1 前言
之所以在循環水前冠以“氧化鋁”三個字，是因為國內氧化鋁行業的循環水普遍存在著：高溫--影響冷卻效果，高堿——增加堿耗，高懸浮物——容易結垢的三大難題，有別于其他行業的循壞水。一般循環水只具備上述“三高”中的兩高，所以用水質穩定方法能使循環水良性循環，而氧化鋁循環水的水質穩定，國內目前還沒有成熟的辦法。
2 氧化鋁循環水特點和現狀
氧化鋁循環水的服務對象是燒成，蒸發，赤泥洗滌，氫氧化鋁洗滌，脫硅等工序，用于冷卻。真中蒸發工序用水占全部水量的60－70％。
氧化鋁循環水特點的具體表現是：高溫：循環上水溫度達35-45℃，循環下水溫度達45-58℃；高堿：PH=11-12，最高PH=14；高懸浮物：SS=400-600mg/l，最高達5000mg/l，低硬度：一般為7.5－14（CaCO3）mg/l,最小為0。而且因為氧化鋁循環水和氧化鋁生產朕系特別緊密，停水意味著停產。氧化鋁生產的連續性很強，所以，除非萬不得己，一般不安排停產。就是說靠停水大檢修來解決循環水中的問題，不符合生產實際。目前的生產形勢是：國內氧化鋁商品每年缺口約100萬噸，各氧化鋁廠都在努力提高自己的產量，生產要求循環水發揮出更大的作用，可是，循環水的水質得不到徹底改善，只能使結垢等問題越來越嚴重，一邊要求提產，一邊作用越來越小，所以，氧化鋁循環水己成為提產道路上的一只“攔路虎”。
上述水質特點，造成循環上下水管道結垢嚴重，山西鋁廠投產10余年來，上水管最厚的結垢40mm以上，下水管道最厚的結垢達150mm以上，下水管道斷面己成“卵形”；閥門閘板及閘板槽，閥桿皆被垢厚厚的裹著，任憑操作機構扳壞，閥桿變彎，閥門也紋絲不動；冷卻塔上的水泥格板填料上也結垢嚴重，個別孔眼己被堵死，孔眼面積縮小30％，降溫效果很差；懸浮物（主要是料漿，灰塵，赤泥）大量沉積在調節池內，冷卻塔下，調節池積泥體積己達調節池全部體積的60－70％，可調節的體積驟減；冷卻塔下的“搭盆”深1.8m，不出三個月，便被泥積滿。
由于結垢使循環下水管道輸水量減少，（上水管道還表現不明顯），檢查井內水位普遍上升，水力坡度代替了設計坡度，管道全線水位升高，上游管段流速降低，結垢加快。歷次垢樣分析見表1。
氧化鋁循環水特點的具體表現是：高溫：循環上水溫度達35-45℃，循環下水溫度達45-58℃；高堿：PH=11-12，最高PH=14；高懸浮物：SS=400-600mg/l，最高達5000mg/l，低硬度：一般為7.5－14（CaCO3）mg/l,最小為0。而且因為氧化鋁循環水和氧化鋁生產朕系特別緊密，停水意味著停產。氧化鋁生產的連續性很強，所以，除非萬不得己，一般不安排停產。就是說靠停水大檢修來解決循環水中的問題，不符合生產實際。目前的生產形勢是：國內氧化鋁商品每年缺口約100萬噸，各氧化鋁廠都在努力提高自己的產量，生產要求循環水發揮出更大的作用，可是，循環水的水質得不到徹底改善，只能使結垢等問題越來越嚴重，一邊要求提產，一邊作用越來越小，所以，氧化鋁循環水己成為提產道路上的一只“攔路虎”。
上述水質特點，造成循環上下水管道結垢嚴重，山西鋁廠投產10余年來，上水管最厚的結垢40mm以上，下水管道最厚的結垢達150mm以上，下水管道斷面己成“卵形”；閥門閘板及閘板槽，閥桿皆被垢厚厚的裹著，任憑操作機構扳壞，閥桿變彎，閥門也紋絲不動；冷卻塔上的水泥格板填料上也結垢嚴重，個別孔眼己被堵死，孔眼面積縮小30％，降溫效果很差；懸浮物（主要是料漿，灰塵，赤泥）大量沉積在調節池內，冷卻塔下，調節池積泥體積己達調節池全部體積的60－70％，可調節的體積驟減；冷卻塔下的“搭盆”深1.8m，不出三個月，便被泥積滿。
由于結垢使循環下水管道輸水量減少，（上水管道還表現不明顯），檢查井內水位普遍上升，水力坡度代替了設計坡度，管道全線水位升高，上游管段流速降低，結垢加快。歷次垢樣分析見表1。
| 時間 | 取樣地點 | Al2O3 | Fe2O3 | CaO | Mgo | Na2O | SiO2 | 灼堿 | 其他 |
| 91.3 | 澄清池壁 | 46.32 | 0.08 | 12.85 | 1.63 | 1.20 | 35.23 | 2.69 | |
| 91.3 | 冷卻塔配水槽 | 53.25 | 0.34 | 5.67 | 1.5 | 3.78 | 32.27 | 3.19 | |
| 93.4 | 回水管內 | 40.4 | 1.5 | 15 | 1.98 | 1.11 | 1.36 | 36.09 | |
| 93.4 | 冷卻塔配水槽 | 58.6 | 0.75 | 2.75 | 0.90 | 0.36 | 1.70 | 33.14 | |
| 98.1 | 塔下沉渣 | 13.31 | 6.53 | 33.29 | 1.55 | 16.9 | 28.32 |
綜合氧化鋁循環水的種種問題，分析其根本原因有二，一是系統中有大量懸浮物（指礦漿，赤泥）存在；二是系統中有高堿度存在。
堿法生產氧化鋁，就是用堿（NaOH或Na2CO3）處理鋁土礦，使礦石中的氧化鋁和堿反應制成鋁酸鈉溶液。鋁酸鈉溶液經分解析出氫氧化鋁，氫氧化鋁再經過脫水，即可獲得氧化鋁。由于循環水在蒸發末效的冷凝器（氧化鋁行業習慣稱之為水冷器）中與循環母液中的含堿水蒸汽直接接觸，所以循環水中含堿在所難免。另外，在赤泥洗滌工序中常用一部分循環上水洗滌赤泥，減少赤泥的附液損失，這種做法倒可以保持循環水中的含鹽量在一定的水平上。
可見氧化鋁循環水中結垢主要有兩個原因，一是含懸浮物，二是含堿。而含堿是必然的，堿又是溶解物質，不易被分離。所以說減緩循環水系統結垢的首要手段和目標是去除循環水中的懸浮物。
3 推薦的氧化鋁循環水處理流程
也許是受對氧化鋁循環水認識的局限，設計時對氧化鋁循環水中的懸浮物指標放的太寬，指標定的太低，設計循環上水懸浮物含量130mg／l，堿度100mm/l。實踐證明，氧化鋁循環水管道結垢的一個重要原因就是懸浮物控制不嚴，水中懸浮物含量太高，致使大量的含鋁化合物粘結在管壁上，加速、加重了管道結垢。對于大多數城市下水來講，其懸浮物含量也不過150-300mg/L。筆者認為：氧化鋁循環水和鋼鐵企業的循環水是有聯系的，過去也屬一個部門，氧化鋁循環水的水質特點和鋼鐵企業中高爐煤氣洗滌，轉爐除塵洗滌及軌濁循環水相近，其去除的主要對旬都是懸浮物，主要區別是：前者水中的懸浮物多是氧化鐵皮，氧化鈣煤渣，二氧化硅等；后者水中的懸浮物多是氧化鈣、氧化鋁，二氧化硅。可是，氧化鋁循環水處理工藝的研究與發展已明顯落后于鋼鐵企業。鋼鐵企業一般采用沉淀分離的方法將縣浮物分離處理，高爐，轉爐多采用平流沉淀池，軌鋼濁循環水多采用旋流沉淀并增加過濾工藝，而且對循環上水的懸浮物指標控制比較嚴格，（如表2）濁循環水的懸浮物也控制在60-100mg/l，經常，＜60mg/k。化工行業的循環水中的懸浮物一般也控制在50mg/l。補充水經處理后懸浮物很低的水補入系統中，若氧化鋁循環水只采用旁路處理，不能徹底去除懸浮物，處理后的懸浮物指標又定的過低，勢必造成循環水中的懸浮物濃度過高。為此，筆者提出了如下的工藝流程。如圖1
| 首鋼高爐 | 寶鋼轉爐 | 上鋼二廠轉爐 | 上鋼三廠轉爐 | 寶鋼高爐 | 武鋼熱軌 | 寶鋼線材 |
| 47 | 60 | 27 | 103 | 37.5 | 50 | 60 |
上述流程結合了十多年的生產實踐，參考了兄弟單位的經驗，流程中沒有復雜的構筑物，簡單方便，針對性強，符合實際。
4 對工藝流程的幾點說明
4.1 予沉工藝
燒成窯周圍有大量灰塵侵人循環回水中，赤泥洗滌，氫氧化鋁洗滌等工序，免不了有料漿溢出，葉濾工序有沖洗地面的水，上述回水若沒有予沉措施，會使循環回水中懸浮物短時間升高幾倍甚至幾十倍，所以，應該在上述工序的循環回水進入下水道前，先搞一次予沉，既“清濁”分流，把懸浮物截留在源頭。只允許含懸浮物很少的上清液進入下水道，如設旋流沉淀池，異向流斜板沉淀池，將沉淀池底流放出來的污泥就近回收。這樣做，可大大降低下水道的結垢速度，也能減輕循環水后續處理的負擔，還能減少氧化鋁的流失。
赤泥回水在赤泥堆場沉淀過程中，因短流，異重流現象使赤泥回水中的懸浮物經常在200——1000mg／l之間，最高達10g／l，象這么高的懸浮物很有必要在堆場附近設一級沉淀工藝，將懸浮物有效地去除，只回用上清液，保證懸浮物在 50—100mg/l，沉下來的泥就近返回堆場，也是一種予沉的做法。
4.2 計量槽
由于循環水中懸浮物太高，結垢性又強，孔板流量計，電磁流量計，超聲波流量計，阿牛巴流量計，渦街流量計在該系統中幾乎無法使用，而采用流量堰，如巴氏計量槽卻不失為一種有效的辦法，即使結垢可以及時清理。所以本工藝中在沉淀地前搞一次計量，為補充水（另外計量）和赤泥回水（可用三角堰計量）匯入回水后，計算混合比，監視沉淀池的負荷提供依據。而在冷卻塔下來進冷水泵前再搞一次計量，為計算冷卻塔蒸發量，循環上水量提供依據，加上水質分析，整個處理工藝處于定量控制之中。而且，控制過程并不復雜。
4.3 快速混合工藝
在新水（自來水）或池泥回水補入沉淀池前，采用機械混合或者管道混合器快速混合。這樣的理由是：首先，補水中的硬度當量值遠遠小于循環水中的堿度當量值，軟化反應很完全，保證軟化效果。真次，現代混凝理論和實踐證明［4］加強加藥后的高梯度瞬時混臺，在極短時間內、形成對初始顆粒碰撞積聚所需要的水流結構，便于藥劑在水中迅速均勻擴散，為凝聚劑創造適宜條件。快速混合后回水很快進入平流沉淀池，水流由紊流狀態驟然變為層流狀態，為絮體沉淀創造了條件，懸浮物便迅速沉降，有利于提高去除率。
當然，還可以在沉淀池前考慮加藥措施，如高聚合度的無機絮凝劑對高PH，高懸浮物的沉淀有很好的強制作用。同時，鑒于水中懸浮物的粘結性，建議搞機械攪拌或壓縮空氣攪拌，因為氧化鋁廠有壓縮空氣用來攪拌沉降槽，壓縮空氣來源比較方便。
4.4 采用平流沉淀工藝
山西鋁廠生產廢水處理站采用的工藝流程是平流沉淀后加斜板沉淀，廢水水質和循環下水相類似，見表3，表4。分析其沉淀過程類似加藥沉淀，主要是水中有大量的含鋁化合物存在，廢水在下水道中己開始分層沉淀。經過近三年的運行，比較穩定。除了出水懸浮物有待進一步降低外，處理站內沒有發現堵塞和構筑物大量結垢現象，而現有的氧化鋁循環水處理站內的澄清池，三角配水槽的出水孔（∮100直徑）、回流窗口、三角出水堰、排空管內、排泥管內到處掛著垢層，堵塞很頻繁，給運行帶來困難。而百澄清池為旁路處理，不能徹底的去除水中懸浮物，系統耐沖擊能力差。這幾年鋼鐵企業的先進做法是循環回水100％經過沉淀處理。而平流沉淀池耐沖擊負荷，對懸浮物濃度的變化適應性強，氧化鋁循環水經常遭受生產不正常時的“跑渾”干擾，幾小時之內懸浮物上升以百分比濃度計，真它池型耐沖擊就差些。因此，推薦采用大面積，大體積的平流沉淀池，操作簡便，效果穩定，緩沖能力強，兼有調節水量的功能。現有的調節池因為停留時間短，排泥功能差而被泥困擾。
燒成窯周圍有大量灰塵侵人循環回水中，赤泥洗滌，氫氧化鋁洗滌等工序，免不了有料漿溢出，葉濾工序有沖洗地面的水，上述回水若沒有予沉措施，會使循環回水中懸浮物短時間升高幾倍甚至幾十倍，所以，應該在上述工序的循環回水進入下水道前，先搞一次予沉，既“清濁”分流，把懸浮物截留在源頭。只允許含懸浮物很少的上清液進入下水道，如設旋流沉淀池，異向流斜板沉淀池，將沉淀池底流放出來的污泥就近回收。這樣做，可大大降低下水道的結垢速度，也能減輕循環水后續處理的負擔，還能減少氧化鋁的流失。
赤泥回水在赤泥堆場沉淀過程中，因短流，異重流現象使赤泥回水中的懸浮物經常在200——1000mg／l之間，最高達10g／l，象這么高的懸浮物很有必要在堆場附近設一級沉淀工藝，將懸浮物有效地去除，只回用上清液，保證懸浮物在 50—100mg/l，沉下來的泥就近返回堆場，也是一種予沉的做法。
4.2 計量槽
由于循環水中懸浮物太高，結垢性又強，孔板流量計，電磁流量計，超聲波流量計，阿牛巴流量計，渦街流量計在該系統中幾乎無法使用，而采用流量堰，如巴氏計量槽卻不失為一種有效的辦法，即使結垢可以及時清理。所以本工藝中在沉淀地前搞一次計量，為補充水（另外計量）和赤泥回水（可用三角堰計量）匯入回水后，計算混合比，監視沉淀池的負荷提供依據。而在冷卻塔下來進冷水泵前再搞一次計量，為計算冷卻塔蒸發量，循環上水量提供依據，加上水質分析，整個處理工藝處于定量控制之中。而且，控制過程并不復雜。
4.3 快速混合工藝
在新水（自來水）或池泥回水補入沉淀池前，采用機械混合或者管道混合器快速混合。這樣的理由是：首先，補水中的硬度當量值遠遠小于循環水中的堿度當量值，軟化反應很完全，保證軟化效果。真次，現代混凝理論和實踐證明［4］加強加藥后的高梯度瞬時混臺，在極短時間內、形成對初始顆粒碰撞積聚所需要的水流結構，便于藥劑在水中迅速均勻擴散，為凝聚劑創造適宜條件。快速混合后回水很快進入平流沉淀池，水流由紊流狀態驟然變為層流狀態，為絮體沉淀創造了條件，懸浮物便迅速沉降，有利于提高去除率。
當然，還可以在沉淀池前考慮加藥措施，如高聚合度的無機絮凝劑對高PH，高懸浮物的沉淀有很好的強制作用。同時，鑒于水中懸浮物的粘結性，建議搞機械攪拌或壓縮空氣攪拌，因為氧化鋁廠有壓縮空氣用來攪拌沉降槽，壓縮空氣來源比較方便。
4.4 采用平流沉淀工藝
山西鋁廠生產廢水處理站采用的工藝流程是平流沉淀后加斜板沉淀，廢水水質和循環下水相類似，見表3，表4。分析其沉淀過程類似加藥沉淀，主要是水中有大量的含鋁化合物存在，廢水在下水道中己開始分層沉淀。經過近三年的運行，比較穩定。除了出水懸浮物有待進一步降低外，處理站內沒有發現堵塞和構筑物大量結垢現象，而現有的氧化鋁循環水處理站內的澄清池，三角配水槽的出水孔（∮100直徑）、回流窗口、三角出水堰、排空管內、排泥管內到處掛著垢層，堵塞很頻繁，給運行帶來困難。而百澄清池為旁路處理，不能徹底的去除水中懸浮物，系統耐沖擊能力差。這幾年鋼鐵企業的先進做法是循環回水100％經過沉淀處理。而平流沉淀池耐沖擊負荷，對懸浮物濃度的變化適應性強，氧化鋁循環水經常遭受生產不正常時的“跑渾”干擾，幾小時之內懸浮物上升以百分比濃度計，真它池型耐沖擊就差些。因此，推薦采用大面積，大體積的平流沉淀池，操作簡便，效果穩定，緩沖能力強，兼有調節水量的功能。現有的調節池因為停留時間短，排泥功能差而被泥困擾。
|
進水SS率
|
出水SS
|
進水含量
|
出水含鹽量
|
硬度
|
堿度
|
總鐵
|
Al
|
Ca
|
Mg
|
Cl
|
PH
|
SS去除
|
|
777
|
87
|
2536
|
2264
|
60
|
542
|
0.02
|
86
|
0.02
|
14
|
187
|
11
|
89%
|
| 懸浮物 | 硬度 | 總鐵 | Al | SiO2 | PH | 含鹽量 |
| 400-600 | 25-80 | 14-35 | 800-2500 | 20-30 | 11-12 | 2000-6000 |
5 現場管理方面的幾點建議
循環水的流程是一次系統工程，除改善處理站內的設施，現場管理也很主要，具體如下：
5.1集中補水在循環水系統中避免多點補水，尤其是禁止補新水。因為水中含堿，一遇新水則立 即發生軟化反應，產生CaCO3沉淀。現場調查時發現：凡是有新水排入循環水的管段，結垢則嚴重。 本流程推薦集中在平流沉淀池前補水，可使CaCO3在沉淀池中沉淀而后被去除。
5.2 封閉部分檢查井
檢查并就是人孔（man hole）。在氧化鋁生產現場，從檢查井內掉進回水管道內的雜物有：磚塊、石塊、編織袋（成品袋、堿袋），破井蓋、樹枝等。這些雜物體大且重，不易被水沖走，使水流受阻。流速減緩、結垢和沉積加劇。為此，建議在容易排進雜物的地段，有選擇地封閉部分檢查井，做好隱蔽記錄，以備檢修時用。可有效地防止雜物泄入。謂之“扎緊籬笆”。
5.3 蒸發不合格水要回收利用
所謂蒸發不合格水是指來自蒸發器的蒸汽凝結水中含堿量超標，不能回用到電站鍋爐中的那一部分水。這部分水實際造價相當高，據測算高于5元／噸。在生產現場，因為回用已不可能，所以常常排至循環下水中。筆者調查中發現：蒸發不合格水占其總量的比例相當大，約40--60％，所以建議設計或改造時，一定要考慮蒸發不合格水的處理和出路。或者送熱水槽（要考慮足夠的調節容積），或經處理后二次利用，這部分水排入下水道，直接流走，帶走大量的熱量，大量的清潔水，造成浪費。同時對下水管造成不良影響，若排入生活污水中，因為有堿且高溫，和污水中的硬度反應，發生結垢；若排到循環回水中，使回水溫度升高，不利于水的冷卻。平時，這部分水排入下水道后，熱蒸汽給檢修工人下并檢查造成極大障礙。
5.4 禁止亂排堿液進循環下水
平時，各種洗液，母液等堿液的跑冒滴漏和事故狀態下的臨時排放，都將大量的高堿高鋁液體排入循環下水中，循環水量調節失敗時，便溢流進而排水管道，既造成生產損失，又造成環境污染。應將這部分液體就近、就地回收，禁止亂排堿液進循環下水。實驗當中還發現，循環水中堿度過高 （pH＞12）時，由于水的粘度大大提高，使水中細小懸浮物長期懸浮與水中得不到沉淀分離，影響出水懸浮物，例如，經過72小時靜沉后的循環水中的懸浮物仍然高達110－170mg／L。
5.5 對循環回水管應定期刮管
即使采納了上述建議，也難以避免循環水管道不結垢，實踐證明：對循環回水管道定期刮管，可及時將大而重的快狀物清除出來，還可避免管道因結垢太厚而影響管道輸水的能力，對保證循環回水管道輸水暢通，是一種有效的處理辦法。
5.1集中補水在循環水系統中避免多點補水，尤其是禁止補新水。因為水中含堿，一遇新水則立 即發生軟化反應，產生CaCO3沉淀。現場調查時發現：凡是有新水排入循環水的管段，結垢則嚴重。 本流程推薦集中在平流沉淀池前補水，可使CaCO3在沉淀池中沉淀而后被去除。
5.2 封閉部分檢查井
檢查并就是人孔（man hole）。在氧化鋁生產現場，從檢查井內掉進回水管道內的雜物有：磚塊、石塊、編織袋（成品袋、堿袋），破井蓋、樹枝等。這些雜物體大且重，不易被水沖走，使水流受阻。流速減緩、結垢和沉積加劇。為此，建議在容易排進雜物的地段，有選擇地封閉部分檢查井，做好隱蔽記錄，以備檢修時用。可有效地防止雜物泄入。謂之“扎緊籬笆”。
5.3 蒸發不合格水要回收利用
所謂蒸發不合格水是指來自蒸發器的蒸汽凝結水中含堿量超標，不能回用到電站鍋爐中的那一部分水。這部分水實際造價相當高，據測算高于5元／噸。在生產現場，因為回用已不可能，所以常常排至循環下水中。筆者調查中發現：蒸發不合格水占其總量的比例相當大，約40--60％，所以建議設計或改造時，一定要考慮蒸發不合格水的處理和出路。或者送熱水槽（要考慮足夠的調節容積），或經處理后二次利用，這部分水排入下水道，直接流走，帶走大量的熱量，大量的清潔水，造成浪費。同時對下水管造成不良影響，若排入生活污水中，因為有堿且高溫，和污水中的硬度反應，發生結垢；若排到循環回水中，使回水溫度升高，不利于水的冷卻。平時，這部分水排入下水道后，熱蒸汽給檢修工人下并檢查造成極大障礙。
5.4 禁止亂排堿液進循環下水
平時，各種洗液，母液等堿液的跑冒滴漏和事故狀態下的臨時排放，都將大量的高堿高鋁液體排入循環下水中，循環水量調節失敗時，便溢流進而排水管道，既造成生產損失，又造成環境污染。應將這部分液體就近、就地回收，禁止亂排堿液進循環下水。實驗當中還發現，循環水中堿度過高 （pH＞12）時，由于水的粘度大大提高，使水中細小懸浮物長期懸浮與水中得不到沉淀分離，影響出水懸浮物，例如，經過72小時靜沉后的循環水中的懸浮物仍然高達110－170mg／L。
5.5 對循環回水管應定期刮管
即使采納了上述建議，也難以避免循環水管道不結垢，實踐證明：對循環回水管道定期刮管，可及時將大而重的快狀物清除出來，還可避免管道因結垢太厚而影響管道輸水的能力，對保證循環回水管道輸水暢通，是一種有效的處理辦法。
6 結束語
隨著氧化鋁生產技術的發展，人們對氧化鋁循環水的認識在不斷提高，本文推薦的氧化鋁循環水處理工藝流程，來源于生產實踐，具有簡單實用的特點，可供兄弟廠家，設計單位參考，目的是技術交流，參與探討。愿更多的技術人員提出更好的方案，共同推進氧化鋁循環水處理技術的發展。
