通过中水回用实现陶瓷色料生产污水零排放工艺研究

2019-11-29 09:11:03 佛山陶瓷 2019年10期

洪流 邱再林 李海伦

摘 要:陶瓷色料是陶瓷制品表面装饰的重要原料。由于金属氧化物很容易与陶瓷釉料、坯体的一些成份发生反应导致发色不够稳定,现在普遍采用人工合成矿物结构方式制造呈色更稳定的陶瓷色料。在陶瓷色料制造过程中为了保证使用品质需要研磨,釉用色料还需要水洗除去一些未参与反应的原料,这样会产生一些污水。本文根据某色料生产企业的实际情况对陶瓷色料污水处理状况进行探讨和研究,提出了行之有效的工艺设计。

关键词:陶瓷色料;污水;工艺

1 前 言

陶瓷色料的传统定义是依所需颜色,选择特定成份的色基母体与矿化剂经组合煅烧合成而得的无机着色剂。建材行业标准JC/T 1046.2-2007《建筑卫生陶瓷用色釉料第2部分 建筑卫生陶瓷用色料》的定义是:以着色剂和其他原料配合,合成制得的无机着色材料。标准将陶瓷色料分为釉用色料和坯用色料两类。

在以上生产过程中,研磨、水洗会产生污水,其中大部分坯用色料不需要水洗,污水的处理和再利用是生产企业面临的问题。在国家对环保要求日趋严格的今天,陶瓷色料生产企业所面临的压力不断加强。需要将原来简单处理就对外排放的粗犷管理改变为无害化处理、各项指标均达标排放或生产循环再利用的精细管理,提升企业形象和环保绩效。针对某企业污水处理和中水回用进行总结、研究和改进,最终达到零排放,进行陶瓷色料污水处理工艺流程设计。

2 陶瓷色料的污水处理工艺

2.1 陶瓷色料污水处理工艺:

根据产品特性和污水中有害物质含量,本工艺主要针对含有Cr6+的污水进行设计。见图2。

2.2 工艺流程要点说明

2.2.1 污水收集与调匀

首先水沟和管道设计为雨污分流,生产污水经污水专用管道收集到调匀池中。当调匀池中的污水收集到一定量时,添加硫酸亚铁,启动鼓风机,使调匀池底部的自动暴气装置将污水混合均匀并与硫酸亚铁充分反应。硫酸亚铁为絮凝剂,同时也可还原污水中的铬酸盐。污水充分混合均匀后,用抽水泵将污水抽到还原池中。

2.2.2 还原

开启还原池底部的自动暴气装置将污水混合均匀,加入稀硫酸(一般浓度为30% ~ 35%),使污水PH值≤3,以利污水中的Cr6+充分还原为Cr3+。

Cr6+为吞入性毒物/吸入性极毒物,皮肤接触可能导致敏感;更可能造成遗传性基因缺陷,吸入可能致癌,对环境有持久危险性,但Cr3+不具有这些毒性。污水因不断从调匀池中抽入,池满后自动流到快混池中。

2.2.3 快混

启动快混池底部的自动暴气装置将污水混合均匀,加入适量的絮凝剂硫酸亚铁,经快速混合后,金属离子被捕获,形成颗粒。便于后期污泥沉淀。池满后自动流到中和池中。

2.2.4 中和

开启中和池底部的自动暴气装置将污水混合均匀,加入还原剂氢氧化钠,将PH值调整到11 ~ 13,用抽水泵将污水抽到胶羽池中。因为在色料生产中部分产品可能会含有微量的铅、镉等金属元素,这些元素是污水处理中控制的关键指标,含量直接影响到处理后废水能不能达标排放。污水PH值在11 ~ 13时,会发生化学反应产生固体化合物,使水中的铅、镉等金属含量几乎为零[1]。

2.2.5 絮凝

在胶羽池中加入适量的高分子絮凝剂聚丙烯酰胺,降低液体之间的磨擦阻力,使悬浮物质通過电中和、架桥吸附作用,由细小颗粒形成较大胶羽,以利重力沉降。胶羽池满后,污水自动流入沉淀池中。聚丙烯酰胺为阴离子型高分子絮凝剂,要先用水泡制,泡制比例为0.1%,泡制时需慢慢掺入水中,掺入速度过快将造成结块浮于水面上。

2.2.6 沉淀

利用重力,胶羽沉降去除,于沉淀池底部形成污泥,由污泥水泵抽至污泥池,上方清水经溢流口流到2#中和池中。污泥池中的污泥用气动泵抽到压滤机中压滤,泥饼经烘干、打粉后煅烧,采样调试,回掺到正常产品中,循环利用,减少或避免废物产生,实现清洁生产。

2.2.7 中和排放

在2#中和池加入稀硫酸,将清澈废水PH值调整到6 ~ 9之间,以利清澈废水达标排放或生产利用。清澈废水自动流入排放池中,用水泵经巴歇尔斜槽排放,或用水泵抽到回收利用水池中等待利用。

3 处理后废水生产利用试验

3.1 处理后排放水检测

处理后排放水检测结果见表1。

3.2 中水回用试验

陶瓷色料在研磨工艺中利用处理后废水试验,验证是否可取代自来水。先取煅烧好的陶瓷色料样品400 g,用实验室球磨机,分别用废水与自来水进行快速球磨、水洗,经烘干后打粉做搅釉、喷釉,烧成后针对针孔、分散性、釉面进行对比。

3.2.1 仪器和设备

快速球磨机,慢速球磨机,筛网,打粉机,施釉设备,瓦斯窑,色差仪。

3.2.2 试剂

透明熔块釉,锆乳白熔块釉,生料釉,高岭土,CMC(羧甲基纤维素钠),Cr-Fe-Z釉用黄棕色料,Cr-Fe-Ni-Co釉用钴黑色料,Zr-Co-Ni-Si釉用灰色色料。

3.2.3 样品的制备

从生产现场匣钵取煅烧好的不同种色料,用木槌敲碎,过20目筛网,每种400 g,选用3种主力色系分别为:Cr-Fe-Zn釉用黄棕色料、Cr-Fe-Ni-Co釉用钴黑色料、Zr-Co-Ni-Si釉用灰色色料。每组色料分成2份,每份约200 g,分别加自来水与处理后废水140 g,使用慢速球磨机研磨40 min,并分别编号为01、02。球磨好后的2份浆料分别再平分,获得样品分别编号为01-1、01-2、02-1、02-2,把01-1、02-1分别放在水盆中,加入自来水2000 g进行水洗,等沉淀后慢慢将上面的水倒掉,再加自来水2000 g进行水洗,如此反复水洗三次;把01-2、02-2加入处理后废水,如同前面方法进行水洗。将各样品烘干,用打粉机打粉待用。

3.2.4 釉浆的制备

按照表2 参数制备釉浆。

3.2.5 样砖的制备

釉浆100 g和各组分的陶瓷色料编号为01-1、01-2、02-1、02-2的不同陶瓷色料3 g混合,施釉方式为喷釉,所选取的砖坯为15 cm×11 cm的素坯,要求每块砖施釉重量为15±0.2 g,烧成条件相同。其中透明釉配方烧成温度为1120℃,乳白釉配方烧成温度为1180℃,烧成周期都是43 min。

3.2.6 样砖的发色测量

用色差仪测得L,a,b值。

LAB模式是由国际照明委员会(CIE)于1976年公布的一种色彩模式。LAB模式由三个通道组成,一个是明度通道,用L表示,另外两个是色彩通道,用A和B来表示。A通道包括的颜色是从深绿色到深红色变化,B通道则是从深蓝色到深黄色变化[2]。

LAB系统把所有颜色以三维坐标进行分解,一般对LAB的解读分别如下:

L表示黑白,也有说亮暗,+表示偏白,-表示偏暗 ,其中L=100为纯白,L=0为纯黑;a表示紅绿,+表示偏红,-表示偏绿; b表示黄蓝,+表示偏黄,-表示偏蓝。

经过对以上样品在试验过程中和样砖试验结果看,使用中水和自来水的产品外观、分散性等特性未见差异。使用后釉面针孔、光泽、发色等特性一致。

4 结果与讨论

(1)通过实验证实了中水回用的可行性,污水处理工艺流程可以实现闭环。见图3。

污水在循环过程中和陶瓷色料干燥工序都会有水份蒸发,这些都会导致水量减少,需要使用自来水进行补充,不会存在污水过量无法使用情况,可以实现污水零排放。

(2)由于各种标准对铅、镉溶出量限制严格,在陶瓷色料制造过程中,除了特定产品外,大部分会回避使用含有这两种成份的原料,这样即使有也是以杂质形式带进来。从目前陶瓷色料的组份看,污水中总Cr控制和Cr6+处理就是重点,本文所设计的处理工艺流程可以满足要求。

(3)陶瓷色料有其特殊性,研磨过程中水只是介质,水洗目的主要是洗去未参与反应的原料和少量杂质。在使用自来水和经过严格处理达到排放标准的中水都能达到质量要求。

(4)环境保护需要所有企业和公民参与,只要用心观察,认真研究,总能找到减排途径和方法,前提是要改变粗放式的生产观念。

参考文献

[1] 李传孟,钱冬琴,韩强. 陶瓷色釉料生产污水处理及回用[J].佛山陶瓷,2019(06)34-35.

[2] 邱再林,骆颂,李家铎,杨雄威,林少伟,杨德超. 颗粒度对陶瓷釉用色料发色的影响研究 [J].中国陶瓷工业,2015,(05):11-16.


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