氧化铝厂水环境影响及对策的探讨

【摘要】氧化铝厂水环境影响主要是碱污染，碱性生产废水和赤泥是主要污染源。从源头开始控制，实现氧化铝生产工艺水平衡、氧化铝厂水平衡，进而达到零排放，是控制直至杜绝氧化铝厂生产废水污染的有效途径。而改变赤泥制备工艺、改善赤泥堆存条件，采用先进、可靠的赤泥处置技术，能够有效地控制赤泥对环境的影响。干法赤泥处置由于从根本上改善了赤泥的堆存条件和防渗漏设施的工作条件，在水环境保护的有效和安全可靠性方面具有突出的优点。

【关键词】氧化铝厂；碱污染；水环境；零排放；赤泥处置

水环境影响历来是氧化铝厂建设和生产中面临的重大课题。而在一定的自然、地理、地质条件下，水环境影响甚至成为氧化铝厂生存和发展的关键。国内外不乏因其导致地下水、河流湖泊水质恶化，严重污染环境的事例。近年来，由于氧化铝厂生产工艺技术和环保科技的发展，氧化铝生产工艺对环境的影响状况已有很大改变。而其根本改观，根据氧化铝生产的特点，有赖于包括氧化铝生产工艺、水环境保护等各方面的进步。本文从影响水环境的氧化铝生产工艺条件出发，分析、研究其影响，并就防止水环境影响若干问题进行讨论。

1.氧化铝生产主要污染源

氧化铝生产主流程是碱性物料流程，所以其污染主要是碱污染，主要污染源有如下两种。

1.1碱性生产废水

碱性生产废水来源包括：工艺生产系统非正常散溢的废液、工艺生产系统碱性排水和微碱性循环水排水。现代氧化铝厂均建有完善的非正常散溢废液回收设施，可杜绝其进入生产废水系统，并避免其散溢厂区，污染地下水。

工艺生产系统碱性排水的有无和多少，取决于氧化铝生产工艺水平衡。在工艺系统能够维持水平衡或亏水的情况下，可以作到没有工艺系统碱性排水。

微碱性循环水因其主要是用来冷凝或冷却汽（气），不可避免的有碱性水体从工艺系统进入循环水。在工艺系统采用内部循环水冷却时，其平衡可以维持，没有排水。而采用外部循环水对工艺系统冷却时，难于维持稳定的水平衡。

现代氧化铝厂应该实现没有碱性废水进入工厂生产废水系统。

1.2赤泥

工厂外排的赤泥是氧化铝厂重要的污染源，其附液含碱达到4～6 g/L，而且数量大，影响面宽。

2.氧化铝生产工艺水平衡

2.1工艺水平衡在水环境保护方面的重要性

水环境影响分析中，工艺水平衡的研究是极为重要的。

氧化铝工艺水平衡是分析氧化铝厂水环境影响的出发点和基础。不同的氧化铝生产工艺、技术和装备，其指标各不相同。先进的技术和装备，不但可以在生产工艺上带来可观的经济效益，而且能减少其后续保护环境的治理费用。

当氧化铝生产工艺系统不能达到水平衡而向工厂废水系统排水时，由于其排水含有碱，给工厂生产废水的处理回用带来困难。同时因碱水与其它排水的混杂，易形成结垢堵塞管道，并常常造成地下水的污染，甚至发生重大环境污染事故，所以，氧化铝工艺水的平衡及其稳定性，是氧化铝厂水系统正常运行、避免发生环境事故的基础。

只要措施得当，氧化铝厂完全可以达到工艺系统稳定的水平衡或亏水工况运行。

3氧化铝厂水系统、水平衡和零排放

3.1氧化铝厂水系统

氧化铝厂水系统一般包括：给水系统、循环水系统、重复用水系统、废水系统等。根据用水要求、排水水质和技术经济因素，同一类水系统又常常包括数个独立的系统。

3.2与水环境影响有关的氧化铝厂生产水系统

3.2.1净循环水系统

氧化铝厂的一些用水，如设备或物料冷却用水，一般采用间接冷却，基本不受污染。如：原料磨轴承和油站冷却水、高压隔膜泵电机冷却水、分解槽冷却水、焙烧生产冷却床冷却水、空压机冷却水等。常根据用户对水质、水温、用水可靠性要求和用水点分布，设置独立的或合并的循环水系统。这些水系统基本不会造成水环境污染。

3.2.2微碱性循环水系统

氧化铝厂的大量用水是冷凝或冷却带碱的蒸汽（气）用水。

氧化铝生产工艺主流程中的部分水分经蒸发、闪蒸排出，蒸汽经冷凝器冷却后随冷却水排出。此外，氧化铝生产中大量采用的真空过滤机，其气 （汽）亦采用水冷却。由于蒸发和过滤均系碱性物料，冷却水不可避免地受到碱污染，这些冷却水均呈碱性。而在生产装置设置不当或失控时，不但碱污染加重，且有可能使碱液和物料进入冷却水。

氧化铝厂一般均为上述用水设置一个或数个独立的循环水系统。

3.2.3生产废水排水系统

氧化铝厂一般没有大量废水排人生产废水系统，其零星的或非正常的生产排水，水量和水质与设计和运行管理有极大关系，常包括下列各类废水。

1）零星洁净废水

有些使用新水用户，使用过程中水质基本未受污染。由于排水点位置分散或其他原因，自建或接人相近类似循环水系统不合理，用后直接排出，进人生产废水系统。如部分小型水冷空调机排水、设备间接冷却排水等。

2）净循环水排水

在循环水的长期运行中，为了保证循环水水质避免由于蒸发而使循环水中溶解物浓缩超过设定指标，净循环水要定量或定期排水。排水进人生产废水系统。

3）循环水的非正常排水

在调配不当等情况下，净循环水和微碱性循环水都将出现溢流，进人生产废水系统。此外，在水质不良或水温达不到要求，采取补水换水等抢救措施时，也将排水。

为了保护环境和减少新水用量，氧化铝厂一般均设置生产废水回收利用系统。上列各项生产废水均由氧化铝厂生产废水系统收集，废水经过处理后回用。

3.3氧化铝厂水平衡

氧化铝厂主要用水为汽、气和设备冷却用水，采用循环水。生产废水设处理站以回收利用。水平衡系统的主要特点说明如下。

1）循环水站设有作用不同的循环水处理设施。

2）微碱性循环水含碱，与硬度不同的生产新水相混将发生下列变化：

Ca(HCO3)2+2NaOHCaCO3+Na2CO3+H2O

Mg(HCO3)2+4NaOHMg(OH)2+2Na2CO3+2H2O

MgSO4+2NaOHMg(OH)2+Na2SO4

MgCl2+2NaOHMg(OH)2+2NaCl

CO2+2NaOHNa2CO3+H2O

CaCl2+Na2C O3CaCO3+2NaCl

CaSO4+Na2CO3CaCO3+Na2SO4

新水的硬度被软化，从而在设备、管道和构筑物中产生结垢和沉积，给生产工艺系统和水系统的正常运行带来困难。因此微碱性循环水的补水（生产新水和重复利用水）必须在循环水站集中补给。

3）严格控制生产新水直流水的使用，一般这部分水量很小。

4）赤泥堆存若采用干法堆场，则无赤泥输送回水。赤泥堆场回水为数量不多的堆场分离出来的赤泥附液等。而若采用湿法堆场，则有赤泥堆场回水进人生产废水处理站。

5）由于重复利用水带碱，为使灰渣输送泵和管道不致加重结垢，其补充水（重复利用水）应在灰渣堆场补给。而对于燃煤含硫高，可能导致灰渣输送设备和管道腐蚀的热电站，可以考虑采用在灰渣输送前补水的方案。’

6）氧化铝生产工艺系统补充水及杂用水（如设备冲洗、地坪冲洗等）应尽可能供给循环水，以保证氧化铝厂水平衡及其稳定性，有利于循环水的水质更新，保持循环水较低的碱浓度。

3.4氧化铝厂生产废水零排放的可能性

3.4.1氧化铝厂生产工艺系统能够做到水平衡或亏水运行

进人氧化铝生产工艺系统的水包括矿石附水和矿石结晶水等，数量为0.5~1.0m3／t(A12O3)。排出系统的水主要在氢氧化铝焙烧、赤泥和灰渣附水等，数量因赤泥处置方法不同而相差较大，干法赤泥处置时为1.2~1.5m3／t(A12O3)，湿法赤泥处置时为2.5~3.5m3／t(A12O3)。

因此，在充分回用一次蒸汽冷凝水和有效利用二次蒸汽冷凝水的情况下，氧化铝生产工艺系统能够做到水平衡或亏水运行。

3.4.2氧化铝厂水系统能够做到亏水运行

氧化铝厂大部分用水为循环水，其数量为50~80m3／t(A12O3)，其中微碱性循环水在 85%以上。由于冷却汽、气而随同进入微碱性循环水的水量为7~9m3／t(A12O3)，全部返回氧化铝生产工艺系统。

循环水蒸发等损耗水量为1~1.5m3／t(A12O3)，热电厂灰渣输送和堆存损耗水量在2~7m3／t(A12O3) 左右，而进入生产废水处理站的循环水排污、零星排水、干法赤泥堆场回收水等的水量均很少，所以氧化铝厂水系统能够做到亏水运行，亏水量在2~8m3／t(A12O3) 左右。

而采用湿法赤泥处置的氧化铝厂，由于堆场水损耗大，氧化铝生产工艺系统亏水量相应增大，氧化铝厂水系统亏水量亦将增大。

3.5实现氧化铝厂生产废水零排放的基本条件

1）只有较高的工厂综合水平，零排放才能实现。

只有符合零排放要求的氧化铝生产、附属设施和水系统的工艺及设施，才有实现零排放的条件。而只有当各设施正常、稳定运行，零排放才得以实现。

2）氧化铝生产工艺系统的水平衡是氧化铝厂零排放的基础。

如前所述，原则上氧化铝生产工艺系统是可以作到亏水的，至少达到水收支平衡。但在一次蒸汽冷凝水利用不好、二次蒸汽冷凝水利用不足，或杂用水（如冲洗用水等）使用不当，直流水使用失控，亦或运行管理不当时，都将出现水的盈余。

氧化铝生产工艺系统非正常排水进入全厂水系统，将给全厂水系统运行带来困难，打破全厂水平衡，使全厂生产废水零排放难于维持。

为了维持工艺系统水平衡的平稳运行，宜按亏水工况设计水平衡，定点集中补水，亏水量0.5~1.0 m3／t(A12O3)，并在适当的生产区段配置足够容积的水调节设施。

3）氧化铝厂水系统的合理设置，各组成部分水量、水质、水温指标的正常和稳定是零排放的根本保证。

氧化铝生产工艺系统各部分用水的水质要求不同：有的要求软水，有的一般工业水即可；其用水温度的要求也各不相同。排水中部分受到物料污染，从而设置不同的供水、排水、水质处理和冷却系统。只有根据用水的不同要求及排水水质，合理划分和设置水系统，才有可能保证水系统的正常运行。而只有能够控制各有关部分的水质、水温、水量等指标处于正常范围内，生产废水的零排放才能实现。

氧化铝厂水系统宜按亏水工况设计水平衡，定点集中补水。而生产废水处理站的处理设施应较为完善，且应有足够的缓冲调节能力。

4赤泥处置

4.1赤泥是氧化铝厂的最大污染源

赤泥是氧化铝生产工艺的尾矿，一般每生产1 t 氧化铝要外排赤泥1~1.5 t。每外排1t赤泥要伴随附液排出碱 4~7 kg(Na2O) 以上。目前赤泥处置最主要的办法仍然是修建堆场存放。大面积、大容量、长时间积存可能污染环境的废弃物和碱性水体，是氧化铝厂环境保护最应关注的事项，处置不当将会对环境造成严重污染。

4.2赤泥的水环境影响和处置要求

赤泥可能对环境的污染主要是碱（NaOH，Na2CO3）污染。一般堆场分离出来的赤泥附液均应返回厂内加以利用，而将堆场可能出现的少量渗漏，控制在允许的范围内。

4.3湿法赤泥堆场和干法赤泥堆场

传统的湿法赤泥堆场是以土、石或砼筑坝，构筑赤泥库，堆存时库内大面积积水。

干法赤泥堆场以赤泥“干”堆存为基础，伴随赤泥送达堆场的附液和附碱量均很少，堆场无积水。在堆场，由于表面蒸发和集水系统疏排，赤泥将进一步干固。

4.4赤泥干法堆存和湿法堆存的特点

1）物料流量

干法堆存亦泥浆流量小，约为湿法堆存的 1/3~1/5(以质量计)。

2）回水量

干法堆存赤泥回水量小，约为湿法堆存的 1/15 ~1/30。

3）进入堆场赤泥附碱量

干法堆存进入堆场附碱量约为湿法堆存的 1/5~1/10，进入干法堆场赤泥附碱的 60%以上是不能分离回收的，湿法堆存也有大致等量的附碱永远滞留在堆场。一般由于赤泥处置而带来的氧化铝生产的碱耗，赤泥干法堆存远小于湿法堆存。

4）赤泥输送压力

由于赤泥浆性质、浓度、输送距离、高程差和管道直径等而各不相同。一般湿法输送压力为 2~5 MPa，干法输送压力为 5~10 MPa。

5）堆场面积和赤泥干固

控制堆场内赤泥含水量，并使其尽快干固是干法赤泥堆场最主要的特点。干法堆场中赤泥层干固主要靠堆场表面水分蒸发。因此，干法堆场不但需要有相应的堆存容积，而且应有适当的表面积。采用巡回布料，分层堆筑，必要时并应采取辅助干燥措施，管理要求较湿法堆场高。

6）地面径流

干法堆存为了堆场赤泥层干固，一般应断绝或减少径流进入堆场。

7）堆场积水

湿法堆场上部积水，恰似一座容积不等的碱水库。干法堆场不积水。

8）赤泥分离水疏排

干法堆场可以在堆场底部、坝面或赤泥层中设疏排水设施，以加速赤泥层干固和改善防渗漏设施工作条件。

4.5水环境影响和堆存方法选择

通常干法堆存对水环境影响远小于湿法堆存，而且，干法堆场赤泥堆存体含水量低，又无堆场上部大面积长期滞存水体，堆存体自身稳定性好。因而防渗漏设施工作条件优于湿法堆场，效果好，即使局部处理不当，影响范围也有限，便于处理。从而，在水环境保护上的有效和安全可靠性是干法堆存最突出的特点。在环境保护和安全可靠性要求高，地质条件不甚理想的地方采用最为合适。

5结语

氧化铝生产主流程是碱性物料在不同理化条件下的运行过程，其水环境影响主要是碱污染，碱性生产废水和赤泥是主要污染源。

要彻底解决氧化铝厂碱性生产废水对环境的污染，实现零排放是最好的办法。根据氧化铝厂特点，在氧化铝生产工艺系统水平衡的基础上，实现氧化铝厂水平衡或亏水工况运行，达到零排放是完全可能的。为此，需要根据上述要求设置、改善氧化铝工艺和水系统有关设施。

赤泥是氧化铝厂的最大污染源。国际、国内近年开发成功的干法赤泥处置技术，在水环境保护和安全可靠性方面，具有明显的优点，能够有效的防止污染，保护环境。

氧化铝厂在实现生产废水零排放、妥善处置赤泥和有效控制和回收散溢废液的条件下，可以将其对水环境的影响控制在极小的程度，直至实现零污染。