铝盐行业的污染治理与环境风险控制

何青峰，何朝晖，刘运生

（衡阳市建衡实业有限公司，湖南衡阳421005）

铝盐是无机盐的基本品种之一，其主要产品有硫酸铝、聚氯化铝、明矾等。铝盐系列产品主要用于水处理、造纸、食品添加剂等行业［1］。随着中国工业化与城镇化的快速发展，特别是在新修订后的《环保法》《水污染防治行动计划》《无机化学工业污染物排放标准》（GB 31573—2015）等环保法律、法规及标准实施后，国家大力支持环保产业的发展，作为水处理用的铝盐产品国内外市场需求量大幅增长，铝盐行业迎来了良好的发展机遇。与此同时，随着新的排污标准实施，各级政府环保督查和监管力度加大，公众环保意识增强，也为铝盐行业带来了前所未有的环保压力。因此，不断探索新工艺、新技术以进行污染治理势在必行。

1 铝盐行业的现状

目前，中国铝盐行业共有400家左右的生产企业，主要分布在华中、华东及华北地区，从业人数超过3万人，年销售收入近60亿元，铝盐产品的生产规模及市场需求量逐年增长。然而，盲目扩张和无序竞争导致铝盐生产企业的规模普遍偏小，生产工艺技术和制造装备水平比较落后，经营利润微薄。铝盐生产过程中存在能源消耗高、产生的污染源和污染类型点多面广、机械化与自动化程度较低、员工劳动强度大等问题，并且企业的环保基础较差，污染治理的工艺、技术和设施比较落后，与国家推行的清洁生产、绿色发展的新模式还存在一定的差距。

2 执行新的排污标准给铝盐行业带来的环保压力

根据国家环保有关规定，从2017年7月1起，铝盐行业的水污染物和大气污染物排放开始按《无机化学工业污染物排放标准》（GB 31573—2015）的规定执行，不再执行《污水综合排放标准》（GB 8978—1996）、《大气污染物综合排放标准》（GB 16297—1996）和《工业炉窑大气污染物排放标准》（GB 9078—1996）中的相关规定。铝盐行业废水排放及有组织排放废气的排放标准限值变化情况分别见表1～3［2］。

表1 废水直接排放标准限值变化情况

表2 废水间接排放标准限值变化情况

表3 有组织排放废气的排放标准限值变化情况 mg/m3

从表1～3可以看出，铝盐行业现执行的排污标准GB 31573—2015规定的各种污染物的排放浓度标准限值均比原来执行的标准限值要大幅降低，因此落后的废水、废气处理工艺技术及设施就难以达到新标准要求，进而为铝盐行业带来了较大的环保压力。

3 铝盐生产存在的污染类型及污染物分析

目前，中国铝盐行业普遍采用硫酸、盐酸、氢氧化铝、铝土矿、铝矾土、铝酸钙等为原材料生产硫酸铝、聚氯化铝、明矾等铝盐产品，生产系统主要由反应、沉降、压滤、结晶、干燥、破碎及包装等工序组成，生产过程中存在的污染类型有废气、粉尘、废水、固体废弃物、噪声。

3.1 废气

产生废气的污染源及污染物的主要情况：1）硫酸铝、明矾、聚氯化铝反应工序排放废气或废水蒸气，污染物有少量的硫酸雾、盐酸雾（氯化氢）、粉尘；2）聚氯化铝喷雾干燥工序热风炉产生的烟气和水蒸气，污染物有烟尘、二氧化硫、氮氧化物；3）聚氯化铝滚筒浓缩干燥产生的水蒸气，污染物有极少量的盐酸雾。

3.2 粉尘

粉尘主要来源于原料铝土矿破碎与加料工序、硫酸铝破碎与包装工序及喷雾干燥聚氯化铝的包装工序，粉尘性质为含铝粉尘，其粒度为250μm左右。

3.3 废水

废水主要来源于用铝土矿为原料生产硫酸铝的废渣压滤液及滤布洗涤水、聚氯化铝反应工序尾气处理废水、压滤工序的滤布洗涤水、喷雾干燥工序热风炉的脱硫除尘废水和喷雾干燥塔的除尘冷凝废水、滚筒干燥的蒸汽冷凝水。废水的污染物有悬浮物、化学需氧量、pH。

3.4 固体废弃物

固体废弃物主要来源于使用铝土矿、铝矾土、铝酸钙作为原材料生产铝盐的压滤渣和采用以煤为燃料的喷雾干燥方式产生的燃煤炉渣。衡阳市建衡实业公司（简称“建衡实业”）对用铝土矿为原料生产硫酸铝的废渣和用铝矾土、铝酸钙为原料生产聚氯化铝的废渣分别做了化学成分分析，其主要组成见表4。由表4可知，铝盐生产中产生的废渣主要成分为氧化铝、氧化硅、氧化钙、氧化铁、氧化镁，不含重金属和其他有毒有害物质，属一般工业固体废弃物。

表4 废渣主要化学组成

3.5 噪声

噪声主要来源于破碎机、空压机、各种泵类、风机等设备运行时产生的机械性噪声。

4 铝盐行业的环境风险辨识

通过对铝盐生产所用的原料、生产工艺及设备等特性的分析，确定了主要环境风险源及环境风险事件：1）环境风险物质主要有原材料硫酸与盐酸、燃料、中间液体产品、生产中产生的污染物。环境风险物质在厂内装卸、贮存以及生产、使用过程中发生泄漏、火灾或者爆炸，可能诱发或导致环境风险事件发生；2）生产装置、贮存系统、辅助设施、环保设施等发生事故时，导致其内部或附近设施中的环境风险物质发生泄漏、火灾或者爆炸，可能诱发或导致环境风险事件或次生环境风险事件发生；3）铝盐生产过程存在的主要污染源及可能造成的环境风险后果如表5所示；4）可能发生的重大突发环境事件，主要有硫酸、盐酸大量未能及时收集和处置，造成泄漏并进入周围农田、水体等，造成环境污染，而且盐酸发生泄漏时挥发的氯化氢气还会导致空气污染，影响厂区及周边大气环境。

表5 铝盐生产的主要污染源及环境风险辨识汇总

5 铝盐行业的污染治理工艺技术

5.1 废气治理工艺技术

5.1.1 含硫酸雾废气治理工艺技术

釆用水洗与碱洗二级冷凝与吸收的工艺处理。将硫酸铝、明矾反应结束后泄压的含硫酸雾的蒸汽先通入一个加有水的罐内经一次冷凝，再经碱洗塔二次冷凝与吸收合格，由20 m高的排气筒达标排放。蒸汽通入罐内水里时，大部分蒸汽冷凝成水，蒸汽中夹带的少量硫酸雾部分经水冷凝成液态硫酸，未被水冷凝的部分蒸汽和硫酸雾再经碱洗塔冷凝及吸收中和达标。当水罐内的冷凝液及碱洗塔内的碱洗液pH低于8时，定期将其放入配料工序配料使用。5.1.2 含氯化氢（盐酸雾）废气治理工艺技术

聚氯化铝反应工序在投料和反应过程中，反应釜会排放含有少量铝矿粉尘和氯化氢的废气；采用滚筒干燥方式干燥产品时，会产生含极少量盐酸雾的水蒸气。目前，大多数企业采用碱液喷淋吸收的工艺处理。

建衡实业经过不断研发和总结，现已采用旋风除尘+冷凝+水洗喷淋+碱液喷淋吸收的新工艺技术处理聚氯化铝反应产生的氯化氢废气。从反应釜排出的废气经管道收集，先进入旋风除尘器对少量的铝矾土、铝酸钙粉尘进行除尘，再进入列管冷凝器内将氯化氢冷凝成稀盐酸，随后进入水洗喷淋塔与碱液吸收喷淋塔吸收处理，由20 m高的排气筒达标排放。收集的粉尘和稀盐酸返回反应工序生产使用。其处理工艺流程见图1。

图1 聚氯化铝反应工序氯化氢废气处理工艺流程图

与传统的单一碱洗喷淋工艺相比，采用上述新工艺处理废气具有显著的优点：减少了氯化氢气处理过程中所耗用的碱量，降低了处理成本，而且将废气中的粉尘、氯化氢气分别通过除尘和冷凝成稀盐酸的方式收集回收利用。由环保部门监督性检测和建衡实业委托的湖南中雁环保科技有限公司检测结果显示，排放的废气中氯化氢的浓度远低于GB 31573—2015的要求，检测结果见表6。

表6 聚氯化铝反应工序有组织排放废气检测结果

滚筒干燥产生的含极少量盐酸雾的水蒸气，经水洗后再经碱液喷淋吸收工艺处理合格后，由20 m高的排气筒排放。

5.1.3 聚氯化铝喷雾干燥工序热风炉产生的烟气治理工艺技术措施

为了提高热风炉燃烧烟气的热效率，降低产品能耗，确保环保达标，建衡实业已成功对原有的用热风炉烟气加热空气干燥产品的传统装置做了技术改造。现采用热风炉烟气直接加热干燥产品，并对烟气采用布袋除尘+聚氯化铝液体喷淋+碱液喷淋吸收的新工艺处理。通过工艺技术改造后，热风炉的烟气热能利用率提高了30%以上，产能可提高25%～30%；经处理后的废气达到了GB 31573—2015中表3的要求后排放。

热风炉燃烧产生的烟气先进入布袋除尘器除尘，再进入喷雾干燥塔内加热干燥聚氯化铝液体（同时可以除去烟气中的部分SO2），随后进入预热塔与聚氯化铝溶液进行热交换（同时可以除去烟气中的部分SO2），最后经碱洗喷淋塔除尘脱硫合格后由25 m高的烟囱达标排放。采用烟气直接干燥的新生产工艺其烟气处理工艺流程见图2。

图2 聚氯化铝喷雾干燥工序热风炉烟气处理工艺流程图

5.2 废水治理工艺技术

用铝土矿为原料生产硫酸铝的废渣压滤液及滤布洗涤水，经收集后送到反应工序配制铝土矿粉使用；聚氯化铝反应工序尾气处理的废水、压滤工序的滤布洗涤水、喷雾干燥塔的脱硫除尘废水、滚筒干燥的蒸汽冷凝水及碱洗液全部收集后，送到反应工序配制铝矾土使用；明矾生产中产生的母液及产品洗涤水全部收集到母液池，经冷却沉降后，作为反应工序配制氢氧化铝使用，当母液中杂质过高时，即送入硫酸铝车间配料使用。因此，铝盐生产过程中产生的工艺废水可全部回收综合利用，实现零排放。

为了确保废水达标排放，企业应设置废水处理装置（含废水沉降池、中和设施）和初期雨水收集池。厂区地面与设备冲洗水、事故泄漏液体与清洗水、消防污水和初期雨水均需送到废水沉降池，经沉降后可返回车间配料使用；如生产中仍有剩余，则送到中和设施中加碱处理；经处理后的废水和经化粪池处理后的生活污水达到GB 31573—2015中表1标准后排放。

5.3 固体废弃物治理工艺技术

铝盐生产中产生的废渣主要成分为氧化铝、氧化硅、氧化钙，不含重金属和其他有毒有害物质，属一般工业固体废弃物。建衡实业多年来一直在研究和探索综合利用废渣生产建筑材料的技术和途径。

5.3.1 现已成功开发且投入运行的技术方案

建衡实业与园区湖南金山水泥有限公司共同开发的利用废铝矿渣生产水泥的技术已经成熟，现已在生产中大批量应用。通过自然晾干或利用水泥窑炉的余热烘烤方式，将废渣的水分控制在10%（质量分数）以内，再将废渣作为水泥的填充料使用。

建衡实业与湖南工学院联合研发利用废渣和紫色岩按比例混合作为原料生产红砖的技术已获成功，现已投入实际生产。生产的红砖经相关单位测试，产品各项性能均符合国家有关标准的要求。

5.3.2 目前正在研发的技术方案

目前，建衡实业与湖南大好新型墙体材料有限公司正在合作研发采用废渣生产加气混凝土轻质砖的技术方案。现已完成实验工作，其主要内容：1）对废渣做了化学元素分析及物相分析，结果表明废渣可用作生产加气混凝土轻质砖的原料；2）在浇筑前，先将废渣与石灰搅拌，使其由酸性变为碱性，再将搅拌后的废渣加入料浆之中，这样一方面可以将废渣改性为适宜铝粉发泡的碱性环境，另一方面碱液可以溶解废渣中的氢氧化铝胶体，防止物料的絮凝；3）加入废渣后，调整石灰的配比，以满足加气混凝土轻质砖的钙硅比要求（为了获得必要的水化产物，必须保证原材料中的CaO与SiO2成分之间维持一定的比例，使其能够充分有效地反应）；4）浇注之后的样品送到蒸压釜中养护，获得成品，经测试成品性能指标达到相关要求。

但该方案采用铝粉作为发泡剂还存在一些问题，有待进一步研究解决：1）废渣中残留有硫酸铝及聚氯化铝，当废铝矿渣加入料浆后，废铝矿渣会快速吸水，同时发生絮凝，导致料浆流动性降低，且影响发泡，今后拟采用有机发泡剂解决此问题；2）废铝矿渣呈酸性，与铝粉发泡要求的碱性环境矛盾，需加大原料中生石灰的配比，从而增加了生产成本。

待上述问题解决后，废渣可批量投入生产加气混凝土轻质砖。

5.4 粉尘、噪声治理技术措施

粉尘来源于原料铝土矿破碎及加料、硫酸铝产品破碎及包装、喷雾干燥聚氯化铝包装工序，均可采用集气罩或管道收集后进入布袋除尘器除尘。

噪声来源于破碎机、空压机、各种泵类、风机等设备运行时产生的机械性噪声，降噪的主要措施：1）选用低噪声设备；2）采用设备专用房、隔声罩、消声器、减振器等措施；3）加强设备的维护和保养，确保设备处于良好的运转状态，杜绝因设备不正常运转时产生的高噪声现象；4）加强厂区绿化隔音措施。

6 环境风险控制措施

根据对铝盐行业存在的主要环境风险源及环境风险事件进行辨识，提出了环境风险管理及技术控制措施。

6.1 管理控制措施

主要管理控制措施：1）认真落实环评及批复文件中环境风险防控措施；2）加强日常环保管理，对环境风险源、环保设施等进行定期巡查，及时发现环境风险隐患和问题，并迅速采取防范措施；3）定期组织风险事故应急教育培训和演练，提高企业的环境应急处置能力。

6.2 技术控制措施

6.2.1 水环境风险防控措施

水环境风险防控措施：1）截流措施，对盐酸、硫酸储罐区及液体产品贮存区，必须设置有效围堰；2）应急收集措施，在盐酸、硫酸储罐区必须设置应急地下收集池和倒罐设施；3）事故排水收集处置措施，设置废水收集处理池，将事故清洗水、消防污水进入废水收集池进行中和处理，合格后排放；4）生产废水系统、雨水系统防控措施，厂区设置雨污分流系统，废水和雨水总排口设置关闭设施。正常情况下，生产中的废水全部收集循环利用，不外排。受污染的清净下水及收集的初期雨水进入废水处理系统处理。

6.2.2 大气环境风险防控措施

大气环境风险防控措施：1）硫酸铝、明矾反应结束后泄压的含硫酸雾蒸汽通过水洗及碱洗冷凝与吸收后达标排放；2）聚氯化铝反应、滚筒干燥工序产生的含氯化氢的废气及蒸汽通过冷凝、水喷淋与碱液喷淋吸收后达标排放；3）聚氯化铝喷雾干燥工序热风炉的烟气通过布袋除尘、聚氯化铝溶液喷淋与碱液喷淋吸收后达标排放；4）盐酸、硫酸储罐设置液位计、防雷设施、酸雾检测报警装置。

6.2.3 其他环境风险防控措施

其他环境风险防控措施：1）铝土矿、铝矾土、氢氧化铝等固体原料或产品都要堆存在厂房内，不得堆放在室外，避免日晒雨淋造成环境污染；2）必须委托具有危险化学品运输资质的单位进行硫酸、盐酸的运输，采用检验合格的运输车辆，并按要求在车辆上悬挂危险标识牌；安排专人负责卸车，设置事故回收设施；避免硫酸、盐酸在运输和卸车过程中发生泄漏而污染环境。

7 结论与建议

在全球水资源短缺和水污染严重的背景下，国内外用于水处理的铝盐产品需求强劲。随着国家新的环保法律、法规和标准的实施，铝盐产品的消费量将会持续且更加快速地增长，从而为铝盐行业提供良好的发展机遇；与此同时，也对铝盐行业的污染治理及环境风险控制提出了更高、更严的要求。

面对机遇与压力，铝盐行业需坚持科技创新，强化节能减排，加强环境风险控制，不断采用新工艺、新技术加强生产和污染治理，推动行业的技术进步和转型升级，才能抓住铝盐行业的良好发展机遇，实现可持续性发展。

［1］ 何朝晖，杨玉梅，晏永祥，等.中国铝盐行业现状及发展趋势［J］.无机盐工业，2012，44（3）：1-4.

［2］ GB 31573—2015 无机化学工业污染物排放标准［S］.