工业废水零排放水质稳定方案设计

王思思

（中冶京诚工程技术有限公司，北京 100176）

20 世纪80 年代初期，我国的重工业高速发展，但在发展初期由于忽略对环境的保护使得重工业区域的生态平衡遭到严重的破坏。作为人类赖以生存的资源，工业的发展对地表水、地下水等造成污染，导致水资源供应趋于紧张。虽然目前绝大多数工厂已经实现了工业废水的零排放，但是还存在工业废水全部处理回用后，由于水质出现不同程度的结垢腐蚀等情况，造成所在区域的水平衡被破坏[1]。因此，实现对工业废水零排放的同时，实现其水质稳定的控制才能够保证长期稳定的正常运行。本文重点对铝厂所排放的氧化铝废水、热电厂废水的水质稳定方案开展研究。

1 研究背景

铝作为金属矿物原料之一，在开采、加工过程中会产生一定量的工业废水，主要包括氧化铝厂所排放的含碱废水、碳素生产所排放的含氟废水以及热电锅炉排放的灰渣水等。上述水资源若不作合理、有效的处理直接排放势必会对周围区域水资源造成严重的破坏，从而影响当地的生态平衡。

为了解决铝厂废水造成的水资源紧张和生态环境被破坏的问题，该铝厂已经采取的废水零排放技术，并已经成功实现了废水的零排放。但是，通过现场测定可知，废水处理后的再生水会对管道造成结垢、腐蚀等现象，导致铝厂原有子系统的水量平衡被破坏；同时，与铝厂相关的其他分厂的分布相对分散，无法对其进行集中处理，只能对各个分厂的再生水进行分散处理从而达到水质稳定的目的。结合实际生产，针对铝厂所排放的工业废水的水质稳定性进行研究，重点对氧化铝再生水结垢、热电锅炉再生水的腐蚀及含氟废水的除氟进行控制，最终实现整个系统的水量平衡[2]。

为了得到对该铝厂零排放废水的水质稳定控制，首先根据腐蚀、结垢挂片试验初步得出总体控制方案；而后分别对分厂的水质稳定方案进行设计。在水质稳定控制之前，铝厂各分厂再生水的水质检测结果如表1 所示。

表1 铝厂再生水水质检测结果

通过腐蚀/结垢挂片试验对该铝厂近些年来的水质数据进行统计并分析，为后续水质稳定方案的设计提供支撑，试验所依据的规范为GB/T18175—2000，在试验过程中对所得的数据进行综合分析，并得出如下结论：

1）氧化铝厂再生水主要表现为结垢，每年由于结垢导致管道的直径缩小5%左右。经研究，导致严重结垢现象发生的主要原因为再生水表现为高温、高碱度和高pH 值。

2）热电厂再生水管道主要表现为较为严重的腐蚀现象，经测量被腐蚀后的管道质量减轻约50%左右，对应的管道壁厚减小20%左右[3]。经分析，导致热电厂管道严重腐蚀的主要原因为其再生水中表现为低pH 值且有高氯、高硫酸根等强腐蚀性离子存在。

3）动力厂再生水管道的腐蚀和结垢现象均相对不明显，但是其水质中的氯离子含量较高。

综上所述，虽然对铝厂的氧化铝厂、热电厂、动力厂采用废水零排放的措施，但是处理后的再生水或多或少都会对设备造成影响。因此，急需采用相应的水质稳定措施分别对再生水质的稳定性进行控制，解决管道的腐蚀、结垢等问题。

2 水质稳定的方案设计

本节将在上述对再生水所存在问题综合分析的基础上，提出各个分厂的水质稳定方案。

2.1 氧化铝再生水水质稳定方案设计

氧化铝厂再生水高碱度和高pH 值是导致再生水管道结垢严重的主要原因。结合氧化铝厂的实际情况，需在现阶段原水处理工艺的基础上进行改造。氧化铝厂原水处理工艺流程如图1 所示。

图1 氧化铝厂原水处理工艺流程

在如图1 所示的工艺流程的基础上，在平流沉淀池前端设置小型反应区，在沉淀池后端对斜板进行改造。具体改造方案如图2 所示。

图2 氧化铝再生水水质稳定改造方案

其中，在上述工艺流程改造的基础上，需要在平流沉淀反应区中添加一定量的混凝剂和助凝剂。所添加混凝剂的类型为PAC，添加量为6 mg/L，反应时间为60 s，沉降时间为30 min；所添加的助凝剂的类型为硅铝酸钠，添加量为10 mg/L。

2.2 热电厂再生水水质稳定方案设计

热电厂再生水的低pH 值且高氯、高硫酸根等强腐蚀性离子的存在是导致其再生水管道出现严重腐蚀现象的主要原因[4]。经分析可知，导致强腐蚀性离子存在的主要原因为平流沉淀池的出水未作任何处理直接排放至氧化铝的循环水中。因此，为解决再生水管道腐蚀的问题将平流沉淀池的出水不排放至氧化铝的循环水中，而是将其用于对热电的冷却、冲灰等工序。热电厂再生水改造的处理工艺如图3 所示。

图3 热电厂再生水改造后的处理工艺流程

虽然，上述改造工艺解决了氧化铝循环水中强腐蚀性离子浓度高的问题，但是，其并未从源头对强腐蚀性离子进行治理。因此，还需在再生水中投加一定量的石灰乳。经测试可知，投加石灰乳后再生水中硫酸根离子的质量浓度降低至728 mg/L，去除率高达75.3%，满足再生水的标准要求。

2.3 动力厂水质稳定方案设计

针对动力厂的再生水，重点是对其进行除氯[5]。因此，不需要对动力厂废水处理工艺流程进行改造。动力厂废水处理工艺流程如图4 所示。

图4 动力厂废水处理工艺流程

在上述废水处理工艺流程中，将传统的采用氯化钙除氟的工艺改造为采用石灰乳，在多次试验的基础上确定石灰乳的投放量与待处理废水的比例为1∶5.6；反应时间设定为30 min，沉降时间为40 min；同时，还需加入一定量的阳离子PAM，其对应的投加量为5×10-6～8×10-6。经试验表明，采用石灰乳后动力厂再生水的除氯增加20.8%。

3 结语

水资源是人类赖以生存的基础。人类的生产和生活等活动均会对水资源造成一定程度的污染。尤其是在工业生产中所产生的废水对所在区域的生态平衡会造成严重的影响。因此，在对工业废水进行高效处理达到零排放的同时，实现工业废水的零排放且水质稳定尤为重要。本文铝厂的氧化铝厂、热电厂和动力厂的再生水为研究对象，提出了再生水的水质稳定方案设计，为保证工业废水的高效、稳定处理奠定基础。