（市政工程专业论文）铝工业废水零排放水质稳定技术研究.pdf

摘要 摘要 工业化发展使水资源日趋紧张，合理重复用水成为解决水源紧张的重要途 径。为缓解用水紧张，同时减轻环境污染，已有不少工业企业实施废水零排放 工程。中铝贵州分公司( 以下简称贵铝) 在铝生产加工行业中率先实施了工业 废水零排放。贵铝水处理系统主要分三部分：氧化铝水处理系统、热电水处理 系统和动力厂( 东片区) 水处理系统。废水零排放实施后，生产废水全部处理 回用，随后原有水质出现结垢腐蚀等不稳定状况，同时原有水平衡系统失衡。 本课题的研究目的即通过对贵铝再生水水质的分析和试验研究，揭示影响系统 水质稳定的因素，提出各部分水质稳定控制方案并进行试验验证，同时采取措 施使全厂水量达到平衡，确保生产长期稳定正常运行。 水质数据分析和管道挂片试验结论确定氧化铝厂水质危害在管道结垢，热 电厂水质危害在管道腐蚀，动力厂水质无明显腐蚀结垢现象。 氧化铝管道结构控制方案为将东水补充水集中补于氧化铝平流沉淀池前， 与氧化铝废水一并加药处理。试验确定混凝剂为p a c ，投量6 m g l ；助凝剂为硅 铝酸钠，投量为l o m g l ；反应时间为6 0 s ，沉降时间为3 0 m i n 。在此基础上对原 平流沉淀池进行工艺改造，前段改为微涡反应区，后段设置斜板沉淀墙。 热电厂水质分析显示热电再生水含高浓度的腐蚀性硫酸根，热电排渣水对 管道也有较大的破坏磨损作用。因热电厂已着手进行新工艺改造从源头上消除 硫酸根，因而处理目标定位为确保热电水质两年内不恶化。试验确定处理方案 为将热电再生水回用冲灰，再处理冲灰水，达到将硫酸根化为沉淀去除的目的。 动力厂再生水水质相对良好，仅氯离子含量较高。高浓度的氯离子由碳素 厂一焙烧废水除氟处理使用氯化钙引起。确定改用石灰乳代替氯化钙除氟，原 料石灰乳由氧化铝厂提供，来源方便可靠，处理费用也随之降低。试验结果显 示方案可行，生产运行中石灰乳投量为2 0 t d ，氟去除率达到8 0 以上。 零排放实施后，全厂系统水量需要重新分配，达到平衡优化。根据各厂区 水量变化，采取东水西调措施，将东片区再生水补充到氧化铝厂再生水中回收 利用。 关键词：挂片试验，管道结垢，硫酸根处理，石灰乳除氟，水量平衡 a b s t r a c t a b s t r a c t i n d u s t r i a l i z e dd e v e l o p m e n tc a u s e st h ew a t e rr e s o u r c e st ob ei n t e n s ed a yb yd a y , r e a s o n a b l yd u p l i c a t i n gt h ew a t e ri sai m p o r t a n tw a yt os o l v et h ep r o b l e m f o rs a v i n g w a t e r , s i m u l t a n e o u s l yr e d u c i n gt h ee n v i r o n m e n t a lp o l l u t i o n ，m a n yi n d u s t r i a le n t e r p r i s e h a di m p l e m e n t e dt h ew a s t e w a t e rz e r od r a i n a g ep r o j e c t c h i n aa l u m i n u mg u i z h o u s u b s i d i a r yc o m p a n y ( h e r e a f t e rr e f e r r e dt oa st h eg u i z h o ua l u m i n u mm a n u f a c t u r e r ) i st h ef r i s tt oi m p l e m e n tt h ei n d u s t r yw a s t e w a t e rz r e od r a i n a g ei nt h ea l u m i n u m p r o d u c t i o na n dp r o c e s s i n gp r o f e s s i o n r e s e a r c ho b j e c t i v ei st od e t e r m i n ef a c t o ro fp i p e l i n es c a l i n ga n dc o r r o s i o n ，f i n d i n f l u e n c eo fs e n s i t i v ei n d i c a t o r st ow a t e rq u a l i t ya n ds t a b i l i t y , p u tf o r w a r dt h es t a b l e s o l u t i o nt ot h ew a t e rq u a l i t ya n dd ot e s t i n ga n dc e r t i f i c a t i o nt h r o u g hg u i z h o u a l u m i n u mp l a n tr e c y c l i n gw a t e rq u a l i t yt e s t sa n ds t u d i e s s ot h a tp r o d u c t i o no f r e c y c l e dw a t e rw i l l m e e tt h ew a t e rq u a l i t y r e q u i r e m e n t st o e n s u r et h a tw a t e r e q u i p m e n ti sn o te a s i l yb l o c k e d ，c o r r o s i o n ，s c a l i n ga n di n f l u e n t e db ys e n s i t i v ei n d e x f l u c t u a t i o n s ，a n de n s u r et h a tp r o d u c t i o no ft h en o r m a lo p e r a t i o no fl o n g - t e r ms t a b i l i t y i nt h ep i e c ee x p e r i m e n t ，m e t a l l i n ep i e c e sw e r eh a n g e di nm a i np i p e l i n e so ft h e a l u m i n ap l a n t ，t h ep o w e rp l a n ta n dt h et h e r m a lp o w e r p l a n t ，t h e ns c a l i n ga n dc o r r o s i o n s i t u a t i o no ft h et h r e ep l a n t sw e r ec o m p a r e di nt h ee n d m a i nw a t e rh a r m f u lo ft h e a l u m i n ap l a n tl i e di nt h ep i p e l i n es c a l i n g , m a i nw a t e rh a r m f u lo ft h et h e r m a lp o w e r p l a n tl i e di nt h ep i p e l i n ec o r r o s i o n , w h i l et h o s eo fp o w e rp l a n td i d n th a v eo b v i o u s c o r r o s i o na n ds c a l i n gp h e n o m e n o n a c c o r d i n gt op i e c ee x p e r i m e n ta n ds c a l et e s tr e s u l t s ，a l u m i n ap l a n ts c a l es a m p l e s h o w st h em a i np i p e l i n es c a l ei sc a r b o n a t e ，a n di d e n t i f i dt h em a i nr e a s o nf o rs c a l i n gi s h i g ha l k a l i n i t yi na l u m i n aw a t e ra n dh i g hh a r d n e s so ft h ew a t e ra d d e d t h es o l u t i o ni s t oc o l l e c tt h eo r i g i n a la n da d d e dw a t e ro fa l u m i n at o g e t h e ri n t ot h es e d i m e n t a t i o n t a i 此t h e nb et r e a t t e s td e t e r m i n e d c o a g u l a n t i sp a cw i t ha m o u n to f 6 m g l ，f l o c c u l a n ti ss i - s o d i u m 诵t l ld o s a g eo f10m g l , r e a c t i o nt i m ei s6 0 s o nt h i s b a s i s ，t h eo r i g i n a ls e d i m e n t a t i o nt a n ki sp a r t l yt r a n s f o r m e dt or a m ps e t t i n gt a n k ，t h e 垒! ! ! 翌竺 f o r e s i d es u p p l e m e n t sm i c r o m e s hr e a c t i o n z o n e ，t h ea f t e rp o r t i o ns e t su pr a m p s e d i m e n t a t i o nw a l l ，s oa b i l i t ya n dt r e a t m e n te f f e c to fs e d i m e n t a t i o nt a n ki si m p r o v e d w a t e ra n a l y s i so ft h et h e r m a l p o w e rp l a n td e m o n s t r a t e dr e u s ew a t e ri n t h e r m o e l e c t r i c i t yi n c l u d i n gh i g hc o r r o s i v es u l f a t er a d i c a li o n ，w h i l et h er m o e l e c t r i c i t y p u l pr o w i n gw a t e ra l s oh a dd e s t r u c t da t t r i t i o nf u n c t i o nt ot h ep i p e l i n e c o n s i d e r i n gt h e t h e r m a lp o w e r p l a n th a v ea l r e a d yt o o ks t e p so nn e wc r a f tt r a n s f o r m a t i o n a n dt h en e w c r a f tc o u l de l i m i n a t et h es u l f a t e r a d i c a lf r o mt h es o u r c e 。s op r o c e s s i n gt a r g e t i st o g u a r a n t e et h et h e r m o e l e c t r i c i t yw a t e r q u a l i t yn o tt ow o r s e nf o r2y e a r s e x p e r i m e n t a t i o nd e t e r m i n e di st ou s et h et h e r m o e l e c t r i c i t yr e u s ew a t e rt of l u s ht h e a s h , t h e nt h e yw i l lb a c kf o rp r o c e s s i n ga g a i n ，i no r d e rt oe l i m i n a t i o nt h es u l f a t er a d i c a l i o nb yc h a n g i n gi ti n t od e p o s i t q u a l i t yo ft h ep o w e rp l a n tr e u s ew a t e ri sr e l a t i v e l yg o o d ，o n l yt h ec h l o r i d ei o n c o n t e n ti su p p e n t h eh i g h l yc o n c e n t r a t e dc h l o r i d ei o ni sc a u s e db yc a l c i u mc h l o r i d e u s i n g i nt h ep r o c e s s i n go f c a r b o nf a c t o r yr o a s t i n gw a s t e w a t e r e x p e r i m e n t a t i o n d e t e r m i n e dt ou s em i l ko fl i m et or e p l a c et h ec a l c i u mc h l o r i d ei ne l i m i n a t i n gt h e f l u o r i n e ，r a wm a t e r i a lm i l ko fl i m ec a np r o v i d eb yt h ea l u m i n a p l a n t , t h u so r i g i n c o n v e n i e n c ei sr e l i a b l ea n dt h ee x p e n s ei sr e d u c e d t h ee x p e r i m e n t a t i o nr e s u i t d e m o n s t r a t si ti sf e a s i b l e ，q u a n t i t yo f m i l ko f l i m ei s2 0 t d ，f l u o r i n ee l i m i n a t i o nr a t e a c h i e v e su pt o8 0 a f t e rt h ei m p l e m e n t a t i o no fz e r od r a i n a g e ，t h ee n t i r es y s t e mw a t e r v o l u m en e e d s t or e d i s t r i b u t ea n da c h i e v et h eb a l a n c eo p t i m i z a t i o n e a s ta c c o r d i n gt ov a r i o u s f a c t o r y d i s t r i c t sw a t e rv o l u m ec h a n g e ，a d o p t sw e s tt h ew a t e rt oa d j u s tt h e m e a s u r e ，t h e e a s t e r nz o n er e u s ew a t e rs u p p l e m e n t st ot h ea l u m i n a p l a n tt h e nt or e c y c l e k e yw o r d s ：t h ep i e c e se x p e r i m e n t ，p i p e l i n e f l u o r i n ee l i m i n a t i o n ，w a t e rv o l u m eb a l a n c e i l s c a l i n g ，s u l f a t e sr a d i c a le l i m i n a t i o n ， 学位论文版权使用授权书 本人完全了解同济大学关于收集、保存、使用学位论文的规定， 同意如下各项内容：按照学校要求提交学位论文的印刷本和电子版 本；学校有权保存学位论文的e p , b u 本和电子版，并采用影印、缩印、 扫描、数字化或其它手段保存论文；学校有权提供目录检索以及提 供本学位论文全文或者部分的阅览服务；学校有权按有关规定向国 家有关部门或者机构送交论文的复印件和电子版；在不以赢利为目 的的前提下，学校可以适当复制论文的部分或全部内容用于学术活 动。 经指导教师同意，本学位论文属于保密，在弓年解密后适用 本授权书。 指导教师签名： 砂伊弓 学位论文作者签名： 月【笋日 侧 月 魄平 i 斗日 见f 牺日一 名 ， 戥 月 一 者 多 作 年 一 蜊竺 论 i | | = 学 一 同济大学学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，进 行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本学位 论文的研究成果不包含任何他人创作的、已公开发表或者没有公开 发表的作品的内容。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个 人和集体，均已在文中以明确方式标明。本学位论文原创性声明的 法律责任由本人承担。 学位敝储虢垛砸午 伽略年；月f8e 1 第1 章引言 第1 章引言 1 1 课题研究背景 1 1 1 概述 水是人类生存和发展不可缺少的宝贵资源。当代人口、资源和环境的协调 发展已成为国际社会共同关注的重大战略问题。我国是世界人口大国，但就人 均淡水资源却是贫国。总体来说，我国水资源有三个主要特点：一个是水资源 短缺，人均拥有量仅为世界平均值的1 4 。根据资料显示，我国水资源总量为 2 8 万亿m 3 ，但可利用量只有4 0 5 0 乜1 左右，可见可利用的水资源是有限的。 而且人均拥有的水资源量只有2 3 0 0 m 3 ( 其中有9 个省市的人均水资源在5 0 0 m 3 以 下) ，在世界上排在第1 0 9 位，被列为1 3 个贫水国之一口3 。第二，水资源时空分 布不均匀，北方水资源短缺矛盾突出。全国有1 4 的国土面积缺水，1 l o 地区 的水资源仅能满足人类生存的基本需求，不少地区连起码的需求也不能满足。 第三，水质污染严重。据( 2 0 0 1 年中国环境状况公报显示，2 0 0 0 年中国在经 济增长7 的情况下，全国七大江河水系均受到不同程度的污染，一半以上的监 测断面属于五类或劣五类水质。其中黄河、淮河和辽河由于水量大幅度下降， 水体污染加重。有监测部门报告，全国5 3 2 条河流中8 2 受到不同程度的污染， 流经全国4 2 个大中城市的4 4 条河流中9 3 被污染，其中严重污染的占7 9 ， 全国9 7 的大中城市地下水受到严重污染，水库、湖泊由于富营养化导致藻类 滋生严重。 近些年，工业化发展使我国本已有限的水资源更为紧张，水质污染也更加 严重。化工企业又是环境污染的大户，约有7 0 的环境污染来源于工业污染。 为此，国家也提出“一控双达标的污水排放指标。在当前国家水环境和水政 策下，水资源综合利用以及工业生产废水“资源化利用”便成为众望所归的解 决方法。 工业废水零排放是一种具有创新性的水资源利用方式，它将生产废水全量 处理，再生回用于生产或冲洗、绿化等环节，可以实现对废水的综合治理、分 类处置，使外排废水量4 0 。在当前水环境和水政策下，尤其具有明显的环境效 益、经济效益和社会效益。 第1 章引言 1 1 2 课题的提出 中国铝业贵州分公司( 原贵州铝厂，以下简称贵铝) 位于贵州省贵阳市白 云区。贵铝工业废水主要来源为氧化铝厂生产排放的含碱废水、热电锅炉排放 的灰渣水和电解、碳素生产排放的含氟废水。生产和生活废水经处理后分别排 入厂区外的洗马河和刘庄小河，然后经麦架河进入猫跳河流域。氧化铝厂生产 过程中产生的赤泥经水力输送到赤泥堆场，其附液全量回收进入氧化铝生产流 程。猫跳河流域处于长江上游，流域的生态环境和水质对长江上游的生态环境 和长江水系的污染有较大影响。 为缓解用水紧张和改善生态环境，贵铝根据各厂区实际情况，经大量的调 查、论证，提出了具有创新性的课题一全厂废水零排放技术研究和实施。废水 零排放项目实施目前已全面完成。2 0 0 0 年底实现了氧化铝废水零排放并通过鉴 定；2 0 0 4 年热电厂和西片区实现废水零排放；2 0 0 5 年6 月实现中铝贵州分公司 废水零排放，它标志着中铝贵州分公司废水零排放水量平衡的定义，但水质平 衡是废水零排放能否持续稳定的关键。从运行实践来看，发现再生水中c 1 一、s o , 、 f 广等污染因子出现富集和管道结垢、腐蚀现象，同时氧化铝、热电、东片区三个 子系统的再生水形成大的循环系统后，原有子系统间的水量平衡失衡。铝工业 的生产特点要求厂区规模普遍较大，故贵铝各分厂相距较远，兼各厂水量均较 大、水质也相差甚远，原有水处理场地也无法进行大规模扩建，所以将全厂再 生水集中起来处理难以实现，只能对各厂区再生水进行分散处理，在此前提下， “铝工业废水零排放水质稳定技术研究”课题得以确立。 课题研究目的是采取措施对现再生水的敏感污染因子、特征污染物，进行 机理研究，并制定氧化铝、热电和东片区各自再生水的稳定控制措施。本课题 的研究，在铝行业尚属首创，不仅能保证贵铝废水零排放水质平衡，实现贵铝 废水零排放的稳定可靠持续运行，还可为其它铝行业企业提供良好的示范作用， 也为废水零排放的推广运用提供可靠的理论与实践依据。 1 2 主要研究内容 本论文讨论的主要问题是贵铝废水零排放后的水质稳定技术研究，主要包 括：氧化铝再生水结垢控制研究；热电再生水腐蚀控制研究；碳素焙烧废水除 氟控制研究和水量平衡研究。 2 第1 章引言 1 2 1 氧化铝再生水结垢试验研究 本部分试验对原氧化铝水处理流程进行优化、原处理工艺进行改造，同时 进行氧化铝再生水处理混凝剂的选择，并投加助凝剂进行联合混凝效果评价， 以确定： 1 、流程优化及工艺改造的应用效果 2 、主要混凝剂的选择确定 3 、混凝剂和最佳助凝剂的最佳投加量 4 、联合混凝试验去除有机物的最佳沉降时间和反应时间 1 2 2 热电再生水腐蚀控制试验研究 本部分试验进行了热电再生水处理方式的尝试，以确定： l 、再生水投加石灰乳去除硫酸根的效果 2 、再生水再次回用冲灰的可行性 3 、硫酸根去除率的确定 1 ，2 3 碳素焙烧废水处理试验研究 本部分试验内容为石灰乳代替氯化钙除氟研究，以确定： 1 、石灰乳代替氯化钙除氟的可行性 2 、石灰乳固含对除氟效果的影响 3 、石灰乳投加量、反应时间及周期的确定 4 、观察和调试改造运行效果 1 2 4 水量平衡 本部分采用调研方式，进行了全厂水量循环的资料统计和分析，并通过水 量调配实现全厂水量的稳定和平衡。 1 、东水西调的可行性分析 2 、东水西调流程确定 3 第2 章理论基础 第2 章理论依据 2 。1 水质稳定概述 2 1 1 水质稳定原理 循环再生水系统的水质稳定口咱1 是生产正常良好运行的基础和保障，水质稳 定一般是以水质是否具有腐蚀性和沉淀性来表示，具有腐蚀性和沉淀性( 结垢) 的水质都是不稳定的。国家或行业的相关法律法规均对再生水系统中敏感因子 的浓度做出规定，因为系统中敏感性指标的浓度直接影响到水质稳定，如c a 2 + 、 m 9 2 + 、s o , 2 、p o , p 、a 1 3 + 、s 仇 、p 0 4 、s s 等因子会导致管道或设备结垢；c l 一、r 、 s o , 2 。、微生物、酸度、碱度等会导致管线腐蚀。 实际中最常用的方法是将水的p h 值与水平衡状态下的p h p 值相比较。若p h 为水的实际p h ，它与p h p 的差值称为平衡饱和指数口1 ： i ，= p h p h p ( 2 1 ) 平衡饱和指数可作为一种判别水的稳定性的指标： 当i p ：o 时，水是稳定的； 当i p o 时，水具有沉淀性； 当i p l 时，存在水垢问题；f e ：0 ，s i o ：= 2 - - 5 ，存在腐 蚀问题。 ( 3 ) 结垢控制技术 防止循环水系统结垢的方法很多，从原理上可以归纳为三类：一是消除结 晶产生的条件，降低水中结垢离子的浓度，使其保持在允许的范围内；二是在 循环水中加酸或二氧化碳，降低p h 值，稳定水中结垢离子的平衡关系；三是使 用阻垢剂破坏结垢离子的结晶长大。因为最常见的水垢是碳酸盐垢，所以各种 方法重点是解决碳酸盐垢问题。在选择控制水垢的具体方案时，应综合考虑循 环水量的大小、使用要求、处理成本等因素。 1 ) 降低成垢离子浓度 对于含c a 2 + 、m 9 2 + 较多的水质，可用石灰软化法或离子交换法预处理，除掉 部分硬度及碱度。 石灰软化法 向水中投加石灰或石灰乳，发生如下软化反应： c a o + h 2 0 c a ( o h ) 2 ( 2 1 9 ) c 0 2 + c a ( 0 h ) 2 - c a c 0 3l + h 2 0 ( 2 2 0 ) c a ( h c 0 3 ) 2 十c a ( o h ) 2 一c a c 0 3l + 2 h 2 0( 2 2 1 ) c a ( h c o 。) 2 + c a ( o h ) ：一c a c o ，l + m g c o , i + 2 h ：0 ( 2 2 2 ) m g c 0 3 + c a ( 0 h ) 。一c a c o , + m g ( 0 h ) ：j ( 2 2 3 ) 7 石灰乳只向水中提供o h - 碱度，不能提供碳酸盐，如果水中总硬度大于总碱 度时，可以采用石灰一纯碱法，即在投加石灰的同时，投加适量的纯碱，以补充 反应所需的碳酸根。纯碱与非碳酸盐硬度物质的反应如下： c a s 0 4 + n a 2 c 0 3 - c a c 0 3l + n a 2 s o ( 2 2 4 ) c a c l 2 + n a 2 c 0 3 2 c a c 0 。l + n a c l ( 2 2 5 ) m g s 0 4 + n a 2 c 0 3一m g c o 。+ n a 2 s 0 t ( 2 2 6 ) m g c l 2 + n a 2 ( ：0 3 一m g c o 。+ 2 n a c i ( 2 2 7 ) 当水中的碱度大于硬度( 即出现负硬度) 时，水中存在假想化合物n a h c o 。， 可采用石灰石膏软化法，即在投加石灰的同时，投加适量的石膏以降低水中的 钠盐碱度。所以对负硬度水还应有下述反应： 1 3 第2 章理论基础 2 n a h c 0 3 + c a ( o h ) 2 + c a s 0 - 2 c a c 0 3l + n a 2 s 0 4 + 2 h 2 0( 2 2 8 ) 理论上，经石灰软化，水中硬度能降到碳酸钙和氢氧化镁的溶解度值，但 实际上钙离子和镁离子的残留量常高于理论值，这是因为石灰软化生成的沉淀 物中，总有少量呈胶体状态悬浮于水中。由于胶体带有相同电荷互相排斥，不 能聚合成大颗粒沉淀下来，反而使水中碳酸钙等物质增加，这对于水处理是不 利的。为了减少碳酸盐硬度的残留量，常采用石灰软化法和混凝沉淀同时进行 的处理工艺。因为混凝过程所形成的凝絮能吸附石灰处理中形成的胶体物质， 在澄清池沉降下来，从而去除了硬度也能使水澄清。石灰处理中的混凝剂一般 采用铁盐，如f e s 0 4 7 h ：0 。 离子交换法 离子交换的原理是用离子交换剂上的溶解离子交换水中的离子。水质软化 是用阳离子交换剂与水中阳离子进行交换，以达到去除钙镁和碱度的目的。分 为：钠离子交换树脂软化处理；氢型离子交换树脂软化处理；h - n a 型树脂软化 在占 奇。 与石灰软化法相比，离子交换法能够对原水更充分的软化，处理效果较好。 但是离子交换法对原水水质的要求也更高一些，要求总硬度小于l m m o l l ，悬浮 物也不能太多，如果总硬度过高则水处理费用高，悬浮物多会污染树脂。一般 要求进水浊度 l o o m m ) 可采用开天窗方式进行试验。 ( 1 ) 管段规格 采用与被试验管段材质和直径一致的试验管段，试验管段长度为被试验管 段直径2 倍，尽量选取在直管段，距离变径和弯头处( 3 5 ) d 。试验管段用法 兰与被实验管段连接，挂片固定在管段进水末端。如图2 1 所示： 水流 五 水流 ) 弋c ，- - d 菩国厂代士出 图2 1 管段规格示意图 ( 2 ) 试片规格 符合n g t3 5 3 2 - 2 0 0 3 n 司的规定。 第2 章理论基础 系统中的管质分为钢板卷材和无缝钢管两种，均属碳钢，试片利用现有管 段或其边角料加工成i 型标准试片。尺寸见图2 2 。 鞘一吉一要 午i一崩一墨 。i 囊 l | j ! 三：壁 图2 2 试片尺寸示意图 试片外观要求：试片表面不能有划痕、凹坑、锈斑；棱角及挂孔不能有毛 刺；试片六面加工的光洁度不低于v1 0 。 加工程序：由整块钢板上气割下坯料，然后用刨床刨去四周的热影响区并 刨平，再经铣、钻、磨等工序将试片加工到规定尺寸和粗糙度，并打上钢印编 号，再用细砂纸研磨除去棱角处、挂孔周围等的毛刺。试片在加工过程中，严 禁敲打撞击。然后放入盛有化学纯丙酮的小搪瓷盆中用脱脂棉擦洗两遍，冷风 吹干后用航空防锈纸装好备用，有效期一年半。 使用时，按下列步骤进行操作：将试片用滤纸把防锈油脂擦拭干净，然后 分别在丙酮和无水乙醇中用脱脂棉擦洗( 每1 0 片试片用不少于5 0 m l 上述试剂) ， 置于干净滤纸上，用滤纸吸干，置于干澡器中4 h 以上，按照g b t1 8 1 7 5 2 0 0 0 称量( 精确到0 0 0 0 2 9 ) ，保存于干燥器中，待用。 最好同时使用经预处理( 即经清洗和预膜) 和未经预处理的两种挂片。挂 片的预处理条件应尽可能和所检测的管道的预处理条件一致或接近。 ( 3 ) 管段安装 1 ) 安装地点 计划放九组挂片，每组2 个平行片。 东片区：污水处理站东大沟进水管 污水处理站一体化净水器进水管 东水西调再生水 2 l 第2 章理论基础 热电厂：污水处理站浆水管 污水处理站渣水管 污水处理站沉淀池溢流水管 氧化铝t 污水处理系统总进口 新过滤器出口 旧过滤器出口 2 ) 注意事项 挂片应安装在所检测的管线上，注意不要使浸入的挂片受到高流速和具有 磨损粒子的作用，否则将影响试验结果的重现性。 挂片上端与管道中液面的距离：应大于2 c m ； 平行试验数目：对每个试验条件，用2 组相同的管段和挂片进行平行试验； ( 4 ) 监测 试验的检测时间一般为3 0 - - - 9 0 天，本试验定为9 0 天。 监测内容：外观检查和结垢速度测定。通过外观检查，观察并记录结的垢 的颜色、形态，分布情况和腐蚀情况等。给管段和挂片照相，并对垢的组成进 行分析。根据管段、挂片的结垢腐蚀情况、循环水系统的运行条件、管道的材 质等因素，确定结垢腐蚀形态，分析产生结垢腐蚀的原因。 2 3 4 试验步骤 ( 1 ) 按要求处理管段和试片 ( 2 ) 按试验要求，在确定的管道上安装挂片 ( 3 ) 当运转时间达到指定值时，取出试片并进行外观观察并记录 ( 4 ) 试验后处理 1 ) 试验结束后，将试验管段和挂片取下，进行外观观察并记录。需分别测定 水垢化学成分、结垢速率y 、平均垢厚h 以及腐蚀速率x 。 2 ) 将试验管段用游标卡尺测量管道壁上的垢体平均厚度h 。 3 ) 用不锈钢匙轻刮烘干后管段上水垢，测定垢体成分。 4 ) 腐蚀用毛刷刷洗干净，然后在酸洗溶液中浸泡3 m i n - - - 5 m i n ，取出，迅速 用自来水冲洗后，立即浸入氢氧化钠溶液中约3 0 s ，取出，用蒸馏水冲洗，用滤 纸擦拭并吸于，在无水乙醇中浸泡约3 m i n ，于干净滤纸上，用滤纸吸干，置于干 燥器中4 h 以上，称量( 精确到0 0 0 0 2 9 ) ，同时做试片的酸洗空白试验。 第2 章理论基础 5 ) 对酸洗后的试片进行外观观察并记录。 2 3 5 数据与计算 ( 1 ) 结垢计算 1 ) 以咖表示的垢层平均厚度： h = ( h 。+ h ：+ h 3 + h 4 + h j ) 5 ( 2 3 6 ) 式中：h 。、h ：、h 3 、h 。、h ；一试片各部分垢体厚度 2 ) 以m a 表示的结垢速率y ： y = 8 7 6 0 h t( 2 3 7 ) 式中：h 一垢层平均厚度，m i l l ； t 一试验时间，h ； 8 7 6 0 一与1 年相当的小时数，h a ： ( 2 ) 腐蚀计算 以m a 表示的腐蚀率x ： x = 8 7 6 0x ( i i r i i l o ) l o s p t = 8 7 6 0 0 ( m - n ) s ，p t( 2 3 8 ) 式中：m 一挂片的质量损失，g ： i i l o 一酸洗空白试验挂片的质量损失，g ： s 一试片的表面积，c m 2 ： p 一垢体的平均密度，g c m 3 ： p = ( g ，一g 2 ) v ( 2 3 9 ) g - 舌l j 下垢体的总质量： v 由水量法确定的体积：v _ v 。- v ： t 一试验时间，h ： 8 7 6 0 一与1 年相当的小时数，h a ； 1 0 一与l c m 相当的毫米数，n n c m ( 3 ) 允许差 取三片以上试片平行测定结果的算术平均值作为测定结果，单个平行测定 结果与算术平均值的相对偏差不超过1 0 。 ( 4 ) 回归分析 抽选以上计算结果与专业测量部门的计算结果进行对照，相对偏差不超过 第2 章理论基础 1 0 ，可认为结果有效，从而本实验结果有效，可用于生产指导。 2 4 平流沉淀池的斜管改造 2 4 1 平流沉淀池 平流沉淀池为矩形水池，上部为沉淀区，下部为污泥区，池前部为进水区， 池后部为出水区。原水进入沉淀池后，沿进水区整个截面均匀分配，进入沉淀 区后缓慢地流向出水区。水中颗粒沉于池底，污泥不断堆积、浓缩，定期排出 池外。 平流沉淀池耐冲击负荷，对悬浮物浓度的变化适应性强。平流沉淀池目前 的应用也相当广泛，大面积、大体积的平流沉淀池，操作简便，效果稳定，缓 冲能力强，兼有调节水量的功能6 。 2 4 2 斜管斜板改造 在很长一段时间内，出厂水的浊度只要控制在5 n t u 以下，相应的沉淀池出 水浊度标准在1 0 - - - - 1 5 n t u 范围内。由于降低出厂水浊度的重要性逐渐被认识，对 沉淀处理的要求在提高。而当前正在使用的沉淀池普遍水力停留时间短，跑矾 花现象比较严重，试图通过加大絮凝药剂用量而降低沉淀池出水浊度的实际效 果有限。适当的构筑物改造对提高短小沉淀池的处理能力是必要的。斜管或斜 板沉淀系统大大增加沉淀面积，改善了沉淀池的水力条件，使沉淀池的处理能 力大幅度提高。然而，由于待处理水在斜管或斜板内的水力停留时间短( 斜管3 5 分钟，斜板则1 5 2 0 分钟，取决于斜管或斜板模型和表面负荷率) ，快速沉降 系统抗水量、水质冲击负荷能力普遍差，如果预处理效果不好，则沉淀出水水 质易发生变化而破坏供水水质的稳定性。 矩形平流沉淀池前l 4 1 3 部分的自然沉降效率高，快速沉降系统对颗粒 沉降过程的促进作用并不大，反而易造成管板的堵塞；另一方面，矩形平流沉 淀池前段的水力条件难控制，如果配水不匀或紊流严重，要保证斜管内的平流 状态，则需增加斜管长度，给设计、安装带来困难。在沉淀池中后段建造快速 沉降系统可能是最理想的改造方案n 7 1 。 本文所讨论的平流一斜管或斜板组合沉淀池的优势在于：( 1 ) 保留了平流沉 淀池对水质变化的缓冲作用，沉淀系统具有良好的稳定生产能力。根据运行经 第2 章理论基础 验，悬浮颗粒物的自然沉降主要发生在矩形平流池的前1 4 1 3 部分。因此， 即使待处理水的悬浮颗粒物含量增加，由于平流池的除浊作用，斜管或斜板沉 降系统所受冲击小，有利于系统功能的正常发挥，因而能保持出水水质的相对 稳定；( 2 ) 允许一定程度的超负荷生产。在矩形平流池内，尽管部分轻小颗粒可 与大而重的颗粒发生共沉降，但总是有少量既未自沉也未被共沉的颗粒物流入 沉淀池末端。安装斜管或斜板沉降系统后，颗粒间可能再次发生碰撞而沉降。 考虑到斜管或斜板的高沉淀效率，可以适当降低对进水浊度的要求，因此允许 一定程度的超负荷运行。有资料表明，理想状态下，在平流沉淀池出水区加装 斜管或斜板沉降系统后，出水量可提高到原来的2 3 倍：( 3 ) 提高了沉淀系统的 运行可靠性。絮凝药剂的适量投加、混合质量等对矩形平流沉淀池处理效率的 影响很大，药剂投加量不足，很容易发生沉淀出水水质恶化等事故。而在池内 安装斜管或斜板后，即使对水质或水量变化的反应不及时，由于斜管或斜板的 再次絮凝沉淀效应，对出水水质的影响也不会很大。显然，平流一斜管或斜板 组合沉淀池的安全性能好，能够耐受一定的操作失误；( 4 ) 建造斜管或斜板沉降 系统后，沉淀池内的水力、水流条件发生有利于控制短流、紊流、密度流等的 变化，减少了气温、风力等自然因素对沉淀效率的影响；( 5 ) 节省资金。扩建平 流沉淀池或将平流池整体改造为斜管或斜板快速沉降系统都要消耗比建造组合 沉淀池高得多的费用。 2 5 腐蚀性水质处理 工业废水中含有高氯离子、高硫酸根离子会具有很强的腐蚀性。这是因为 氯离子、硫酸根离子均为腐蚀性离子。按照腐蚀性排序氯离子较硫酸根离子更 为严重，氯离子穿透力强，能破坏金属表面的保护膜，置换氧原子形成氯化物， 加速阳极过程的进行使腐蚀加速，引起点蚀或应力腐蚀破裂。而硫酸根离子浓 度从5 0 m g l 增至5 0 0 t a g l 时，在4 0 。c 水中碳钢的腐蚀速度增加一倍，从0 9 3 9 m 2 h 增至1 8 3 9 m 2 h 。 高c l 一不但对不锈钢危害极大，而且也会对碳钢造成大面积溃疡状腐蚀，而 s 0 4 2 一除了直接加速金属腐蚀，还是硫酸盐还原菌的营养源，当大量硫酸盐还原 菌繁殖生长时，生成的h 。s 会对金属产生严重的腐蚀。 在循环再生水系统中，由于水是循环重复使用的，必然有一些水被蒸发掉， 第2 章理论基础 使系统中腐蚀性的氯离子和硫酸根离子浓度增加，从而会加速管道的腐蚀。所 以循环再生水如不针对氯离子和硫酸根进行水质处理或处理不当，就会造成设 备腐蚀。 2 6 水量平衡 贵铝主要生产部门分为三个片区：东片区( 含电解厂、碳素厂、动力厂) ； 氧化铝厂；热电厂。工业废水也因此主要分为三部分：东片区工业废水；氧化 铝工业废水；热电厂工业废水。此三部分废水经过各片区、厂的污水处理站处 理后全部回用。零排放前，由于各厂废水各自排放，工业新水也各取所需，不 存在水量平衡的问题。这种状况在零排放后改变了，因为零排放要求的是废水 全部回收利用，这样就出现东片区的再生水量比较大，而同时有些对水质要求 较高的生产车间不能使用再生水作为水源，东片区再生水使用出现富余。不仅 如此，怎样使得三个片区的再生水既能够全量处理，又能够有效回用，就提出 了水量平衡的问题。 水量平衡分析是以水量测试数据为基础，找出水量平衡关系和合理用水程 度，并采取相应的措施。具体对于铝厂而言，就是要找出零排放后，东西片区 大循环用水系统的进出水量关系，观察系统用水是否平衡和合理，并针对具体 的水量平衡关系提出相应用水方案，防止零排放后由于东水西调造成的水质混 合产生的结垢和引入的杂质对现有水系统的影响。 所以有效实现废水零排放，减少环境污染。调配三个片区再生水的使用， 节约工业新水，合理优化再生水水质，相互置换相互补充，最大限度的利用控 制设备以达到三个片区的水量平衡，就具有重大的经济、环境和社会效益。 第3 章实验方法 第3 章试验方法 根据本课题的研究内容，试验形式采取以动态连续生产试验为主，静态烧 杯试验为辅；试验按时间先后主要包括腐蚀结垢挂片试验、氧化铝再生水稳定 控制试验、热电再生水稳定控制试验、炭素废水稳定处理试验共四个部分。 3 1 腐蚀结垢挂片试验 本试验属前期探索性试验，是在对近几年铝厂水质状况保存数据统计和分 析的基础上进行的，目的是为后期试验的进行提供理论支撑和数据支持。 3 1 1 原水水质 试验期间各分厂再生水水质对比见表3 1 。 表3 1 试验期间各分厂再生水水质对比 s s c 0 瞻 碱度硬度 地点d h( 以c a c 嘎 c 1 。氟化物s 0 4 2 - 氨氮 ( - g l )( m g l )( m g l ) ( 以c a c 0 3 计) m g l计) m g l ( m g l )( r a g l )( r a g l ) 氧化 铝 1 2 +3 8 2 5 8 41 7 5 5 91 6 1 91 3 2 7 5 82 4 动力 7 81 3 4 1 81 3 63 2 71 3 3 1 6 厂 热电 4 , -