热镀锌过程污染综合防治改造工程实践.pdf

热镀锌过程污染综合防治改造工程实践 ＊ 汤 兵 1 白雪梅 2 蔡 斌 2 朱又春 1 1.广东工业大学环境科学与工程学院, 广东 广州 510006; 2.广东省电力线路器材厂, 广东 广州 510450 摘要 热镀锌生产是传统的重污染行业, 单纯的“ 三废”治理, 不仅存在着治理费用高, 且存在着“ 二次污染”的问题。 通过以广州某热镀锌生产污染综合防治改造工程为例, 全面分析生产过程中存在的污染源, 通过对生产工艺进行改 造, 提高原料及能源利用率, 减少污染物的产生, 实现污染的全过程综合防治, 在此基础上, 总结成功实施的经验, 为类 似项目的污染防治工作提供参考和借鉴。 关键词 热镀锌 污染综合治理 技术改造 酸洗添加剂 ＊广东省重大科技专项资助项目 2003A3030202 0 引言 热镀锌又称之为热浸锌, 是钢铁制品表面防腐的 重要手段, 在大型输变电器材 、 通讯线路 、 市政照明、 家电 、 汽车 、 造船等行业中 ,热镀锌钢铁制品有着十分 广泛的应用 。据统计 , 全世界每年锌产量约有 40 用于热镀锌 [ 1] 。由于热镀锌生产过程涉及到酸洗 、 热 浸、 后处理等多个过程 , 生产过程中产生的污染物较 多,属于污染较大的行业 [ 2] 。广东省电力线路器材厂 针对原有的生产工艺主要产污环节进行综合改造 ,通 过工艺的调整, 达到减轻污染的目的, 实现生产过程 的全过程污染综合防治, 为热镀锌过程“三废”综合防 治工作提供一条新的思路 。 1 原有工艺路线介绍及污染源分析 1. 1 改造前工艺路线 原热镀锌生产工艺建立于上世纪 80 年代, 具体 工艺路线见图 1 所示 。生产工艺中使用的清洗剂为 20左右的硫酸而非通常使用的盐酸, 这主要是考虑 到盐酸使用过程中挥发出的酸雾较多, 影响车间空气 质量及工作人员的身体健康, 但硫酸酸洗速度较慢, 为保证一定的酸洗速度 ,酸洗槽内温度保持在 40 ～ 60℃ 之间, 因此 ,酸洗过程还配备蒸汽锅炉为酸洗槽 和助剂槽提供热量。 图 1 改造前热镀锌工艺路线 1. 2 污染源分析 热镀锌生产流程中有多个环节涉及到废水、 废气的 排放,热镀锌生产过程常见的污染源,具体分析如下。 1 脱脂 。采用氢氧化钠溶液作为脱脂液, 主要 用于清洗镀件表面的油脂 ,便于后续酸洗 。产生的废 水为碱性废水, pH 值在 10 ～ 11, 大约 2 ～ 3 周排放 1 次, 每次排放量约为10 m 3 。 2 清洗 。包括两部分 ,其一是脱脂后清洗 ,其二 是酸洗后清洗, 均用清水作清洗液, 用于脱脂与酸洗 后表面残留的碱液 、 酸液的清洗, 其中分别含有少量 的碱液和酸液, 清洗槽均每周排放 1 次, 每次排放水 量为10 m 3 。 3 酸洗 。利用硫酸溶液作为腐蚀剂, 去除镀件 表面铁锈, 达到较高的光洁度, 以利于提高镀层的稳 定性和强度 。产生的废水为酸性废水,pH 值在0. 5～ 1, 每天排放量为 8～ 10 m 3 。 4 蒸汽锅炉 。采用燃煤锅炉, 容量为1. 5 t h ,烟 气量2 300 m 3 h, 由于锅炉容量较小, 烟气未采取任何 净化措施。 5 热镀锌炉 。采用燃煤作燃料, 耗煤量为1. 5～ 2 t h ,烟气量约为7 000～ 9 000 m 3 h ,使用的是老式直 燃炉 ,燃烧效率较差 ,烟气中烟尘含量较高,污染十分 严重 。 1. 3 原污染治理工程及排污统计 为减少上述污染物的排放 ,针对各污染源均采取 了相应的治理措施, 如热镀锌炉烟气中粉尘净化采用 了电除尘措施, 碱洗 、清洗及酸洗产生的废水及废液 则采用了中和沉淀的方法进行处理 。上述“末端处 理”的方法虽然可使各项控制指标达到排放标准, 但 处理过程中每年需要花费治理费用约 60 万元, 而且 由此产生的固体废弃物 收集粉尘及沉淀污泥 仍然 需要进一步处置 。为明确生产过程中各项污染源强, 81 环 境 工 程 2007年 8 月第25 卷第4 期 对热镀锌生产过程进行了清洁生产审计 ,得到各污染 源产污及排放的统计数据 ,见表1 。 表 1 改造前污染物统计数据t a 项目废水 废液1Zn2 烟尘 锌渣2污泥3回收粉尘 产生量7703 0003. 6 21. 2618048014. 21 排放量7702 6000. 00527. 05048014. 21 注1 指酸洗废液; 2 锌渣由外单位收购, 不计入排放量; 3 指水处理产生的污泥。 2 污染综合防治改造工程 2. 1 酸洗系统改造 由于硫酸酸洗速度较慢, 需要额外提供热量以维 持较快的酸洗速度, 所以酸洗系统本身既是产污的主 要环节,同时也是导致锅炉烟气污染的源头。 为避免硫酸酸洗引起的锅炉烟气污染问题,采用 盐酸替换硫酸, 并对相应的酸槽进行了防腐处理, 而 盐酸使用过程中挥发的酸雾量较大 ,引起的污染和安 全问题依然较大。为此, 在酸液替换的同时 ,采用了 自主研发的多功能酸洗助剂, 该酸洗助剂的作用包括 抑雾、缓蚀和促进渗透等。使盐酸产生的酸雾减少, 不仅减轻了车间空气污染 , 同时节省了大量酸洗介 质。按照理论计算 [ 3] ,缓蚀作用可降低酸洗介质的用 量至无缓蚀剂时的 1 50, 而工程实践表明 由于缓蚀 的作用,酸洗介质的使用寿命可延长2 ～ 3 倍; 促进渗 透作用实际上是助剂中的表面活性物质对污垢或锈 蚀的浸润, 降低其与金属基质的结合力 , 促进污垢或 锈蚀的尽快脱落及加快酸洗速度。 上述改造, 不仅减少了酸洗介质的用量及酸洗废 液的排放, 同时也提高了酸洗的速度, 减少脱脂及加 热环节 ,原燃煤锅炉不需要再提供蒸汽加热 ,由此也 减少了燃煤引起的烟气污染及相应的治理费用。 2. 2 热源改造 镀锌炉是热镀锌生产主要的耗能设备,也是产生 废气污染的主要环节 ,本次热源改造集中在镀锌炉的 供热系统的改造 。 原镀锌炉供热采用的是老式直燃供热 , 热效率 低,且粉煤燃烧产生大量粉尘和烟气,环境污染严重。 改造后的热镀锌热源采用新型煤制气炉 ,将粉煤先制 成水煤浆, 然后在煤制气炉中转化为水煤气 ,再利用 水煤气燃烧产生的热量供给锌炉熔化锌 。镀锌炉热 源经过上述改造 ,烟气中基本不含烟尘 , 可避免烟尘 对管道系统的堵塞, 而烟气出口温度约 200～ 350 ℃, 热值较高, 因此 ,将烟气引入到镀锌炉前的助镀池 ,通 过安装在池内的换热系统 ,将烟气中的热量传递至助 镀液 ,提高镀前温度 ,改善镀层质量 。改造后 ,热效率 提高约30,尾气中基本不含烟尘 ,消除原有的燃烧 系统烟气对厂区造成的污染, 同时也节省了助镀池的 能量供应。 2. 3 镀锌炉改造 锌渣是热镀锌过程产生的主要固体废物 ,其产生 原因是铁锌合金在镀锌炉中沉积而造成的,沉积的锌 渣中含锌量高达 94, 因此消耗的锌量约占镀锌总 量的 20～ 35。铁锌合金的形成与锌炉温度及其 分布有较大的关系 ,当温度过高且分布不均匀时, 镀 件表面部分铁组分溶解并在温度梯度的推动下在锌 液中迁移, 在低温区与液态锌结合形成铁锌合金。锌 渣沉积造成锌炉局部过热, 不仅影响锌炉的寿命, 也 对锌镀层的质量造成不良影响 。 镀锌炉的改造包括结构及表面涂层两部分。结 构由原来的10 m 1 m 1. 5 m改为12 m 1. 1 m 1. 6 m 。 上述结构的改变不仅使镀锌炉容积增加约 40,改善超长 、 超大镀件的热镀环境条件 ,同时可使 炉底空间增大, 便于燃气喷口均匀分布 , 有利于维持 锌液温度的稳定并均匀 。锌炉表面涂层用耐火三氧 化二铝 、 锆酸钙 、硼酸化合物对锌炉进行表面喷涂。 上述材料构成的涂层可避免锌液对锌炉的浸蚀,提高 锌炉的使用寿命并改善锌炉传热效率。另外 ,为适应 改造后镀锌炉内的热镀环境, 对镀前助剂浓度及温度 进行了调整, 即将其中助剂 NH4Cl 改为混合助剂 NH4Cl ZnCl2 ,镀件进入锌炉前的表面温度提高到 70～ 80 ℃, 使液锌在构件表面容易铺展, 减少镀件在 锌炉内的停留时间。 2. 4 辅助系统改造 车间通风系统改造包括厂房结构及构件的改造。 原厂房通风结构为单边进风, 单边出风的结构, 现改 为双边进风 ,顶上出风的结构, 有利于车间的通风及 污染物的扩散。为避免酸雾对通风系统构件的腐蚀, 原混凝土盖通风系统更换为钢结构 、 塑钢压型板屋面 以及普特阳光板天窗 ,并对所有金属构件均作重防腐 处理, 改造后结构轻便, 阻燃及密封性好, 耐水性强, 有效地改善通风条件 ,有利于空气污染物的扩散达到 减轻车间空气污染的目的 ,并便于构件的维修 、 更换。 厂房的防噪改造主要是对墙体进行改造 ,即在墙 体进行适当加厚并在双面涂抹防噪涂料 ,另外对车间 82 环 境 工 程 2007年 8 月第25 卷第4 期 门、 窗也进行防噪处理, 防止车间内噪声对外传播。 经过上述处理, 噪声强度降低了5～ 6 dB,减少了噪声 的环境影响。 3 绩效分析 改造后的工艺流程见图 2所示。 图 2 改造后热镀锌工艺路线 经过前述综合改造后, 热镀锌生产能耗物耗降 低,而污染物的产生量减少。改造前后主要能耗、物 耗见表2 。 表 2 改造前后主要能耗物耗变化 项目改造前改造后 能耗 煤耗 kgt- 111671 主要材料消耗 锌耗 kgt- 1 6045 电耗 kWht- 1 2520 改造后的生产数据也表明 ,产污数量也发生了较 明显的变化,见表 3。 表 3 改造前后产污情况对比t a 项目废水废液 Zn2 烟尘锌渣污泥回收粉尘 改造前7703 0003. 621. 2618048014. 21 改造后5202 0100. 57013589. 50 显然, 经过对生产工艺的改造, 污染物产生量有 了较大幅度地减少, 治污成本相应也减少。根据上述 主要能耗 、 物耗数据及排污情况,折算成生产成本 ,得 到如下结果 1 原 材 料消 耗成 本。 原材 料 成本 降低 了 138 元 t 。 2 能耗 。燃煤热效率提高, 能耗 煤耗 成本降 低了 27 元 t 。 3 人工成本。生产工序减少 , 使得整个车间减 少6 个操作工人 ,人工成本降低了6 元 t 。 4 电耗 。由于采用煤制气转化技术, 镀锌炉尾 气不含烟尘 ,电除尘装置无需继续运行 , 减少电耗成 本为5 元 t 。 5 污染治理费用。废气、废水以及固体废弃物 产生量减少 ,减少相应处理费用12. 5 元 t 。 4 结论 1 热镀锌是传统重污染行业 , 单纯的“末端治 理”方法不仅使生产单位负担较大的治理费用, 还可 能因治理而产生“二次污染”问题,实际上并不能从根 本上解决环境污染问题, 而通过对生产工艺进行合理 改造 ,提高原料利用率,降低能耗,可达到环境保护及 降低生产成本的双重效益 ,该项目污染综合防治改造 工程对类似项目污染防治工作可提供借鉴。 2 大多数企业生产过程中, 产污原因在于生产 原料利用率低, 能源利用不合理, 所以污染防治工作 应首先对生产过程中产污环节进行全面综合分析 ,明 确关键污染源及其产生原因, 才可实现污染综合防治 的目的,因此,企业污染防治工作中先进行清洁生产 审计有着十分重要的意义 。 参考文献 [ 1] 陈冬. 中国热镀锌行业现状与前景. 河北冶金, 2002, 5 7 -10. [ 2] 李运刚, 高玉红, 蔡宗英. 热镀锌行业三废治理与再利用. 湿法 冶金, 2003, 22 3 159 -161. [ 3] 汤兵, 陈欣义. 酸洗过程中的缓蚀剂. 清洗世界, 2006, 22 2 22 -28. 作者通讯处 汤兵 510006 广东省广州大学城 广东工业大学 B56信箱 E -mail renytang 163. com 2006- 11-10 收稿 居住区域相关噪声标准 城市区域环境噪声标准和工业企业厂界噪声标准均规定, 以居住为主的 1 类区域, 白天噪声标准为 55 dB, 夜间噪声标 准为45 dB,工业企业厂界噪声标准规定 “ 夜间频繁突发的噪声 如排气噪声, 其峰值不准超过标准值 10 dB, 夜间偶然突发的 噪声 如短促鸣笛声, 其峰值不准超过标准值 15 dB。 本标准昼间、夜间的时间由当地人民政府按当地习惯和季节变化划定。 ” 城市区域环境噪声测量方法规定 “ 测量点选在居住或工作建筑物外, 离任一建筑物的距离不小于 1 m 处测量。 传声器距 地面的垂直距离不小于 1. 2 m。 不得不在室内测量时, 室内噪声限值低于所在区域标准值 10 dB, 测点距离地面和其他主要反射 面不小于 1 m, 距地板 1. 2～ 1. 5 m, 距窗户约 1. 5 m。 开窗状态下测量。 ” 工业企业厂界噪声测量方法则规定 “ 测点应选在法定厂界外 1 m, 高度 1. 2 m 以上的噪声敏感处。 如厂界有围墙, 测点应 高于围墙。 若厂界与居民住宅相连, 厂界噪声无法测量时, 测点应选在居室中央, 室内限值应比相应标准值低 10 dB。 ” 83 环 境 工 程 2007年 8 月第25 卷第4 期 improperly and leakages happened incidentally in landfills in China, which has some relationship to the defects of requirement about leakage preventionstructure in our actual standard GB16889 -1997. So, some suggestions were given as following leakage prevention structure of our domestic waste landfill should be composite leakage prevention structure; the thickness of artificial membrane and compacted clay liner must be at least 1. 5mm and 50 cm respectively. Keywords domestic waste landfill, leakage control structure and standard WET DYNAMIC ANAEROBIC FERMENTATION OF MUNICIPAL ORGANIC WASTES Xiao Hong Peng Hong 65 Abstract Based on analysis of the current status o treatment technology for municipal organic wastes and according to domestic conditions, wet dynamic anaerobic fermentation was put forward as a new type of process. Further, the optimal program of wet dynamic anaerobic fermentation was selected. As the core part, the technological process and the function of every partwere emphatically introduced. In conclusion, the advantages of the technology were summarized and the disadvantages were explored and relative measures were suggested. Keywords organic wastes, wet dynamic anaerobic fermentation and process research DEVELOPMENT OF FULL DIGITAL ENVIRONMENTAL MONITORING SYSTEM IN PAN STEEL WORKSWang Xue Yue Haifeng Xie Zhijiang et al 70 Abstract It was studied network-topological structure based on B S and C S, logical fabric and a series of key technologies. Four data levels, signal acquiring level, digital data collecting level, part districtmanagement level and center management level, were designedinthe system, and user terminals were divided into part clients, center clients and mobile clients, whichwere connected via Internet or Intranet. It adopt support vector machine SVM to gain more exact exhausting value of smog and dust than sensors. The application indicated the system run reliably and expediently, which could be a reference for other environment monitoring applications in big enterprises. Keywords digital, environment, image processing, SVM and monitoring system THE STUDY AND APPLICATION OF THE DETERMINATION OF BOD WITH DIFFERENTIAL PRESSURE Wang Xiquan Wang Qiuju Kong Xiangyi 74 Abstract The determination of BOD using pressure distinction instrument was studied because it has the advantages of simple operation, simplifies a lot of operating processes and BOD can be monitored continuously with the . It is concluded that there is no obvious difference between manometric and standard dilutioninoculation by the contrast of these two s and the statistical check of the difference of these two s. This has been found to be reliable through comparing the analytical results of thewater samplesusing these two s. Keywords determination, BOD and differential pressure COMPREHENSIVE ASSESSMENT OF WATER ENVIRONMENT QUALITY BY TOPSIS BASED ON ENTROPY WEIGHTChen Qiang Yang Xiaohua 75 Abstract To solve the phenomena of vector normalizationin the TOPSIS depending on the uation unit and the phenomena of the negative -ideal solution in the TOPSIS without considering the relative importance of these distances, it was put forward a new TOPSIS basedon entropy weight. In the new assessment , we adopt proportion normalization and introduce entropy weight into the assessment and the dummy negative -ideal solution to solve the said problem. Then, we make it use at the Wangjianglou in Changjiang River, and assess the quality of the water environment in the latest eight years. Finally, the result of the new is more reasonable than the traditional TOPSIS by making a comparison between the two results. Keywords water environment quality , TOPSIS , entropy weight and comprehensive assessment THE PROCESS DESIGN FOR TREATING RUBBER ACCELERATORWASTEWATER Chu Jinyu Wang Wanjun Zheng Xiaohei et al 78 Abstract Different s are used to treat different wastewater according to the characteristics factor of wastewaters, which are discharged from the production of rubber accelerators. Salinity wastewater ispretreated for desalting by evaporating. High concentrationwastewater ispretreated by micro electrolysis-Fenton oxidation -flocculating settling process. After pretreatment, the wastewaters hard to deal with are mixed with low concentration wastewater. The all wastewater is treated in the biological disposal facilities, namely combined treatment process consisting of hydrolytic -acidification, ABR andoxidation ditch. The quality of the effluent after the treatment canmeet the third -order of national standard for the comprehensive discharging of wastewater. Keywords pretreatment separately according to wastewater quality, salinity wastewater, micro -electrolysis, Fenton, hydrolytic -acidification and anaerobic baffled reactor ABR RECONSTRUCTION OFHOTDIPGALVANIZINGPROCESSFORCOMPREHENSIVE POLLUTION ABATEMENTTang Bing Bai Xuemei Cai Bin et al 81 Abstract Hot dip galvanzing production is a traditional industry with heavy pollution. Single treatment to three wastes not only brings high expense for disposal, but also presents secondary pollution. According to a reconstruction project of a hot dip galvanizing workplace inGuangzhou, the pollution sources in practical production were analysed generally, comprehensive pollution abatement in all processes was achieved through reconstructing production procedure, improving the ratio of materials and energy utilization, reducing the production of pollutants. Based on this 5 ENVIRONMENTAL ENGINEERING Vol. 25,No. 4, Aug . , 2007 successful example, some useful experienceswere also summed to provide a guide for similar reconstruction. Keywords hot dip galvanizing , comprehensive pollution abatement, technical reconstruction and pickling additive ESTABLISHMENT OF A NEW ZERO-EMISSION PROCESS FOR RESOURCE UTILIZATION OF CIRCUIT BOARD SPENT ETCHING SOLUTION BY GRAVITY SEPARATION Xie Fengchun Chou Jiaying 84 Abstract It is expatiated the new domestic earliest originated zero -emission cleaner production process for mass centralized resource utilization of circuit board spent etching solution developed by Nanxi Chemical Plant in Baiyun District of Guangzhou. In the process the cupric oxide producedin solid phase ispurifiedby the means of gravity separation, the defects in the old process are overcome and the result of separation iswell. All the components in the spent etching solution can be reused at the low cost in the case of no emission of waste water, waste gas and solidwastes. So the process has met the requirements for cleaner production. Keywords spent etching solution, orthogonal experiment, gravity separation and zero -emission THE APPLICATION OFBIOLOGICAL AERATED FILTER BAFIN YASHAN SEWAGE TREATMENT PLANTLuo Yanli Xu Shibing Xia Yongzhi 86 Abstract The biological aerated filter BAFwas applied in Urumqi Yashan Sewage Treatment Plant, with a designed capacity of 5 104m3 d. The process, design parameter, main building , operation were introduced and the treatment process characteristics of BAF were also analyzed and discussed. Keywords sewage treatment, biological aerated filter and treatment process TREATMENT OF WASTEWATER FROM PRODUCING HEALTH FOODS BY HYDROLYTIC ACIDIFICATION -AEROBIC OXIDATION -HIGH EFFCIENCY COAGULATING SEDIMENTATION - FILTRATION PROCESSLu Xiuguo Tong Zhengong Liu Xuemei 89 Abstract Hydrolytic acidification -aerobic oxidation-high effciency coagulating sedimentation-filtration process was used to treat wastewater from producing health foods. And the scheme selection, technological design, investment and profit ability of the project were discussed in detail. Plant operation showed that the effluent can meet the second -order of Integrated Wastewater Discharge Standard GB8978-1996 . Keywords hydrolytic acidification, effciency coagulating sedimentation -filtration, aerobic oxidation and wastewater SOLVENT EXTRACTION OF IRON AND CHROMIUM FROM BIO-LEACHATE DERIVED FROM TANNERY SLUDGEMa Hongrui Li Dongxue 91 Abstract Extraction of CrⅢand FeⅢfrom the bio -leachate derived from tannery sludge had been investigated using bis 2- ethylhexyl phosphoric acid D2EHPAand dodecyl amine RNH2 . β of FeⅢand CrⅢis more than 500 by D2EHPA and RNH2obtained at equilibrium pH value of 2. And the concentration of FeⅢin the bio -leachate derived from tannery sludge is about 10 mg L. The recovery of Cr Ⅲand Fe loaded in D2EHPA and RNH2was also examined by using 5 mol L and 1 mol L HCl separately as stripping solution. The results showed that recovery of 90was achieved by once contact. Keywords solvent extraction, Bis 2 -ethylhexylphosphoric acid and dodecyl amine TREATMENT OF WASTEWATER FROM PRODUCING BEVERAGE WITHHYDROLYSIS ACIDIFICATION -SBR PROCESSYang Wenlan Yin Jingzhou Li Baoshan 94 Abstract It is introduced that the process design and running effect of tr