铝型材生产废水废渣的处理与综合利用

铝型材生产废水废渣的处理与综合利用

钟明峰, 苏达根, 张志杰, 崔世文, 区翠花

(华南理工大学材料科学与工程学院, 广州510640)

摘要: 讨论了铝型材生产废水废渣处理与综合利用的几个问题。指出对铝型材生产废水的研究不应仅着眼于如何处理使其达到规定的排放标准,而应重视废水循环利用研究;废水处理循环利用和废渣综合利用宜一体化考虑,目前不少铝型材生产企业的废渣混合处理堆放不利于废渣综合利用,宜把铝型材生产不同类别的废渣根据其特点分类综合利用。我国作为铝型材生产大国,其废水循环及废渣综合利用对于铝型材生产健康可持续发展和环境保护都具有十分重大的意义。关键词: 铝型材生产; 废水; 废渣; 处理; 综合利用

我国经过二十多年的大发展,已成为了世界铝型材的生产大国。铝型材产量连续五年稳居世界第一位。广东是全国乃至全球铝材企业最集中的区域,产业规模大,年生产能力超过200 多万吨。

建筑铝型材需进行表面处理,需要使用大量的水资源。一个年产量10 万吨的铝型材企业,用于铝材表面处理各工序清洗的年用水量约为200 万m3 ,经清洗后的水即为铝型材厂工业废水的主要来源。铝材生产废水中主要的污染物包括氟离子、氨氮、化学需氧量、六价铬、有机物、硫酸根、磷酸根等,即使按目前要求的二级排放标准排放,仍然会对水体造成一定的污染,未能达标排放则危害更大。

铝型材工业废水一般采用中和调节及混凝沉淀法工艺处理,得到废水污泥。这些工业废水污泥的成分中除了含有大量的铝化合物和钙化合物外,还含有小量的锌、镍、铜等化合物,成份比较复杂,目前大多数工厂采用填埋的方法处理这些污泥。这不仅占用有限的土地资源,而且浪费资源,污染环境。

随着中国经济的发展,中国环境问题越来越突出。水资源的合理使用,工业废渣合理综合利用等问题日益得到人们的重视[ 1 ] 。这里讨论了铝型材生产企业生产废水废渣处理及综合几个问题。

1 废水的处理与循环利用

铝型材生产过程要消耗大量的水资源,在氧化、喷涂和抛光等车间,主要工序包括化学抛光、脱脂、碱蚀、酸洗、中和、氧化、封孔、着色、铬化等过程,在这些工序中,均使用各种酸碱作表面处理液,由于各种处理液的粘度及物理化学

性质不同,铝型材表面可从这些粘性处理槽液中带出不同量的厚液体膜,结果需大量的水来清洗除去这些液膜,处理每平方米铝型材约耗水65～180 L ,经清洗后的水即为铝型材厂工业废水的主要来源。

铝型材生产企业废水的主要种类有:酸脱脂工序产生的COD 较高且含有一定量氟离子的有机废水;酸蚀工序因使用氟化氢胺而产生的含氟、氨氮超标的废水;喷涂工序中产生的含铬废水等。

1. 1 含铬废水的处理

按照国家环保局的相关规定,含铬废水必需单独处理,检验达标后方可排放。含铬废水的处理一般是把六价铬全部还原为三价铬,再以氢氧化物形式被沉淀去除。

常用的含铬废水的处理处理流程为:含铬废水经过水量和pH 调节后,加入硫酸亚铁、焦亚硫酸钠等作为还原剂将废水中六价铬全部还原为三价铬,再加入通过调节pH 使得铬离子以Cr (OH) 3 沉淀被去除。

1. 2 石灰混凝处理

对于铝型材生产含氟工业废水,一般采用钙盐沉淀法,即向废水中投加石灰,使氟离子与钙离子生成CaF2 沉淀而除去。该工艺具有方法简单、处理方便、费用低等优点,但存在处理后出水难达标、泥渣沉降缓慢及脱水困难等缺点。石灰的价格便宜,但溶解度低,只能以乳状液投加,由于Ca(OH)

颗粒表面被生成的

2

沉淀所包裹,使之不能被充分利用,处理时需增加投量。用石灰处理后的废CaF

2

水中氟含量一般不会低于20～30 mg/ L[ 2 ] 。投加石灰乳时使废水pH 值达到12 时,也只能使废水中氟离子浓度下将到15 mg/ L 左右[ 3 ] 。为使生成的沉淀物快速絮凝沉淀,可在废水中单独或并用添加无机盐絮凝剂(如三氯化铁、聚合氯化铁、聚合硫酸铁等) 或高分子絮凝剂(如聚丙烯酰胺) 。

1. 3 钙盐沉淀法的改进技术

钙盐联合使用镁盐、铝盐、磷酸盐后,除氟效果增加[ 4 ] ,残氟浓度降低,主要是因为形成了新的更难溶解的含氟化合物。如钙盐与磷酸盐合用时,会生成Ca5 ( PO4 ) 3 F 沉淀。如阎秀芝[ 5 ]提出氯化钙与磷酸盐除氟法,其工艺过程是:先在废水中投加氯化钙,搅溶后再加入三氯化铝,混合均匀,然后用氢氧化钠调pH 至7～8 。沉降15 min 后砂滤,出水氟离子浓度为4 mg/ L 。氯化钙、氯化

铝和氟的摩尔比为(0. 8～1): ( 2～2. 5) :1 。

1. 4 过滤处理

还有工厂把废水处理后的水,经过阴阳离子树脂过滤,使之达到工业纯水的要求,从而使废水经处理后得以循环利用。该工艺用数字电导仪检测处理后的水的电导率,来保证通过阴阳离子树脂过滤使废水达到工业纯水要求。如果电导率超过10 ×10 - 5 S/ cm 应对树脂进行再生。阳树脂再生要注入5 g/ L NaOH溶液冲洗浸泡;阴树脂再生要注入3 g/ L HCl 溶液冲洗浸泡,时间为24 h[ 6 ] 。其再生工艺流程为:树脂落仓→除气→加药从上而下直冲→浸泡24 h →排药直冲水质pH 值达到中性→导入清水,从下而上反冲阴阳树脂过滤→检测(达到工业用水要求) 。这个工艺技术的优点是水资源的循环利用,缺点是再生工艺复杂,容易产生二次污染,成本也比较高。因此推广应用有困难。杨晓松等人还研究把废水处理后的水,经过孔径为3～5μm、孔隙率78 %、耐酸碱性强、机械强度高(内压0. 4MPa、外压0. MPa) ,处理能力为0. 5～1 m3/ m2·h 的高聚物净水元件,使之达到工业纯水的要求,作为生产补充用水[ 7 ] 。

1. 5 铝型材生产废水的循环利用

目前对于铝型材生产废水的研究主要着眼于如何处理使其达到规定的排放标准这个问题,而不够重视废水循环利用,导致废水的循环利用率不高。铝材企业废水一般采用石灰中和调节及混凝沉淀法工艺处理,处理后的废水部分循环回用,由于水质问题,循环水使用量受到限制,目前大多数企业循环使用率不高,大多数废水经处理后排放。废水循环利用率不高的原因在于目前应用的石灰中和调节及混凝沉淀法处理铝材废水无法达到回用水质标准,而采用离子交换树脂过滤进行二次再处理的成本较高。华南理工大学苏达根等人的研究显示,废水中主要的污染物包括氟离子、氨氮、化学需氧量、六价铬、有机物、硫酸根、磷酸根,要提高废水循环利用率,必须使处理后的水能达到循环使用的要求。苏达根等人研究各工序产生的废水组分、物理化学性质;研究对废水分类、分流处理,使经处理的废水回用于相应的工序,提高废水循环利用率;研究采用新成本较低的废水二次处理方法,使废水循环利用率达到100 %。废水循环利用率的提高有利于铝型材行业健康可持续发展,又有利于水资源节约和保护,意义重大。另外,废水处理循环利用宜与废渣综合利用一体化考虑。