陶瓷原料车间循环水处理系统设计与运行分析

韩复兴 刘卫红 黄晨

摘  要  文章分析了陶瓷厂原料车间循环水处理现状，并以造粒流化床技术为核心设计出了新型废水絮凝沉淀池，并对现有循环水处理系统进行了改良，文章还分析了系统运行情况和控制技术指标，该系统具有占地少、投资少、运行平稳、运行成本低、净化效果好等优点

关键词  建筑陶瓷;原料车间;坯料废水;涡流反应;结团型絮凝

0  引  言

水是事关国计民生的基础性自然资源和战略性经济资源，是生态环境的控制性要素。我国人多水少，水资源时空分布不均，供需矛盾突出，全社会节水意识不强、用水粗放、浪费严重，水资源利用效率与国际先进水平存在较大差距，水资源短缺已经成为生态文明建设和经济社会可持续发展的瓶颈制约。《国家节水行动方案》（发改环资规〔2019〕695号）提出“到2020年，节水效果初步显现。万元国内生产总值用水量、万元工业增加值用水量较2015年分别降低23%和20%，规模以上工业用水重复利用率达到91%以上”。

建筑陶瓷生产过程中会产生大量废水，年产1 000万平方米的釉面砖生产企业，年新水用量超20万吨;年产1 000万平方米的抛光砖生产企业，年新水用量超30万吨，均已经属于高用水企业。水的节约、净化和循环利用既是国家战略、企业主体责任，也有很好的经济价值;动辄上百亩，甚至上千亩的陶瓷厂区，雨水收集、循环利用既是环保的需要，也是宝贵的资源财富。建筑陶瓷生产企业作为用水大户，应该做好水务管理、做好节水诊断、贯彻节水标准，并且积极探索节水新技术、提高智慧管理水平、持续优化用水系统、争做行业水效领跑者。那么，设计和运行好建筑陶瓷原料车间循环水系统显得极其重要。

1  废水的来源及现有废水处理技术

1.1废水来源

建筑陶瓷厂废水主要包括雨水、洗车废水、原料车间坯料清洁废水、压机冷却循环水、制釉车间釉料清洁废水、釉线釉料清洁废水、抛光磨边废水、煤气站、窑炉及喷雾干燥塔含酚有机循环水、生活办公废水等10个方面的废水，目前80%以上进行了水循环利用。建筑陶瓷原料车间废水也可以称为坯料清洁废水，包括长石、石英、瓷土等原料的洗涤加工废水，球磨机、浆池、滚筒筛、震动筛、喷雾干燥塔、料仓、皮带及场地清洁用废水和电磁除铁器冷却、柱塞泵冷却用水。废水中，除了微量跑冒滴漏油品和包装物外，大部分固体分散物质为坯用原料和砂砾、水泥。

1.2现有废水处理技术

在污水处理工艺中， 分为重力自然（自由）沉淀和混凝（干涉）两种工艺。由于陶瓷原料车间废水属于高浊度废水，主要原因为陶瓷球磨细度控制在250目，大颗粒可以在重力作用下沉，而悬浮颗粒，尤其是胶体颗粒，由于丁达尔现象，依靠重力自然（自由）沉降几乎不可能起太大作用。而混凝效果取决于混凝工艺、混凝沉淀池的设计和废水处理工艺技术的设计。混凝沉淀池按水流方向分为平流式、幅流式、竖流式和涡流式四种。传统陶瓷废水沉淀池主要为平流式，改进型的平流沉淀池加交错隔板或在隔墙加交错出水口，造成水流成S型运动，延长水流时间和面积，目前这一类沉淀池在陶瓷企业的应用比例占80%以上，也有企业不对自然沉淀改造，直接加入混凝剂搅拌沉淀，甚至不搅拌沉淀。另一类的沉淀池为竖流式沉淀池，改进型的竖流沉淀池增加斜板或斜管以及刮泥设备，目前这一类沉淀池在陶瓷企业的应用比例不足10%以上，尽管效率和投入相对平流式要好一些，但是浪费极大，运行成本极高。更为先进的涡流反应式沉淀池，以及水力循环澄清技术和造粒流化床技术在陶瓷产业废水处理系统中尚不多见。

2  水处理系统设计

2.1结团凝聚工艺原理

结团凝聚是一种利用有机高分子絮凝剂在高浓度污泥中制造密实团粒的方法，结团凝聚法制造的团粒可称为结团絮凝体，它比普通絮凝体、密实体沉降速度快，极易脱水，同时由结团凝聚体构成的高浓度悬浮层具有与滤层相类似的截留杂质能力，使原水迅速得到澄清。涡流反应器在喷射水力或搅拌叶片的作用下，上向流结团凝聚柱中的水流上升速度很高，悬浮层体积浓度也很高，因而悬浮层空隙中的实际水流速度更高，在重力作用和水力作用下，挤压形成密实团粒和密实团粒悬浮层，随着密度和厚度增加，失去平衡的团粒开始形成泥渣跌落在泥渣排放区。涡流反应池依据涡流反应器的不同分为水力循环沉淀池和造粒流化床技术。

2.2造粒流化床技术

造粒流化床工艺设计见图1，造粒流化床从下至上分为积泥区1、涡旋喷浆区2、沉降区3、结团凝聚区4、斜管隔离区5、清水区6、溢流出水区7。调和后成一定比重、流速的原料车间废水经气动隔膜泵加压后通过泥浆管道8进入预混室9，絮凝剂液体也经过管道10进入预混室，在预混室内与一定比重、流速的絮凝剂高压水溶液进行预混，经涡旋喷头喷入喷淋室11。在高压涡旋水力作用下上向流结团，由于高压水力和重力的平衡和挤压，形成致密结团凝聚体和悬浮层12，并快速向非高压涡旋水区膨胀，最后由于失衡，随重力形成泥渣沉降在沉淀区3，由于水压和虹吸作用，经泥浆管13外排。

2.3原料车间废水处理系统设计

某陶瓷厂原料车间废水处理系统工艺流程图见图2。原料车间坯料废水经油水分离，除去浮油后，经100目滚筒圆筛筛去砂粒，在水质调节池内调节污水，用气动隔膜泵将污水和预溶调节好的絮凝剂泵入造粒流化床预混室预混，继而经喷头喷入喷淋室，在高压涡旋水力作用下上向流结团，由于高压水力和重力的平衡和挤压，形成致密结团凝聚体和悬浮层，并快速向非高压涡旋水区膨胀，最后由于失衡，随重力形成泥渣，沉降在沉淀区，由于水压和虹吸作用，经泥浆管外排。水经悬浮层过滤，斜管沉降区沉降，清水区沉降，最后经溢流区溢流孔溢出，溢流集聚后进入清水池，清水池杀菌、過滤后循环利用。泥渣经板式压滤机脱水后，形成泥饼，泥饼作为生产原料循环利用，水进入调节池。

3  運行分析

3.1生产运行分析

生产时，污水浓度、PH值、絮凝剂浓度、污水压力、絮凝剂压力、水位要保持相对稳定，悬浮层厚度、各工作区也保持相对稳定，溢水管、污水管、絮凝剂管、泥浆管、涡旋喷头都要定期清洗、保持畅通，防止悬浮层密实团粒冲出斜管层，发生“溢锅”事故。正确使用絮凝剂，既要满足絮凝团聚要求和形成密实团粒凝聚要求，也要保证悬浮层具有良好的水的通透性和保持一定的松散性，能形成一定厚度的悬浮层，并及时落入沉淀区。絮凝剂同时采用类聚合物，一类是无机聚合物，譬如聚合氯化铝（PAC）、聚合氯化铝铁（PAFC）;一类是有机高分子聚合物，譬如聚丙烯酰胺（PAM）。原水水质：PH值为7.5～8.5，SS2 700～5 000 mg/L，COD5为160～190 mg/L，BOD5为75～80 mg/L。处理后水质符合《陶瓷工业污染物排放标准》（GB25464-2010）新建企业水污染物排放浓度限制及单位产品基准排放量规定，即PH值为6～9，COD5<50 mg/L，BOD5<10 mg/L，SS<50 mg/L。

3.2经济可行分析

经济运形及环境收益分析如下：

（1）运行费用工程折旧： 工程总投资250万元，其中设备投资200万元，土建投资100万元。设备折旧按15年、土建折旧按20年计、折旧费计15万元/年。药剂费：工业PAC按1 500元/吨计，年耗100吨;工业PAM按2.4万元/吨计，年耗量20吨，折款63万元。电费：工程常用功率为60 kW，年耗电15.8×104 kWh，电价按0.70元/ kW·h计，折电费11.06万元。人工费：处理工程定员6人，每人月工资按4 000元计，全年工资为28.8万元。处理工程年运行总费用为117.86万元。

（2）增收节支，本工程实施后主要的节支款项为节约水资源费：处理后的废水循环利用按陶瓷废水排放量的100%计，年节约新鲜水50×105 m3，当地水资源费按0.90元/ m3计，年节支45万元。固废100%回收利用，年可生产固废2万吨，以当地陶瓷原料均价200元/吨计，年节支约400万元。合计年节约445万元/年。

（3）环境效益分析，采用该技术处理陶瓷原料车间废水，处理后全部用于生产，实现原料车间废水零排放。年节约水资源50×105 m3、资源化利用固废2万吨，彻底解决污陶瓷工业水染物排放，环境效益明显。

4  结  论

通过分析，得出以下几点结论：

（1）利用结团凝聚工艺原理和造粒流化床工艺涡流技术，在高压涡旋水力作用下，上向流结团，由于高压水力和重力的平衡和挤压，形成致密结团凝聚体和悬浮层;悬浮层膨胀进入沉淀区，随重力失衡形成泥渣，在虹吸作用下外排。

（2）生产时，采用油水分离、污水调和、复合絮凝剂、预溶、榨泥脱水等工艺，处理后污水排放值先进。

（3）项目技术先进、占地少、基建投入少、人工费用低、运行费用低，经济效益、社会效益、环境效益明显，而且节省土地、厂房投入，整体效益明显。

参 考 文 献

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Abstract： This paper analyzes the current situation of the circulating water treatment in the raw material workshop of ceramic factory， designs a new type of wastewater flocculation and sedimentation tank based on the pelletizing fluidized bed technology， and improves the existing circulating water treatment system. It also analyzes the operation of the system and the control technical indicators. The system has the advantages of less land occupation， less investment， stable operation， low operation cost and good purification effect advantage

Key words： building ceramics; raw material workshop; waste water; eddy carrent  reator; pellet coagulatian