维普资讯 http://www.cqvip.com ２００７年３５卷第６期 厂州化工 ・ ５１ ・ 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 Ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ａｎｄ Ｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅ Ｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ Ｗａｓｔｅｗａｔｅｒ ａｎｄ Ｒｅｓｉｄｕｅ ｉｎ Ａｌｕｍｉｎｉｕｍ Ｐｔｏｆｉｌｅ Ｓｕｒｆａｃｅ ＺＨＯＮＧ Ｍｉｎｇ－ｆｅｎｇ，ＳＵ Ｄａ—ｇｅｎ，ＺＨＡＮＧ Ｚｈｉ－ｊｉｅ，ＣＵＩ Ｓｔｚｉ—ｇ．Ｌ￣ｅｌｌ＇，（）Ｕ Ｃｕｉ—ｈｕａ （Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｍａｔｅｒｉａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｓｏｕｔｈ Ｃｈｉｎａ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ ５１０６４０，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ａｎｄ ｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅ ｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ ｗａｓｔｅｗａｔｅｒ ａｎｄ ｒｅｓｉｄｕｅ ｉｎ ａｌｕｍｉｎｉｕｍ ｐｒｏｆｉｌｅ ｓｕｒｆａｃｅ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ｗｅｒｅ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ．Ｈｏｗ ｔｏ ｍｅｅｔ ｔｈｅ ｅｍｉｓｓｉｏｎ ｓｔａｎｄａｒｄ ｗａｓ ｔｈｅ ｍａｉｎ［ｘ）ｉｎｔ，ａｎｄ ｔｈｅ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｎ ｗａｓｔｅｗａｔｅｒ ｒｅｃｙｃｌｅ ｓｈｏｕｌｄ ｂｅ ｐａｉｄ ｍｏｒｅ ａｔｔｅｎｔｉｏｎ ｔＯ．Ｗａｓｔｅｗａｔｅｒ ｒｅｃｙｃｌｅ ｗａｓ ｔｉｇｈｔｌｙ ｃｏｎｎｅｃｔｅｄ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｕｔｉｌｉｚａ— ｔｉｏｎ ｏｆ ｗａｓｔｅ ｒｅｓｉｄｕｅ．Ｉｔ ｗａｓ ｈａｒｍｆｕｌ ｏｆ ｍｉｓｓｉｎｇ ｔｈｅ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｗａｓｔｅ ｒｅｓｉｄｕｅ ｔｏｇｅｔｈｅｒ ｔＯ ｉｔｓ ｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ．Ｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ ｗａｓｔｅ ｒｅｓｉｄｕｅ ｓｈｏｕｌｄ ｃｏｎｓｉｄｅｒ ｔｈｅ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｗａｓｔｅ ｒｅｓｉｄｕｅ．Ｉｔ ｉＳ ｖｅｒｙ ｉｍｐｏｒｔａｎｔ ｏｆ ｗａｓｔｅｗａｔｅｒ ｒｅｃｙｃｌｅ ａｎｄ ｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ ｗａｓｔｅ ｒｅｓｉｄｕｅ ｆｏｒ ｔｈｅ ｃｏｎｔｉｎｕｅ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ ａ［ｕｍｉｎｉｕｍ ｐｒｏｆｉｌｅ ｉｎｄｕｓｔｒｙ ａｎｄ ｅｎｖｉｒｏｎ～ ｍｅｎｔ ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ ｉｎ Ｃｈｉｎａ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ａｌｕｍｉｎｉｕｍ ｐｒｏｆｉｌｅ ｐｒｏｄｕｃｉｎｇ；ｗａｓｔｅ ｗａｔｅｒ；ｒｅｓｉｄｕｅ；ｔｒｅａｔｍｅｎｔ；ｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅ ｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ 我国经过二十多年的大发展，已成为了世界铝型材的生 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。 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、封孑Ｌ、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 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 ，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 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 ：序产生的ＣＯＤ较高且含有一定量氟离子的有机废 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。 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。 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目益得到人们 作者简介：钟明峰（１９７６一 ），男，福建永定人，博士，讲师，主要从事三废的综舍利用研究 维普资讯 http://www.cqvip.com ・５２・ 广州化工 ２００７年３５卷第６期 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（０Ｈ） 沉淀被去除。 Ｉ．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Ｃａ 沉淀而 徐去。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）２颗粒表面被生成的ＣａＦ２沉淀所包裹，使之不能被充 分利用，处理时需增加投量。用石灰处理后的废水中氟含量 一般不会低于２０～３０ ｒｎｇ／Ｌ￣２ｌ。投加石灰乳时使废水ｐＨ值 达到ｌ２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）。 Ｉ．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）３Ｆ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ｏＨ至７～８。沉降１５ｒａｉｎ后砂滤，出水氟离子 浓度为４ ｒｎｇ／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 Ｓ／ｃｍ应对树脂进行再生。阳树脂再生 要注入５ｇ／ＬＮａＯＨ溶液冲洗浸泡；阴树脂再生要注入３ｇ／Ｌ ＨＣＩ溶液冲洗浸泡，时间为２４ ｈｔ 。其再生工艺流程为：树 脂落仓一除气一加药从上而下直冲一浸泡２４ ｈ一排药直冲 水质ｐＨ值达到中性一导入清水，从下而上反冲阴阳树脂过 滤一检测（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～ ５ ｐｒｎ、孔隙率７８％、耐酸碱性强、机械强度高（内压０．４ ＭＰａ、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ｌ 。 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 灾中和 调节及混凝沉淀法处理铝材废水无法达到西用承质标准丽 采用离子交换树脂过滤进行二次再处理韵瘢津较蓠。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。 ２废渣的处理及综合利用 铝型材企业表面处理工艺不同，导致废水处理后产生的 废渣也不同。不同的废水处理工艺及对不同工序废水分开 处理，得到的废渣的种类不同。铝型材废水处理得到的废渣 大致可分为两类：一是含铬废渣；二是碱渣。不同的废渣的 处理方式也不同。但目前不少铝型材生产企业的废渣混合 处理堆放，这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，进而综合利用。 ２．１含铬废渣的处理 喷涂车间的废水由于含有有毒的六价铬，其处理一般先 把六价铬还原成三价铬，再加入碱使之沉淀。沉淀通过压 滤，得到含水量为７０％左右的湿污泥，其主要成分为氢氧化 铝，其中部分是晶体，部分是无定形体，还有少量的Ｃｒ （ＯＨ） 、Ｆｅ３０４和Ｎａ２Ｏ等杂质。 按照《国家危险废物名录》分类，含铬废水处理废渣属危 险废物，必须按照《危险废物转移联单管理办法》的要求，委 托有资质的专业危险废物处理公司收集处理。除了严格管 理外，还应大力开发含铬废渣的无害化、资源化综合利用途 经。 （１）作为玻璃着色剂 在玻璃窑炉的高温还原气氛条件下，Ｃｒ６ 被还原成 Ｃｒ３ 同进入玻璃体。Ｃｒ３ 是一种着色力较强，着色范围较大 的离子。三价铬离子在玻璃熔融体中熔解，过冷后，生成含 Ｃｒ３ 的玻璃，使玻璃呈翠绿色。用铬渣代替铬铁矿作着色 剂，既可消除污染，降低成本。 （２）作为结晶促进剂（矿化剂） 用含铬废渣代替铬铁矿作结晶促进剂（矿化剂），与页 岩、硫酸渣等混合熔融于１５ｏｏ℃高温下，然后浇铸成型铬渣 铸石。页岩铸石生产中Ｃｒ６ 的解毒机理与上述方法相似， 都集中了高温熔融、酸性物料、还原气氛这几个参数【８ Ｊ。 ２．２碱渣的处理及利用 ２．２．１含氟化钙的碱渣 国内９０％以上的铝型材生产企业为了获得细腻的表面 处理效果，表面处理工艺采用含氟工艺。含氟废水中含有一 定量的铝离子、氟离子、有机物等，通常的处理办法是加入石 灰生成氢氧化铝、氟化钙，再加入聚丙烯酰胺等絮凝剂使生 成的氢氧化铝、氟化钙沉淀；为了使氟离子沉淀更彻底，往往 要加入过量的石灰，这些过量的石灰也会留在沉淀物中，且 维普资讯 http://www.cqvip.com ２００７年３５卷第６期 广州化工 ・・５３・ 占废渣排放量的很大比例。废渣的主要成分为氢氧化铝、 ＣａＦ２和氢氧化钙，小量的锌、镍、铜等化合物。沉淀通过压 Ｈ２０）复合制备新型阻燃剂。利用三水合氧化铝与纳米硼 酸锌起协同作用，可以促进材料燃烧时碳化和具抑烟作用， 滤，得到含水量为７０％左右的湿污泥，其年生产量二十万吨 的铝型材企业每年排放约５０００吨。这种废渣数量大，成份 改善阻燃效果。 复杂。目前大多数工厂都还没有找到一种比较合适的方法 ３结语 处理这种废渣，大多数的做法是花钱采用填埋的方法处理。 这不仅浪费资源，侵占有限的土地资源，且污染环境。 华南理工大学苏达根等人与广东省三水风铝铝业有限 公司展开了含氟化钙碱渣的资源化利用的研究。优化相应 的废水处理工艺，大幅度减少石灰用量，从而减少废渣的排 放量，同时由于废渣中含有较高含量的氟化钙，并研究将其 铝材生产过程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。解 决问题的关键在于要寻找一个技术上和经济上都可行的方 案，将废水处理循环利用和废渣综合利用一体化考虑。因此 铝型材企业表面处理废水处理的发展方向是：努力提高生产 废水经恰当处理后回用的循环利用率，减少企业用水量和排 用作煅烧高性能水泥的原料以及玻璃马赛克的乳浊剂。 放量，并将废渣予以资源化再利用，减少废渣的排放。对铝 ２．２ ２不含氟化钙的碱渣 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 另外还有一些铝型材生产企业的表面处理工艺采用不 的排放标准，而应重视废水循环利用研究。对废水处理循环 含氟工艺。其废水采用氢氧化钠调解ｐＨ值，产生氢氧化铝 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 沉淀，再引入絮凝剂，破坏废液的稳定性，使污泥凝聚沉淀。 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 沉淀通过压滤，得到含水量为８０％左右的湿污泥，其主要成 产不同类别的废渣根据其特点分类综合利用。 分为氢氧化铝，其中部分是晶体，部分是无定形体，还有少量 参考文献 的镍化合物和锡化合物等杂质。对不含氟化钙的碱渣铝型 材工业废渣的综合利用，国内外已经进行一些研究 ［１］苏达根，钟明峰．材料生态设计［Ｍ］．北京：化学工业出版社， （１）作为陶瓷高铝原料 ２００７． 阮玉忠等利用铝型材厂工业废渣制造堇青石与莫来石 ［２］任何江．氟与人体健康．化学世界，１９９８，３９（８）：７ ９． 耐火材料，还研究利用铝型材厂废渣制备氧化铝耐磨瓷球、 ［３］Ｐａｔｈａｓａｒａｔｈｙ Ｎ，Ｂｕ埘ｅ Ｊ，ｅｔ ａｌ Ｃｏｎｂｉｎｅｄ ｕｓｅ ｏｆ ｃａｌｃｉｕｍ ｓａｉｌｓ 镁铝尖晶石材料。吴任平等采用硝酸作为粘结剂，通过煅烧 ｗａｓｔｅｗａｔｅｒ Ｗａｔｅｒ Ｒｅｓｅａｒｃｈ，１９９６（４）：４４３ ４４８． 铝型材厂废渣研制球状活性氧化铝。张天然等在釉料配方 ［４］武丽敏，钱振华．含Ｆ工业废水处理的一种新方法．工业水 处理，１９９５，（３）：２０～２２． 中添加适量铝厂废渣，实现无光效果，降低了无光釉的生产 ［５ 阎秀芝．ＣａＣ１２磷酸盐法处理含氟废水的探讨．环境保护科 成本 ｌ。 学，１９９８，（２）：１２—２４． （２）作为阻燃剂 ６］ 付志强，朱永光铝型材表面处理废水治理工艺．轻合金加工 不含氟化钙的碱渣中的Ａｌ（ＯＨ） 的含量大于９５％，因 技术，２００４（１１）：１２ ２４． 此经过改性后可以作为塑料等高分子材料中的阻燃剂填料 ［７］杨晓松，成巧云，林江顺，等．铝型材生产废水处理新方法的研 三水合氧化铝。三水合氧化铝阻燃剂具有阻燃、消烟、填充 究和应用．矿冶，１９９７，（１）：７８—８１． 三个功能，不产生二次污染，又能与多种物质产生协同效应， ［８］匡少平主，编．铬渣的无害化处理与资源化利用［Ｍ］北京：化 不挥发、无毒、腐蚀小、价格低，被誉称为无公害阻燃剂，应用 学工业出版社，２００７． 广泛，占无机阻燃剂的８０％以上。华南理工大学苏达根等 ９］ 沈阳以铝型材厂污泥为原料合成莫来石／堇青石复相材料及 人研究不含氟化钙的碱渣改性后与纳米硼酸锌（４ＺｎＯ・Ｐ，２ｏ３ 其应用．循州大学硕士论文，２００５，６． 欢迎订 阅 欢迎干Ｕ登广告 （ （ ‘）（）（）（ （ ｃ‘）（ （ （ （ ‘）‘ ｃｂ（ （ ０‘）（ ＞（ （ ｅ００ｏｃ｝