和生产的稳定创造了良好的条件。

生产过程中产生废矿物油做到分级使用，高品质废矿物油可以在要求不高的设备中使用，减少废油的产生，做到资源充分利用；对于不能使用的废矿物油集中收集，进行合规性处置。

在实际生产过程中，还需加强以下方面工作：

（1）做好环保设备设施的运行记录，确保与生产同步运行。（2）定期检查、维护环保设备设施，使其处于正常工作状态下，污染物达标排放。（3）对厂房结构、地面、废油储存槽及管路进行防渗漏、防腐蚀处理，并定期检查与检修，避免生产过程中出现跑冒滴漏现象。（4）对污染源进行定期检测，及时发现问题及时解决，确保达标排放。