（环境科学专业论文）天津碱厂氨碱废液废渣治理工程的探讨.pdf

囊薹霎霎器薹鑫羹囊霎囊毳蓄蚕l 蠹囊羹 耋i = i 薹霎薹羹莘杰强硼 ? i j i 。； 墓薹薹囊 g j 隧霉 囊墓妻+ 篝。 醛? 毒； | 妻 ， 。i 薹荡? ； ；? 。囊醑国i i 穆薹鍪； 垂禽荔墨喜右。弘专 ：i l l 喜j j 毳耄 蓦；忑堡羹! 篷凄霪譬 ? 霉蕊i 亏 ；雾冀；囊5 i 羹! | 鋈妥! 过沥鬟2 孕；囊莓8 誓i = j 。= 。l | 繁霪蓁| | l l l ；犟塑笑囊；l 融雾 ；i 羹j ：篓# 。；。i 藿蓁攀i 羹 ；? ；耋力拼搏，历经磨难， 天谆炜嚣土擘罐士铯盘 天婢碡厂置碡盘瞌圭洼豫程工程操钉 年的努力，克服种种困难，终于通过国家的创模验收。这一年，生态城市建设被 纳入天津市“十一五”规划，滨海新区被纳入国家的发展战略等一系列重大决策， 预示着天津社会、经济发展的一个新时期的开始，环境保护愈发重要，环保责任 也愈发重大。 国家“十一五”规划将天津滨海新区纳入了国家发展战略，预示天津进入了 新的发展时期。根据滨海新区要立足天津、依托京冀、服务环渤海、辐射“三北”、 面向东北亚，努力建设成为高水平的现代制造和研发转化基地，北方国际航运中 心、宜居的生态城区的功能定位，按照建设高度开放、社会和谐、环境友好的现 代化经济新区的要求，滨海新区将全面建设宜居生态城区。在经济社会快速发展 的同时，注重环境保护和生态建设。建设和保护5 0 0 平方公里的南北两大生态环 境区，构建海河下游两岸、海岸带等若干生态廊道；建设开发区生态工业园和大 港化工生态工业园。实施碧海行动计划；建设生态型居住区，构建舒适、健康、 安全、优美的宜居环境。 1 1 2 废液废渣对周边环境的污染严重 近百年来排放出的碱渣从厂区蔓延到海边。天长日久形成了四座碱渣山， 占据了城区的中心位置。随着城市经济的发展，碱渣山堆积场已成为塘沽区、开 发区、保税区和天津港区所包围着的城市毒瘤，是严重的城市污染源，同时造成 土地资源的巨大浪费。这严重阻碍了城市的发展和规划。由于废液输送管道穿过 开发区、保税区和天津港，同时也影响了市容市貌及城市建设规划，这一问题随 着滨海新区的快速发展丽变得日益突出。 当前，滨海新区的经济腾飞与新区规划建设对塘沽区的环保要求越来越严， 区政府再三强调天津碱厂的废液废渣综合治理的追切性必要性。随着临港工业区 和渤海旅游业的兴起与发展，铲除碱渣山、拆除废液管线，还大自然一个和谐、 优美的生态园区已刻不容缓。 1 1 3 国内纯碱企业生存与发展受到严重制约 由于天津碱厂采用渣场自然澄清方法处理氨碱废液废渣，清液排海、废渣 堆存。自建厂投产以来生产纯碱所排放的废渣，堆存占用土地非常巨大，目前正 天律辉撼土簟壕士话立 天璋碱厂氢碱丘娃圭浊 栏工鞋擐讨 在使用的第四渣场所占用土地为o 9 4 1 k m 2 ，仅能堆放7 1 0 年，截止2 0 0 5 年底已 使用近7 年，碱渣仍以每年1 5 万吨左右的速度继续排放。由于绿色环保的发展 趋势，政府已不再批复用地，因此在今后一两年内陆地堆放将成为不可能。 用于建设第四渣场的投资大约为4 7 7 0 万元。由于废液含固体物质较多，排 出温度也较高，在管接头处，经常发生泄漏，检修频繁。天津碱厂平均每年投入 大量的碱渣渣场维护费、废液输送管线的维护、修理费用达到l 千万元左右。这 势必将大大提高纯碱的制造成本，严重影响了企业的经济效益，给企业的生存带 来了严重的制约，使很多氨碱法企业举步为艰。 国内采用氨碱法生产纯碱的企业在不同时段都将面临着相同的困境，解决 废液废渣的治理方案刻不容缓地提到各个纯碱企业的重要议程上来。 1 1 4 国内纯碱企业废液废渣治理的实际状况 目前，我国纯碱生产工艺有联碱法、氨碱法和天然碱法，当前国内7 0 纯 碱产品都是采用氨碱法生产，对氨碱法生产纯碱带来的废液废渣治理尚无很好的 治理方法。氨碱法每生产一吨纯碱要排放约1 0 m 3 废液废渣。废渣废液的直接排 放不仅浪费土地资源，且污染环境。国内的唐山碱厂和潍坊碱厂产量都有1 0 0 万吨年以上，到目前基本上是用传统的废液废渣治理方法，不仅污染了环境， 同时还占用了大量的土地，其废液废渣治理收效甚微。 天津碱厂作为国内纯碱企业生产的技术领先者，经过多年的攻关，此次率 先进行氨碱法废液废渣的治理，在国内尚属首创。将会对国内同行业的企业起到 一个带头的作用，为企业的可持续发展提供了保障，从一定程度上为解决国内纯 碱企业的纯碱生产污染问题起到抛砖引玉的作用。 1 2 对废液废渣治理探讨的目的和意义 l ，2 1 解决天津碱厂当前生存危机 自建厂至今八十多年来，天津碱厂走过的艰辛路程、铸就的辉煌历史使红 三角”牌纯碱享誉海内外。如今，“红三角”已成为世界知名品牌，天津碱厂则 成为制造纯碱的国际著名企业。但是，其产品纯碱的生产过程中产生大量的 天肆师蒋太母硕士话盘天璋碱厂置碡圭漉盘糠拍畦工程强1 寸 污染物，长期以来未得到综合治理，天津碱厂也为此付出了巨大的代价。随着社 会的发展和环保要求、标准治理逐步加大力度，在这种国内、国际大趋势、大背 景下，天津碱厂的环保治理也提上了日程。纯碱的生产方法主要有氨碱法和联碱 法两种。天津碱厂采用氨碱法生产纯碱的过程中，要排放出大量的废液废渣，属 工业排放污染废物。治理氨碱废液废渣，实施无害排放，已成为天津碱厂乃至世 界各国氨碱法生产纯碱的难题。尤其近年来，渤海环境与资源状况出现了严重的 恶化现象，这不仅威胁着渤海经济圈的发展前景，而且将拖累国民经济的总体发 展。天津碱厂废液废渣治理工程正是在这种情况下提出来的，既立足于彻底解决 废液废渣排放的污染问题，又为天津碱厂寻求一条能起死回生的可持续发展之 路。 前文已述由于土地资源的限制，如果不解决废液废渣治理问题，将没有土地 继续堆放碱渣，百年老厂将面临被迫停产的窘境。通过天津碱厂废液废渣治理工 程的实施。将从根本上解决目前碱厂面临的停产境遇，从而确保了企业的生存。 1 2 2 清洁生产，保护环境，走可持续发展道路 国家生态和环境保护总体要求，实施可持续发展战略，解决生态和环境问题， 坚持以经济建设为中心，处理好经济建设与人口、资源、环境之间的关系：在推 进经济发展的过程中合理开发利用资源和切实保护环境；通过改善生态、保护环 境，为中华民族的生存与发展创造良好的环境条件，促进经济社会的可持续发展。 坚持经济效益、社会效益与生态环境效益的统一。通过经济结构调整，形成合理 的产业结构和布局；依靠集约型增长方式，实行全面节约，降低资源消耗，大力 推行清洁生产和生态农业，减轻经济和社会发展对生态和环境的压力；加快生态 建设步伐，实现区域经济、社会和生态环境协调发展，改善生态环境质量和人民 生活质量。 当前滨海新区纳入国家“十一五”总体规划，滨海新区要立足天津、依托京 冀、服务环渤海、辐射“三北”、面向东北亚，努力建设成为高水平的现代制造 和研发转化基地，北方国际航运中心、宜居的生态城区的功能定位，按照建设高 度开放、社会和谐、环境友好的现代化经济新区的要求，滨海新区将全面建设宜 居生态城区。在经济社会快速发展的同时，注重环境保护和生态建设。作为新区 4 天律师籀走擘鞲t 俺支 天幛碡厂氢璃盘椎盘倍幢建工程柱钌 的重要骨干企业，实施废渣废液的综合治理，进行清洁生产，保护环境，走可持 续发展道路既是企业发展生存的需要，也是区域经济发展的需要。 1 2 3 为国内纯碱企业治理废液废渣探索一条行之有效的办法 天津碱厂在企业生存和可持续发展的战略选择中，进行氨碱废液废渣治理工 程项目的建设。该项目不仅克服了天津碱厂纯碱生产的瓶颈，解决了企业因为土 地资源和环境要求的制约，同时适应了区域经济的发展要求；而且也为国内同行 业碱厂进行氨碱法废液废渣治理提供了一条行之有效的办法。氨碱法废液废渣治 理工艺的探讨，目前国内的纯碱企业都在进行着不断的探讨过程中，如连云港碱 厂正在进行废液废渣治理的初步可行性研究，探讨如何利用废液废渣进行循环经 济的开发建设；唐山、潍坊碱厂也在进行着相似的研究。天津碱厂的废液废渣治 理工程的优缺，将为国内其他纯碱企业带来有益的经验。 1 2 4 倡导循环经济，大力发展联合制碱法 长期以来人们所熟悉的传统工业社会的经济是一种物质单向流动的线性经 济，其特征为“资源生产消费废弃物排放”，经济增长主要依靠高 强度地开采和消费资源以及高强度地破坏生态环境。循环经济则要求运用生态学 规律，将人类经济活动组织成为“资源生产消费再生资源”的反馈 式流程，实现“低开采、高利用、低排放”，最大限度地利用进入生产和消费系 统的物质和能量，提高经济运行的质量和效益，达到经济发展与资源、环境保护 相协调并且符合可持续发展战略的目标。循环经济要求人类的经济活动以“3 r ” 为准则的操作原则，即“减量化”( r e d u c e ) ，减少进入生产和消费过程的物质量， 从源头节约资源使用和减少污染物排放；“再利用”( r e u s e ) ，要求提高产品和服 务的利用效率，产品和包装容器阻初始形式多次使用，减少一次用品的污染；“再 循环”，( r e c y c l e ) ，要求物品完成使用功能后能够重新变成再生资源。循环经济 是一项系统工程，涵盖工业、农业和消费等各类社会活动。( 黄泽全，循环经济) 天津碱厂实施的废液废渣治理方案是清洁生产，是企业单一生产线的小循环，与 循环经济有着本质的区别。循环经济是二十一世纪主要的生产行为方式，适应了 天津师籀走学硒t 话支盂律碱厂氢碡盘滩盘秘侣艘工程稞讨 时代发展的总体趋势。而联合制碱法是实施循环经济的典型范例，因此从人类和 全社会的发展来看，从区域经济的可持续发展来看，建议天津碱厂异地搬迁，大 力发展联合制碱法，同时实施产品的多样化，提高企业的效益。该部分将在本文 建议中作重要论述。 1 3 本文研究的重点与框架 1 3 1 研究重点 本文从天津碱厂氨碱法废液废渣治理的探讨着手，介绍了氨碱废液废渣治理 工程的做法，对治理方案进行了分析，重点论述了废液治理的优点、不足及项目 建成后的探索性思考，并通过对治理方案的探讨，提出天津碱厂异地发展的战略。 1 3 2研究框架 本文研究框架如图示： 天律师 苣土掌耀士话立 天津碱厂氢碱鹿液丘磕徭谨工靠臻计 第二章国内外氨碱废液废渣治理方法介绍 2 1 国外氨碱废液废渣治理方法介绍 2 1 1 欧洲 索尔维集团( s o l v a yg r o u p ) 经过1 4 0 年的发展，现已成为世界上有影响力 的跨国公司，是欧洲第1 2 大化工医药公司，是比利时最大的工业公司。早在1 8 6 6 年就生产纯碱、盐等化工产品，纯碱的规模效益和市场占有率列世界第三。其纯 碱作为索尔维的创世产品，现在仍然是索尔维的支柱产品，在世界制碱业中仍是 主导者。 对索尔维所属的纯碱厂，我们重点介绍位于法国南锡( n a n o c y ) 的大型氨碱 法碱厂顿巴斯碱厂。该厂纯碱生产规模为7 0 万吨年，其废液废渣的排放量 与天津碱厂相当。1 8 7 3 年顿巴斯碱厂投产时废液废渣处理方法现仍使用。 顿巴斯碱厂是内陆碱厂，废液经处理后，清液排入莱茵河的一个支流河，顿 巴斯碱厂处理后的清液中n h 3 一n ，固体悬浮物接近于零，因此，该两项指标不进 行常规监测，地区环保偶尔抽查也无不合格的先例。唯一严格监控的指标是清液 入河流，河水中的c l 一增加量必须小于4 0 0 l i l g 1 。 他们采取的办法是筑坝存渣、清液入河。坝是由废石、废砂、碎石筑成，坚 固耐用。坝宽1 0 余米，可以同时跑两辆大卡车。坝上设有环行排渣管，每隔5 0 6 0 米有一入口。根据坝内渣的堆积情况，开停入口，坝内有数个溢流出口，废清液 由出口流入澄清缓冲池。缓冲池内的废清液由泵送入河中，送入河中的废清液量 根据河水中上、下游c l 一的增加量必须小于4 0 0 m g l 进行调节控制。 调节与控制由计算机来完成的。清液入河口上游处设一个自动c l 一检测点， 下游分别在七个不同位置设c l 一自动检测点，数据自动传输到d c s 系统工作站， 进行处理后，指令清液泵输送调节系统，达到自动调节的目的。清液泵设在六公 里之外，无人操作，偶有问题( d c s 系统会显示报警) 巡检人员开车前往处理。 为了防止渣池和缓冲池的渗漏，池周边有一小沟，小沟内的渗漏水也由自动泵排 出。 置律蚌蒋土母旃士话盘天律碡厂氨瘕圭漉盘凄f t 谨工程掉讨 顿巴斯碱厂1 8 7 3 年投用的渣场于1 8 9 1 年停用。经过绿化、植树，现在已 是翠草青青、大树参天，昔日渣场已是绿色小丘，丘顶有网球场、酒吧及休闲设 施。 第二渣场面积2 0 公顷，坝高3 0 米，现在也已完成使用价值，正在绿化： 第三渣场面积4 0 公顷，坝高3 0 米，距厂6 k m ，废液均由两条直径为o 5 米废液 管线输送，交替使用，交替清洗，管线很少拆捡，估计使用时间很长。 其他西欧索尔维公司如比利时古耶厂也采用筑坝存渣，清废液排河的方法， 排入河流中废液c l 一含量控制在小于2 5 0 m g l 。 意大利罗西略诺厂利用海边便利条件，采用混合排海方法，将废液废渣与 工厂冷却水一同经明渠入海。主要控制废液中n h 3 含量不超过1 5 p p m 。 2 1 2 印度 印度最大的公司是t a t a 集团，它的子公司之- t a t a 化学公司，是世界 最著名的化工公司之一。t a t a 化学公司成立于1 9 3 9 年，总部设在孟买，是印度 最大的纯碱制造商。 t a t a 化学公司纯碱生产能力为8 7 5 万吨年，其生产工艺也是氨碱法。其优 点即产品纯度高、原料来之容易( 周围为原盐产地，石矿距离该厂1 5 0 公里) 、 生产稳定、技术成熟等，同样也存在一些缺点，如废液排放的环保问题，设各流 程较长，成本较高等。 针对废液废渣排放的环保问题，t a t a 化学公司成立了水泥厂，t a t a 化学水泥 厂生产能力1 0 0 0 k t a ，产品规格有三个标号：4 3 # 、5 3 # 、精致水泥。采用废液 压滤装置压滤滤渣，然后由皮带机送去作为制水泥原料，滤渣量占水泥厂石灰石 用量的2 5 左右。废液压滤装置建在水泥厂，共计6 台1 4 4 m 2 压滤机，均由芬兰 l a r o n 公司制造，分为两组，每组三台，串联使用。 2 1 3 澳大利亚 p e n r i c e 公司是澳大利亚唯一的纯碱厂，也是传统的氨碱法纯碱厂。它始建 于1 9 4 0 年，当时的生产能力为5 0 k t a ，1 9 8 0 年生产能力扩建到为3 5 0 k t a 。该 是绰师菇太雪磺t 栳立 天津碱厂蕾碱盘醺丘_ ：谱堙工靠勰计 厂没有继续扩产的意向，其原因主要是根据澳洲市场需求状况，以维持供求平衡。 p e n r i c e 纯碱厂非常重视产品质量和环境保护。蒸馏废液过去一直是直接排到工 厂附近的海河中，废液中的细颗粒被河水冲走，粗颗粒沉积在河床上，每两年人 工清挖一次。这种方法几年前受到当地环保部门和工会的指责，要求该厂限期进 行治理改进。该厂的技术人员经过多方调研包括对中国纯碱厂治理技术的调研， 结合当地的情况，采用了“筑坝建池、清液排放、沉渣堆放、填地绿化”的处理 方法。现在p e n r i c e 纯碱厂筑坝建池5 个。其中稠厚池1 个，沉淀池4 个。沉淀 池按周期倒换使用。 具体的工艺流程为：废液与制碱系统的冷却海水混合后迸入稠厚池，稠厚池 池中用隔板分开，延长废液在池中的停留时间，使废液在流运过程中自然沉降稠 厚。稠厚的泥浆经过泥浆泵送入沉淀池，含有一定量细颗粒的清液排入海河中， 其悬浮物大约为3 0 0 p p m 、p h 9 ；n h 3 一n 为6 0 p p m ，符合当地环保排放标准。沉 淀池中的泥浆经机械脱水后晾晒用于填地。对不能用机械脱水的较大颗粒的废 渣，经自然晾晒后，用挖掘机人工清挖倒运。蒸馏废渣经脱水后，可造地绿化； 可用于改良土壤以及其它工程用土。用于造地的白泥堆放一定高度，在其上覆盖 约3 5 c m 的土壤，即可进行绿化。种草种树均可成活，尤其是灌木生长非常茂盛。 p e n r i c e 纯碱厂仅仅做了可行性试验，如果对自泥堆积绿化进行规划设计，其效 果将更加理想。 2 1 4 美国 当前，美国是世界上最大的纯碱生产和出口国。美国的纯碱主要以天然碱为 主，第一个天然碱厂于1 8 6 8 年建于内华达州，如今美国有5 大天然碱公司( f m c 、 o c l 、g e n e r a l 、s 0 1 v a y 、i ) 。 美国天然碱工业是伴随着合成碱厂( 氨碱法与联碱法的总称) 的关闭而发展 的。美国从1 9 6 8 年到1 9 8 7 年近2 0 年的时间先后关闭了1 3 家合成碱厂。 美国对环境保护是非常重视的。 各公司对废水、废矿渣都必须进行恰当的 处理。一是利用地面废水池自然蒸发，定期回收结晶碱；二是排入井下部分采空 区，溶解矿石，提高浓度后返回地面使用。 天律师韪土学颤士话盘 天津碱厂氟碡盘艇矗浊f t 豫工 l 操；寸 2 2 国内氨碱废液废渣治理方法介绍 国内各个企业对于氨碱废液废渣的治理都非常重视，采用的方法也很多， 但大多类似。 大连化工碱厂、青岛碱厂以及新建的潍坊碱厂、唐山碱厂、连云港碱厂等 均采用在厂区近海筑坝拦渣，滩涂围埝堆渣的方法。近年来由于碱渣占地受到政 府的限制和国家环保要求，大连化工碱厂、青岛碱厂、南方制碱公司先后加大废 液废渣治理投资，采用废液碳酸化、废液过滤等措施，但效果均不甚理想。 l o 天律蚌拖土擘士佟土 天璋域厂重碱圭液生撞话理工程擐讨 第三章天津碱厂氨碱废液废渣治理工程介绍 3 1 天津碱厂的建厂背景与环境位置 3 1 1 天津碱厂的建厂背景 早在十九世纪初期，英国皇家h 内门化工公司生产的洋碱开始销往我国，它 在英国有极大的势力，并垄断国际纯碱市场，是赫赫一时的碱业巨霸。洋碱是用 化学方法生产，含碳酸钠在9 9 以上，质量比中国的士碱高得多，价格又比土碱 低廉。而中国的土碱含碳酸钠仅5 0 札6 0 ，是以内蒙古碱湖所产天然碱为原料， 经过粗略的加工形成土碱。质量低劣，且成本高。很快，洋碱便在中国大量倾销。 这时中国的民族工业濒渐兴起，恩碱量大增，丽中国的土碱，只相当于进口碱量 的1 7 。 巨大的反差使范旭东逐渐意识到：要救国，必须兴办工业，发展民族企业。 他认为，作为一个搞工业的人，应该在中国制造一种标准纯碱，更重要的是以此 来开拓纯碱的用途，为国家树立化学工业的基础。范旭东决心由自己创办工厂， 开拓一条中国的化学工业之路来。 在此想法的驱动下不久，范旭东于1 9 1 3 年冬天决然一身来到塘沽，在中国 化工还是一片荒原的情况下，首先创办了久大精盐公司。久大精盐公司的诞生为 中国的制碱工业奠定了基础。久大的成功为永利制碱公司( 天津碱厂前身) 的创 立提供了原料供应、资金积累和办厂经验。 第一次世界大战爆发期间，1 9 1 6 年洋碱实际进口还不到1 9 1 4 年的2 0 ，碱 价涨到原价的7 8 倍。致使许多与碱相关的工厂倒闭，工人失业，给中国的民族 工业造成了极大的打击。范旭东等人于1 9 1 7 年决定创建中国自己的制碱工业一 一永利制碱公司。虽然久大精盐公司为制碱工业的发展开拓出一条道路，但是制 碱工艺复杂，而且资金、技术、设备、原料问题为创办人设罱了一道又一道的障 碍。经过范旭东和侯德榜以及众多实业爱国家多年不懈的努力，最终试验成功。 于1 9 2 6 年6 月2 9 日，永利制碱公司终于可以生产出洁白的纯碱，碳酸钠含量在 9 9 以上，完全可以与h 内门的洋碱相匹敌。由此，奠定了天津化学工业发展的 五律师托太母硪士话盘 天 l 碡厂氢蕊盘瞳矗磕f t 谨z 枉操计 第一块基石，揭开了我国、乃至亚洲制碱工业历史的第一页。从此，袋上印有“红 三角”牌商标的纯碱诞生了，并一直发展至今。 3 1 2 天津碱厂的环境位置 天津碱厂位于天津市塘沽区，距天津市中心约5 5 公里，北面为现在的天津 经济技术开发区，距天津新港7 公里，邻近唐山的开滦煤矿。陆路、海路交通畅通， 运输极为便利，在这里兴办化学工业，原料、燃料、运输都很方便，可咀说是一个得天独厚 的化工基地。 天津碱厂地处滨海冲积平原，地势平坦。该地区四季分明，属于暖温带大 陆性季风气候，年平均气温1 2 1 ，年平均风速4 5 m s ( 天津碱厂环境位置图 见下页) 3 2 氨碱法生产规模与生产简述 3 2 1 生产规模 天津碱厂纯碱生产规模现年产7 0 万吨左右，占全国纯碱总产量的四分之 一。建国初期，氨碱法生产纯碱的年产量约为4 1 万吨。在整个三年经济恢复时 期，碱厂在没有增加设备、投资的情况下，纯碱产量由1 9 4 9 年的4 万吨，上升 到1 9 5 2 年的9 万吨。 随着国民经济的飞速发展，各行各业用碱量的增加，年产9 万吨纯碱的生 产能力已远远不能满足全国工农业生产和出口的需要，国家决定进行大规模扩 建。于是，从1 9 5 8 年开始，用于纯碱扩建的投资在两年内就达到1 7 0 0 余万人民 币。新建蒸氨、吸氨、碳化、煅烧、锅炉厂房和石灰石矿区；增添干燥锅、碳化 塔、蒸氨塔、压缩机和锅炉等设备；电力部门又在厂内新建电站，使纯碱生产装 置成龙配套。在改造和扩建过程中从设计、制造到安装绝大部分依靠碱厂自己的 力量，为纯碱日产8 0 0 1 0 0 0 吨的扩建作出了贡献。 生产规模的扩大，使工厂每天物料吞吐量达6 0 0 0 吨以上。在1 9 6 7 至1 9 7 6 1 2 天 l 师托太肇龋士话盘 置 幸碡厂氢碱矗；龟直磕徭醒z 稆糠村 年的十年中，碱厂纯碱生产虽呈上舞趋势，但企业利润下降，生产成本增加。1 9 8 1 年增加干燥锅，更新碳化塔、吸氨塔，有力支援了纯碱生产，使产量逐年提高， 1 9 8 1 年纯碱产量超过了4 5 万吨。 为不断满足国民经济对纯碱的日益需求，恢复性大修完成后，碱厂提出扩 建生产规模，即纯碱年产量由4 5 万吨增至6 0 万吨。1 9 8 4 至1 9 8 9 年完成纯碱年 产6 0 万吨扩建工程，同时解决了生产纯碱过程中产生的废液废渣排放、增加占 地等问题。1 9 4 9 2 0 0 0 年纯碱产品产量见表1 ： 表1纯碱产品产量 产品名称1 9 4 9 年产量 1 9 7 5 年产量1 9 8 5 年产量1 9 9 5 年产量2 0 0 0 年产量 ( 万吨)( 万吨)( 万吨)( 万吨)( 万吨) 纯碱 4 14 1 2 45 1 3 86 3 1 66 9 8 5 ( 资料来源：天律碱厂生产技术统计数字) 3 2 2 生产简述 当时，世界上有两种制碱方法。一种是路布兰法，称“旧法”；另一种是苏 尔维法，称“新法”。法国人路布兰发明了路布兰制碱法。此法生产过程复杂， 原料昂贵，产品成本高，质量差，后被比利时人苏尔维发明的氨碱法所代替。氨 碱法也称索尔维法，用食盐、氨气、石灰石作原料，产品成本低，质量好，一时 成为制碱最新技术。 纯碱学名为碳酸钠，英文名s o d i u mc a r b o n a t es o d a 或s o d aa s h ，化学分 子式为n a ：c o 。，分子量为1 0 5 9 8 9 。 氨碱法纯碱生产以原盐( 有效成分n a c l ) 和石灰石( 有效成分c a c 0 3 ) 为基 本原料，以氨气为中间介质将盐水碳酸化制取重碱( n a h c 0 3 ) ，重碱经过煅烧、 冷却得到最终产品纯碱( n a 0 3 ) 的生产过程。纯碱生产的基本原理和化学反应， 按主要生产过程可包括如下步骤： 第一步：准备过程 氨气的合成 重油经过气化生成含有效成份氢气h 。大于9 0 的裂解气，再经过净化后得到 纯净的h z ；将空气进行分离后可得到氮气n ：二者在高温、高压、催化剂的作用 天津师耗土掌顾t 栳立 天悻碡厂氢碱盍艇圭漕f t 糟工程擐计 下生成n h 。，其化学反应式为：3 h 。+ n ：一2 n h 。 石灰石煅烧与石灰乳的制备 石灰石( c a c o 。) 先在石灰窑内加热分解以制取生石灰( c a o ) ；生石灰加水消 化成石灰乳( c a ( o h ) 。) ，除去石渣杂质后分别用于盐水制碱等工序。石灰石煅 烧及生石灰消化的主要化学反应为：c a c 0 3 一c a 0 + c 0 ： c a o 十h z o c a ( o h ) 2 第二步：盐水的精制 去除泥砂杂质 用生产中的杂水和海水将盐粒溶化成粗盐水，通过控制水温和添加少量的助 沉剂可以控制盐层高度、澄清速度，泥砂沉积后再进行清理、去除。 去除盐水中的m 9 2 + 在去除泥砂杂质后的盐水中加入适量的石灰乳，使盐水中的m g ”与石灰乳中 的( o h ) 作用，生成( 0 h ) 。沉淀，除m g ”的化学反应式为： m 9 2 + 十c a ( o h ) 2 - + m g ( o h ) 。l + c a p 去除盐水中的c a ” 将n 与石灰石煅烧产生的e 0 ：同时通入盐水中。生成( n 也) ：c o ，再与盐水中 的c a ”作用，生成c a c o 。沉淀得到精盐水。除c a 2 + 化学反应式为： 2 n h 。+ h 2 0 + c o ：+ ( n h l ) ：c 0 3 c a 外+ ( n h ；) 2 c o ，- + c a c 0 3i + n h 。一 第三步：盐水碳酸化 盐水碳酸化是制碱过程中最重要的步骤。盐水碳酸化的目的是使盐水在碳 化塔内先吸收n h 3 再通入c o 。，制取结晶均匀粗大、杂质含量低的出碱液，俗称 重碱( n a h c o a ) 。盐水碳酸化过程的主要化学反应为： n h 。+ h 2 0 - n h t 0 h 2 n h n o 雌 + c 0 2 - n h 2 c o o n h 。+ 2 h 。o n h 2 c o o n h 。+ h 。o - n h 棚c 0 。+ n h 。 n a c l + n h 4 h c 0 b - n a h c 0 。+ n h 。c l 第四步：重碱煅烧 重碱在煅烧炉内加热分解成纯碱( n a 。c o 。) 及炉气( 含c o 。、h 。o ) ，纯碱送至 天霹炜慧土掌螽士话土 是璋碱厂氧蕾生藏主擅强攫：靠埠讨 下一道工序，炉气经处理、回收c 0 。用于再制碱。煅烧过程的主要化学反应为： 2 n a h c 0 3 - n a 2 c 0 3 + c 0 2f + h 2 0 第五步：凉碱与包装 煅烧炉送出的纯碱湿度高达1 6 0 2 1 0 ，经过凉碱器冷却，使之降到9 0 以下再进行包装，以减轻热能对包装材料强度的损害。 氨碱法纯碱生产工艺流程图如下： 石灰z 艘生石灰垫垫石灰尊潍康液c 。 悟袁石量棚 i4 搌盐襁釜永- 璺耋一卜次) 精盐水兰! l 精盐水真盐水堕! 曼熏碱 f眇 蕊落篡p “备 蛐纯蒯( 产品 n 蜘毫氟i 图2氨碱法纯碱生产工艺流程图 3 3 氨碱法生产的主要污染物及其传统治理方法 3 3 1 氨碱法生产的主要污染物 “七五”期间我国建成投产三座年产6 0 万吨纯碱的氨碱厂，使氨碱法纯碱 生产的产量占有更大的优势。然而，氨碱法生产纯碱过程中，从蒸氨塔中要排放 大量的废液废渣，废渣是废液中的固体悬浮物，属于工业排放三类废物。纯碱生 产排出的废渣主要来自石灰窑化灰机排出的细小石灰石、废砂等固体渣：悬浮液 体渣主要来自于蒸氨过程经过化学反应排出的沉淀物，在此工序中与蒸氨废液混 合后一起排放。这些废液废渣产生量很大，是纯碱生产必须考虑治理的主要污染 物。通常每生产1 吨纯碱要排放出9 1 l 立方米废液，其中含固体废物2 0 0 3 0 0 千克，一年排出的干渣量约1 5 万吨，是最大的悬浮物排放量。 废液废渣的液相成分主要是氯化钠( n a c l ) 和氯化钙( c a c l ：) ：固相成分 主要是碳酸钙( c a c o 。) 、氢氧化镁( m g ( 0 h ) ：) 、硫酸钙( c a s o 。) 、氢氧化钙( c a ( o h ) 。) 以及酸不溶物( 主要是s i o 。) 。氨碱废液废渣产生量及化学组成见下表。 表2 氨碱废液废渣产生量及性质 晨律师茹太晕龋士栳立天f | 碡厂氢蹦盘瞳盘撞堙理z 枉勰科 排放篮固体含量废液成份及含量密度排出温度排放点 9 l la c a o l0 t tt a5 0 ，4 n 蒸氨工段 一废物t 碱2 5 c a c l 23 5 o n n a c l l 5 她 1 1 4 0 9 0 左右 蒸氨塔 k g m 9 p h 值= 1 1 1 2 表3氨碱废液废渣化学成分 l 成分 c a c 0 3 c a s o d c a c l 。 c a on a c l a 1 。o 。f e 2 0 3s i o ， m g ( 0 h ) 。 i 含量 4 5 63 91 0 5l o _ 32 74 o1 o 1 0 o1 2 o ( 数据来源：天津碱厂环保部门提供) 从废液废渣的化学成分组成可以看出，杂质都是以原料盐和石灰石带入的， 因此排出的白色悬浮液基本上是无毒的：除酸不溶物二氧化硅( s i0 2 ) 颗粒较大 外，其余都是极细的悬浮物，一般为5 3 0 斗m ，沉积后粘性较强，波、固相很难 分开，排出的数量随原料盐和石灰石的质量变化而有所增减。 3 3 2 对主要污染物的传统治理方法 天津碱厂自建厂以来，所排放的废液废渣采用筑坝拦渣，将固渣在划定的区 域内堆放；废液经过溢流、澄清，使疲清液温度、p h 值、悬浮物含量控制在环 保法规定的范围内，即符合表4 氨碱废清液排放监测标准后，排入江河湖海， 实现无害排放。 表4 氨碱废涛液排放监测标准 l 污染物名称p h 值 n | l s n ( m g 1 )悬浮物( m g 1 ) c l 一( m g 1 ) 废清液9 - 1 1 2 5 2 0 0 2 5 0 ( 数据来源：天津碱厂环保部门提供) 长期以来，对纯碱生产所排废液废渣的治理是制碱行业和环保部门十分关注 的问题a 天津碱厂自1 9 2 3 年投产以来，生产纯碱总量已在1 2 6 0 万吨左右，排出 碱渣大约不低于3 0 0 万吨，堆存占地3 5 平方公里。碱渣为含水约6 0 的膏状物， 量大、颗粒细，俗称“白灰埝”。由于碱渣脱水困难，难以堆筑成较高的渣堆， 堆存现场最高处为1 5 米，否则会塌方。大量的碱渣堆存占地非常大。因此，氨 碱法生产纯碱所产生的废渣是无机化工中一个较难处置的固体废弃物。 天津碱厂自投产时所采用的废液废渣处理方法一直沿用至今。图3 所示为 墨苎丝兰查兰璧! 丝查一墨鲨丝苎苎塑生生兰曼翌蔓三业 津碱厂自建厂以来所排放的碱渣在塘沽区、经济技术开发区、保税区、天律新港 之间形成了圜座燮誊i 矮赢? i 麓曩爱驻；疆戮嚣交国霰菇霪馨誊簏罾耋 瞻辅藩象训；衫蜀蝥器戥拦妇搿矗掣饕量引j 醛联熨，够乔i 馥种亚菲弱鄹地捌 德洱唁； ；i ；j ：超出酋爨值堕鬯薹凌移辫匿鞭 湮围值高塾萄篓鼙：琶麓采处表层中瑟6 1 - 6 0 3 ，9 6 o6 9 18 2 22 3 o 29 1 9 一 “4 5 26 3 3 5i 67 6 l0 4 4 由表2 4 与表2 5 比较可见，本次调查的土壤中的元素含量汞( ) 只有家属 区南5 0 米1 0 0 1 2 0 厘米土层中超出背景值范围o 1 2 4 9m g k g ，比9 5 范围值高 14 ：铍( b e ) 在4 0 0 米处表层中超过9 5 范围值1 1 2m g k g ，其他元素砷( a s ) 、 铬( c r ) 、锌( z n ) 、铜( c u ) 、镁( m g ) 、镍( n i ) 、钾( k ) 、钠( n a ) 等在距离碱渣土回 填区5 0 米和4 0 0 米土层中的含量均相当于本区滨海盐土中的背景值或与十一大 街 对照点土壤中的含量相当。在所检测的十几种元素中，个别元素含量高于本区土 壤的背景值，说明本区土壤来源较复杂，造成土壤中元素含量增高的原因极可能是本区回填的黄土引起的。因 此，碱渣制成工程土后用于开发区、保税区、滨海新区工程建设用土，其 对环境的影响终将被本区自然环境的影响所减弱，并不造成回填场地周围的壤污染。41 2 对地下水的监测水 是宝贵的自然资源，是人类生活、动植物生长和工业生产不可缺少的物质。人 类不但需水量大，而且随着工农业的迅速发展和人口增长，排放的废水、污水水 量也急剧增加，许多地表水甚至地下水都遭受不同程度的污染，致使水质下降。因 此，对地表水、地下水水质的监测、治理尤为重要。以 下是对工程土回填地的地表水、地下水各组分含量的测定，对照点与前同。表2 6 地表水、地下水中各组分含量( m g 1 天律师魁太晕硒t 话盘 天津硝厂氢碱鹿糠盘灌f 豫工程糠计 ( 数据来源：天津碱厂环保部门提供) 由上表可见，环境空气中的总悬浮颗粒物( t s p ) 、可吸入颗粒物( p m ，o ) 均 略高于大气环境质量标准( g b 3 0 9 5 一1 9 9 6 ) 中的二级标准，说明碱渣周围的大 气环境质量有待改善和提高。 3 4 3 主要污染物对海水的影响 废液澄清后，上层废清液经溢流出口直接排入就近海域，势必对附近海水 水质造成一定的污染以及给海洋生物带来负面影响。表9 为排污口附近对海水水 质监测的结果。 表9 海水水质的监测譬果( 平均浓度m g 1 ) 污染物名称监测数值国家标准值 p hl o 59 悬浮物 2 2 3 2 0 0 n h 。一n 2 8 2 5 氯离子c l 2 6 5 2 5 0 ( 数据来源：天津碱厂环保部门提供) 渤海虽然仅占我国四个海区海域面积的1 6 ，但渤海地区的主要海洋产业 总值却占全国的三分之一。近年来，污染物超标排放使渤海环境与资源状况出现 了恶化，海水富集化、赤潮发生率频繁，局部海域生态系统遭到破坏。更令人担 忧的是，渤海的经济鱼虾类产卵场、索饵场和育肥场的环境仍在进一步恶化。所 有这一切与天津碱厂长年累月向渤海排放大量超标污染物有着密切的关系，这不 仅威胁着环渤海经济圈的发展前景，而且将拖累国民经济的总体发展。 3 5 氨碱废液废渣治理工程方案比选 虽然此工程方案众多，但都可以归结为国内、国外两个方案。所有方案的比 选都是围绕废液废渣治理工程的关键设备压滤机的优选进行的。 是律炜齄土母颤士话互 天_ ：章碡厂氟碱圭；点座渣癌谨工n 操计 3 5 1 国外压滤设备的比选 3 5 1 1 芬兰 芬兰l a r o x 公司始刨子1 9 7 7 年，主要生产c f 、p f 型板框压滤机，在世界 上有1 4 家子公司。其产品广泛应用于矿山、食品、化工等领域。印度t a t a 纯 碱厂、波兰m a t w y 公司等均选用该公司生产的压滤机处理废渣，效果良好。 p f 型板框压滤机运行工艺条件： ( 1 ) 废液固含量：5 2 0 ( 2 ) 温度：6 0 9 6 ( 3 ) 滤室腔高：3 0 4 5 m m ( 4 ) 压缩空气消耗量：0 8 屯o m 3 ，砬m 证( 仅仅是吹风阶段消耗压缩空气) ( 5 ) 单循环时间分配： 第一压滤过程1 5 1 0 m i n 5 8 b 盯 第二压滤过程1 o 2 0 i n i n 8 1 0 b a r 第三压滤过程2 o l o m i n 1 6 b a r 3 5 1 2 其它国家 美国、德国等国家也有类似于芬兰l a r o x 公司的压滤设备，但由于目前其它 国家的压滤机设备应用于纯碱行业废液废渣治理的范例极少，在此不作详细介 绍。 3 5 2 国内压滤设备的比选 国内废液过滤设备主要有带式过滤机，板框式过滤机等。设备性能指标滤饼 含水量均在4 8 7 0 之间，无法满足碱渣含水量4 6 的要求，而且设备单位面积 过滤能力极低，连续运行性差，检修频繁，运行费用较高，且可靠性较差。 3 5 2 1 青岛 五 幸炜托太擘确士始盘 天谭碱厂氢碱矗曛廑硅灌埋工程强计 青岛碱厂废液废渣的处理采用带式过滤机，经碳酸化、澄清、等工艺，带式 过滤机选用1 6 台，开8 备8 ，滤饼含水份5 0 6 0 ，每台过滤机运行周期7 天， 清理、检修频繁，过滤厂房占地非常大。运行一段时间后，因运行费用过大而停 用。 3 5 2 2 广东 广东南方碱业公司废液废渣的处理采用板框式压滤机，经碳酸化、澄清、 工艺，板框式压滤机选用4 台，过滤面积为5 0 0 m 2 台。于1 9 9 4 年投产，投产后 开开停停，目前已有一台损坏，检修频繁，腐蚀严重，滤饼水分为4 8 5 0 。 3 5 3 比选结果 表1 0国内外压滤机能力的对比 、对比设备l a r o x 公司压滤机国内厂家压滤机对比结果 对比项目、 过滤能力5 0 k g m 2 h 4 6 9k g m 2 h l a r o x 公司很高 滤饼所含水份 4 6 4 8 6 0 l a r o x 公司较低 设备占地 3 0 m 2 1 5 0 l a r o x 是国内的1 5 劳动定员1 人5 人 l a r o x 是国内的1 5 设备可靠性无故障运行，无备机 故障率高，有两台各机l a r o x 公司较高 自动化程度有触摸屏，程序控制无触摸屏，人工调节 l a r o i 公司铰高 设备投资l ，0 0 0 ，0 0 03 5 0 0 0 0 葭筏_ 。| x 悬蘧季辫镌攀倍 ( 资料来源：纯碱工业) 从上述对比结果可以看出，l a r o x 公司的设备除了投资较高外，其它性能都 远优于国产设备。国产设备的主要优点是价格低，可降低整个工程的建设投资。 但从产品碱渣土的质量、过滤设备的可靠性、稳定性、自动化程度、占地、劳动 定员等方面比较，p f 自动压滤机均优于国产设备，尤其本项目是为了治理天津 碱厂氨碱法纯碱生产所排废液废渣，如生产的可靠性、稳定性差，必然会影响整 个氨碱生产系统的运行。另外滤饼的水份含量直接影响到产品碱渣土的质量。综 合优选，拟引进芬兰l a r o x 公司p f 型自动压滤机。 2 天律炜萄土擘摩士话主 天律碡厂氢碡盍箍丘洼僧疆工靠球讨 3 6 天津碱厂废液废渣治理工程筒述 3 6 1 产品方案及生产规模 碱渣综合利用的产品方案、工艺技术方案茹鋈；“强拦般掣晤墨华南竿。索 瞽符藕莆熊j 沼憾型燃坝孺峰勰滔剞k 削盼j 筢疵j 的f 二撵霞。状秦葡灞肖掣涩；甜 辩割i 州型龄嚣i 至气贪尘蕈誓；f 甄滢艰撼凌謇j 囊葱蟊爵乒姿墓擎舔隧摊越 湛凄鞭留。 墅! 露灰 车间岗位环境 恶劣，空气含尘量非常大，最高达3 5 0 m g m 3 ，远远高于l o m g 订的职业卫生要 求，造成严重的污染，影响广大职工的身心健康。另外，设备的平时巡检及故障 检修，都必须在停止出灰的情况下进行，无法保证巡检和检修质量。因此，在本 次设计中，含尘气体经总管汇总后，经旋风分离器级除尘后，再经布袋除尘器 进行二次除尘，尾气大部分由排风机排空，另有一小部分经反吹风机加压后，反 吹布袋，以保证除尘效果。采用两极除尘流程来处理粉煤灰运输及储存过程中产 生的粉尘，取得了良好的环保效果。其工艺流程图如下： 图7 除尘改造工艺流程图 该工程投入运行后，灰仓室内空气含尘量大幅度下降，经查定，灰仓室内 空气含尘量由投运前的3 5o m g 对下降到7 m g 岔，达到了l o m g m 3 的环保要求， 改善了灰仓室内的操作环境，有效地保障了本车间广大职工的身心健康。另外， 由于灰仓室内及整个车间环境的改善，使得操作工对运灰设备进行巡检时，不必 停下运灰设备，可以使许多 x 五律! 弗蒋太雪颤士话土天津碱厂氢碱圭 点虚_ ：l 憎理z 稚埠计 固含量为4 ( w w ) 左右的氨碱废液废渣首先进入第一澄清桶，然后进入 第二澄清桶进一步澄清，澄清桶上部清液溢流至清液桶，在此兑入废酸、盐酸以 降低其p h 值后通过废液管线排放入海：澄清桶底部底流由泥浆泵打至泥浆桶， 缓冲以后送至压滤机，压滤后的滤饼由皮带机送至堆场，与高压炉灰、渣混合后 制成工程土( 碱渣土) 。废液废渣压滤工艺流程图如下： 清液排海 空气干燥空压机 fl 废酸，盎酸一清液捅 挤压壑压机 l 废液一第一澄清摘笫二矗清桶泥浆桶压嘉机蔓! 选燮l 工程土( 产品) 图6 废液废渣压滤工艺流程图 第四章天津碱厂氨碱废液废渣治理工程的优点与不足 4 1 治理工程没有造成周围环境的污染 4 1 1 对土壤的监测 土壤是陆地表面具有肥力、能生长植物的疏松表层。土壤是人类环境的重 要组成部分，它具有吸水和储备各种物质的能力，但土壤的纳污和自净能力是有 一定限度的，当进入土壤的污染物超过其临界值时，土壤不仅会向环境输出污染 物，使其它环境要素受到污染，而且土壤的组成、结构及功能均会发生变化，最 终可导致土壤资源的枯竭与破坏。而植物产品的数量和质量主要由土壤环境质量 来决定，从而影响人们的生活与身体健康。 我们选取的对照点同前，即土壤采自十一大街，深度为o 1 2 0 厘米，每2 0 厘米取一混合样品，其它土壤采自工程土回填场地朝阳新村家属区，深度为 o 2 0 0 厘米。工程土回填地区周围土壤监测结果如下： 表2 4土壤中各组分含量( 单位：m g k g ) 心 p h全盐量h c o ，一 c r s o 2 a s h g m 1 0 0 9m g ，1 0 0 9m 吕，1 0 0 9m g ，l o o gm 班gm k g 卜始对傥：” 82 7 27 0 7 1 2 4 2 l4 6 4 1 0 32 7 1 6 98 7 20 0 7 1 0 8 4 12 6 4 6 x l o j2 5 _ 713 4 4 x 1 矿2 8 3 1 59 4 3o 0 0 1 4 4 0 6 0 c m 8 2 82 5 6 2 1 0 32 7 21 2 9 l 1 0 32 7 6 4 16 1 30 0 3 1 2 6 0 8