铝型材行业废水治理与回用技术

铝型材行业废水治理与回用技术

铝型材产业是佛山传统优势制造业的重要组成部分。 2017年全国铝型材产量1950万吨，广东产量400万吨，占全国铝型材产量的20%，佛山产量约300万吨，超过全省产量的70%。 数据显示，2016年，佛山有近万家服务于铝型材行业的上下游企业。 随着铝型材产业链的不断发展和完善，以佛山为中心的全国铝产业的集聚效应已经非常明显。 然而，铝型材的生产过程需要大量的水资源。 据统计，一家年产10万吨的铝型材企业每年清洗铝型材表面的用水量超过200万立方米。 按照《佛山市严格水资源管理制度实施方案》相关要求，加强用水总量控制和用水大户定额管理，重点对用水大户实行年度用水量在线监管。用水量超过100万立方米，将在未来五年内实现。 实现“富民、强市、幸福佛山”目标的重要举措。 本文在对铝型材行业废水来源进行全面分析的基础上，系统梳理了铝型材行业废水处理及回用中存在的问题。 本文基于“源头控制、清洁生产”的理念，对铝型材行业提出了针对性的对策。 型材行业未来有效开展废水减量化和回用工作有明确的方向。

1、废水处理存在的问题

1.1 废水产生分析

铝型材废水来自各主要生产工序，包括氧化、喷涂、烤膜等，废水的产生主要包括以下四个方面。

1.1.1 薄膜废水

铝型材挤压模具使用后必须放入高浓度的碱溶液中烧毁模具，这样模具型腔内的铝就会被腐蚀掉。 成型液中氢氧化钠的浓度达到200-300g/L。 随着反应的进行，铝离子含量不断增加。 当达到60-70g/L以上且反应速度明显下降时，必须将成型液排掉，如图1所示。模具废液的处理一般采用“以废处理”的方法，直接将模具废液排出。排入废水中心并与氧化过程产生的废酸中和。 大量钠离子进入废水中心，污染中水，彻底断绝中水回用的可能性。

1.1.2 阳极氧化生产线废水

阳极氧化型材的生产流程如图2所示。阳极氧化过程中要经过除油、碱蚀、中和、氧化、着色、封孔等工序。 每个主槽后面设有两个水洗槽。 水洗池产生大量废水排入污水处理车间。 每生产1吨阳极氧化型材，产生废水15吨，溶解铝15公斤。 值得注意的是，由于各功能槽使用了大量的添加剂，阳极氧化废水中含有硫酸盐、磷酸盐、氟离子、亚锡离子、镍离子、硝酸盐、亚硝酸盐、柠檬酸盐，还有山梨醇和TX -10。 表面活性剂、酒石酸、对苯二酚、儿茶酚等物质。 目前，大多数铝型材企业对镍进行单独收集和加工，其余部分进行集中加工。 这些复杂的成分进入中水和废水中心，使得中水的回用变得极其困难。

1.1.3氧化抛光着色线废水

铝合金抛光是生产高档铝材料的重要手段。 抛光铝材一般用于各种电子产品外壳、高铁内饰、卫浴设备等，氧化抛光着色型材的生产流程如图3所示。在生产过程中，有抛光等工序、除尘、氧化、着色、封孔。 每个主槽后面设有两个洗涤槽。 洗涤槽产生大量废水排入污水处理车间处理。 据统计，每生产一吨氧化抛光、着色型材，产生废水15吨，消耗抛光液350公斤（含磷酸227.5公斤、硫酸105公斤、硝酸17.5公斤）。 与阳极氧化生产线的废水处理方法类似，大多数铝型材企业单独收集处理镍，其余部分集中处理。

1.1.4 喷涂生产线废水

喷涂型材在喷涂前需要进行预处理。 喷涂前处理有铬化前处理和无铬钝化前处理两种。 有铬铬化工艺如图4所示，无铬钝化工艺如图5所示。

铬化槽的化学成分有铬酸酐、氢氟酸、氟化氢铵、铁氰化钾、硝酸等。无铬钝化槽的化学成分有氟钛酸、氟锆酸、丙烯酸、氢氟酸等。 铝型材公司单独收集处理铬，剩余物料进入废水中心集中处理。

1.2 废水处理现状

废水中心收集的废水中含有Al3+、Na+、NH4+、Ni2+、Sn2+、Cr6+等阳离子，以及SO42-、F-、NO3-、NO2-、S2-、Cl-、酒石酸根、葡萄糖酸根、醋酸根等阴离子等，以及有机酚类、表面活性剂、丙烯酸树脂等有机化合物。 酸性废水和碱性废水通常混合并中和。 目前，铝型材行业废水仍普遍采用中和调节、混凝沉淀处理。 处理工艺为：酸碱废水相互中和，调节pH至中性，去除阳离子Al3+等，形成氢氧化物沉淀。 中和沉淀后的废水泵入混凝池，加入絮凝剂PAC、PAM。 絮凝后进入沉淀池，澄清液体达到排放或回用标准。 但实际情况是，废水固液分离后，由于存在钠离子、铵离子、硫酸根、硝酸根、亚硝酸根、乙酸根、酒石酸根、硫代硫酸根、氯离子、硫离子、氟离子等，回收利用水不能重复使用。

目前含铬废水的处理方法是添加焦亚硫酸钠或亚硫酸氢钠等还原剂，将六价铬还原为毒性较小的三价铬，然后添加碱和PAM进行反应沉淀，污泥脱水过滤。 最后得到铬渣，上清液经过RO等技术处理后回用。 典型的处理流程如图5所示。

镍离子回收仅限于单个镍盐着色池，密封废水中的镍离子因含量低而直接排放。 含镍废水的处理方法是采用镍离子在线回收装置，然后采用沉淀法添加氢氧化钠和PAM调节pH值。 反应生成氢氧化镍沉淀。 污泥经脱水、过滤得到镍渣。 后续工艺与含铬废水相同。 典型的处理流程如图5所示。

值得注意的是，虽然有的厂家对镍离子、铬离子进行在线回收，并按要求回用中水，但效率较低，且产生的浓水仍无法处理，效果也不理想。 同时，与铝型材表面处理的整个过程相比，铬酸盐槽和封孔槽的用水量较小。 仅对这部分中水进行回用并不能解决铝型材企业中水重复利用率低的问题。

2、废水回用存在的问题

2.1 挤出模具液及预氧化处理碱蚀液的回收

挤出模具液中含有大量的氢氧化钠和铝离子。 关于模液回收的研究报道很多，如意大利的碱回收系统。 但由于工艺复杂、综合效率较低，实际应用并不多。 铝型材企业处理成型液废液常用的方法是中和氧化过程中产生的废酸。 企业不仅无法回收成型液中的钠离子、铝离子等资源，反而增加了成本。 钠离子污染再生水。 限制水的再利用。

预氧化处理中碱蚀刻液的回收一般采用结晶法回收氢氧化铝并回用氢氧化钠。 但氢氧化铝颗粒细，经济价值低。 另外，结晶法使铝离子保持在较低浓度（低于30g/L），易造成晶体粗大、砂粒粗、腐蚀过度、铝耗高等缺陷。 结晶法对设备操作和工艺要求较高。 如果管理不好，会造成沉淀、结垢。 这时只能停止生产，进行人工清理，费时费力。 少数厂家投入使用在线碱回收装置，但大多因回收效果差、成本高而被废弃。 含有缓蚀剂和络合剂的碱蚀刻槽液不适合碱回收装置，这也限制了该技术的应用。

2.2 从氧化溶液中回收铝离子和硫酸

铝合金阳极氧化液中的铝离子直接影响溶液的电导率和膜层的质量。 最佳防治浓度应为3～10kg/L。 铝离子随着产量的增加而不断积累和增加，导致薄膜质量变差，电耗增加。 但考虑到化学品成本和环保压力，实际生产中铝离子浓度一般控制在15~20g/L范围内。 达到上限后，必须降低铝离子含量。 减少铝离子的常用方法是排掉一半槽液，补充硫酸，继续生产。 该方法工艺简单，但存在以下缺点：一是硫酸损失，铝离子浪费，硫酸消耗达到60kg/t以上； 二是废酸处理成本大幅增加； 三是大量废渣造成环境危害。

利用扩散渗析原理的硫酸回收机曾经是控制铝离子的一种广泛使用且有效的手段。 硫酸回收机是铝离子的稳定装置。 它采用扩散渗析离子交换膜回收硫酸并去除铝离子。 实际运行中存在回收效果差、能耗高、效率低、渣量不减少等缺点。 鉴于这些问题，大多数铝型材企业已逐渐停止使用该装置，恢复了浇注一半氧化槽液的传统方法。

2.3 抛光液回收处理

抛光后采用静水洗槽拦截抛光液并蒸发重复使用，曾经是一种广泛使用的节省酸的方法。 然而，捕集三酸的蒸发过程会产生大量烟雾，污染环境且处理成本巨大。 三酸的蒸发过程消耗大量能源，成本较高。 蒸发容器腐蚀太快，每两年需要更换一次，投资较大。 三酸回收实际运行中存在污染高、能耗高、效率低、成本高等缺点。 针对这些问题，大部分铝型材企业已逐步停止使用三酸回收，恢复直接排入废水中心的传统方法。 这种方法是极其有害的。 首先，损失了三种酸并浪费了金属铝。 其次，废酸的处理成本大幅增加。 三是大量废渣造成环境危害。

综上所述，目前铝型材企业废水处理及回用存在以下问题：

（1）多数企业仅对含镍、含铬废水进行在线处理回用，仅达标排放一般综合废水。 总体废水回用率较低。

（2）生产过程中大量使用各种添加剂，导致废水成分复杂，增加废水回用难度。

（3）目前一些理论上的中水回用技术和解决方案存在能耗高、成本高、管理困难、效率低等问题。 在实际操作中，它们逐渐被铝型材企业抛弃，转而采用传统的方式。 方法处理。

三、建议

3.1 采用清洁工艺减少源头

鼓励企业淘汰耗水量大的落后工艺，从源头控制废水产生量，实现过程可控。

3.2 严格控制添加剂的使用

对于目前技术上无法停止的添加剂，应采用分类回收新技术，将其转化为可用的化工原料，减少进入综合废水的物质种类和数量。 坚持少药、少水、少排渣的环保理念。

3.3 分类收集和处理

公司采用新技术进行废水在线分类收集和科学转化。 根据化学相容、逆系列清洗、多工艺组合回收、缩短改造流程、节省场地和设备投资的技术要求，对槽布置和废水收集处理系统进行总体规划和一体化设计。 （来源：广东环保工程职业学院循环经济与低碳经济系）