铸造业三废处理创新解决方案,改善环境卫生、发展循环经济

发布时间: 2021年05月13日 浏览次数:479

图源:pexels

“工业三废”是工业生产制造中排放的废水(废液)、废气、固体废弃物(废渣)总称。含有多种有毒、有害物质,若不经妥善处理,如未达到规定的排放标准而排放到环境(大气、水域、土壤)中,超过环境自净能力的容许量,就对环境产生了污染,破坏生态平衡和自然资源,影响工农业生产,威胁人的健康。

铸造业是高能耗、污染严重的行业,耗能占机械工业总耗能的25%〜30%,同样制造着骇人听闻的“三废”量。我国铸件产量自2000年起连年位居世界第一,回收率远低于发达国家。环保要求日益提高,现有铸造业三废处理标准也提到了新的高度。

2021年1月起,生态环境部与国家市场监督管理总局联合发布了《铸造工业大气污染物排放标准》(GB 39726—2020),本标准基于从源头削减、过程控制到末端治理的全过程管控思路,将无组织排放控制和有组织排放控制相结合,明确各个工序、装备产污节点的污染因子和控制要求,将有效解决铸造行业污染排放严重问题。

如何在现行环保标准下以创新方案实现对三废洁净治理,回收利用,改善环境卫生,发展循环经济,是铸造业亟待解决的现实问题。

 

1、固废处理方案

 

铸造企业在生产过程中对环境污染最严重的是固体废弃物(废砂、炉渣、粉尘)。有人认为固体废物是“三废”中最难处置的一种,因为它含有的成份相当复杂,其物理性状(体积、流动性、均匀性、粉碎程度、水份、热值等)也千变万化,对铸造企业产生的固体废物制定全面的、综合性处理规划,从而实现无害化、减量化、资源化的目标。

防治固体废物污染方法首先是要控制其产生量,如控制铸造工厂原料的消耗,定额提高产品的使用寿命,提高废品的回收率等;其次是开展综合利用,把固体废物作为资源和能源对待,实在不能利用的则经压缩和无毒处理后成为终态固体废物,然后再填埋和沉海。目前主要采用的方法包括:

  • 预处理方法:压实,破碎,分选
  • 堆肥处理
  • 填埋处理
  • 一般物化处理
  • 焚烧处理
  • 热解法

 

参考个案 1

反吹风布袋除尘器实现零排放

 

悬浮状粉尘污染,易造成人体肺部病变或损害。铸造厂原用湿式除尘器,除尘效果不达标且有二次污染,环保局要求整改。由于原铸造厂湿式除尘方式效率不均匀,其工作过程中难以实现对水资源、水处理、泥浆处理以及防冻等问题的解决。

反吹风布袋除尘器,也称电炉除尘设备,成为铸造厂常用除尘器之一,密封性好,回转灵活,更换除尘滤袋方便,除尘效果大于99.9%,粉尘排放浓度低于标准。能够适应铸造厂砂准备及砂处理车间工序复杂、物料输送量大、工艺设备多、扬尘点多的工作环境。实现了铸造厂型砂处理生产线的零排放标准,大大改善工人操作环境。

 

参考个案 2

等离子技术:危废处理的理想手段

 

等离子体是物质存在的第四态,它是气体电离后形成的。与其他污染治理技术相比,等离子体技术具有处理流程短、效率高、能耗低、适用范围广等特点。对包括铸造行业固废在内的所有污染物都可以进行有效处理。

等离子体的处理方案有:等离子体热解、等离子体气化、等离子体减量化和玻璃化等等离子体处理固体和危险废弃物方法,是目前较为流行的处理办法。等离子的相关技术也被广泛应用于市政垃圾、飞灰、汽车催化剂、废电池等众多行业。

图源:中科院力学研究所

 

参考个案 3

粉尘防爆:水洗式湿法除尘器 

 

粉尘爆炸是铸造厂不可忽视的安全隐患。粉尘防爆指可燃性粉尘在爆炸极限范围内,遇到热源(明火或高温),火焰瞬间传播于整个混合粉尘空间,化学反应速度极快,同时释放大量的热,形成很高的温度和很大的压力,系统的能量转化为机械能以及光和热的辐射,具有很强的破坏力。

水洗式湿法除尘器 图源:恒泽利

水洗式湿法除尘器是处决粉尘爆炸的有效装置。其原理粉尘在风机的吸力作用下,从进风口进入除尘器,在上、下导流板的引导下进入“S"形隧道强制与水混合进入水洗模式。粉尘、 线毛、纤维、蜡等由于与水混合后自身重量增加,沉降于除尘器水池中。由于进风口风速较快,进入除尘器箱体后,空间突然增大,导致风速减慢,有利于沉降,少量粉尘经过滤网阻隔,实现进一步净化。粉尘与水强制混合水洗后完全控制了点火源,也不可能发生扬尘,从而实现粉尘防爆和粉尘治理的目的。

该设备具有选型灵活、除尘率高、清理方便、经久耐用的特点,实现颗粒物达到环保标准,达到节能减排的目的。常用于金属、塑料、竹木、皮革、橡胶、玻璃、陶瓷、石材等材料打磨抛光的粉尘治理。焊接、熔炉、切割除烟除尘。可对接多种类型产尘设备。

 

2、废气处理方案

 

铸造厂空气污染的特点污染源分散,浓度较低,气体量大。在美国环保局列出的总共188种危险空气污染物中,铸造废气中己经检测出的有40多种,对环境和人体健康都有巨大危害。

铸造厂废气的成分复杂,无组织排放收集困难,环境恶劣,气体量大有害浓度低。根据铸造废气特点进行针对性处理。经检测处理效果完全可以达到国家标准。废气处理方法有:

  • 活性炭吸附法
  • 生物降解法
  • 等离子法
  • 催化燃烧法
  • 催化氧化法
  • fUV光解净化法

图源:洁匠净化

 

参考个案 1

光氧活性炭一体机净化处理VOCs

 

光氧活性炭一体机是综合性能很好的废气处理设备。结合了光氧和活性炭的优点,是一款能有效处理危害气体及恶臭气体的环保设备,实现对铸造业废气进行协同净化处理。

图源:紫科

作为铸造厂废气处理专用设备,其原理是VOCs有机废气进入UV光氧催化设备内部,通过高能紫外线光线照射,使废气发生裂解和分化,改变物质的分子结构,将高分子污染物质裂解、氧化成为低分子无害物质。未被UV光氧催化设备完全分解的工业废气再进入活性炭吸附箱内部,被活性炭吸附在表面。废气中的污染物被吸附在固体表面,使其与气体混合物分离,达到净化目的。针对此类压铸及铸造工艺选择组合式的处理工艺,效果还是比较理想的。

 

参考个案 2

废气RTO处理工艺

 

VOCs方面的治理也一直在不断的进步中,废气RTO处理工艺也由第一代的两床式结构进化到如今的第三代。该项技术通过自动控制旋转阀转动对VOCs进气分流导向实现蓄热体组成的清洗室、进气室、盲区和出气室依次转换,从而完成蓄热-清扫-放热过程。它采用机械密封和气密封,能有效防治气泄露;废气去除率达99%,热效率达到95%。

RTO焚烧炉结构图 图源:乐途环保

 

3、废水处理方案

 

随着铸造行业环保治理力度的加大,以铸造厂为代表的工业废水处理比城市污水处理更困难也更重要。

铸造废水的成分复杂,水质COD高,油类、悬浮物以及金属浓度较高,有些还有毒性,废水治理难度较大,工艺繁琐,且治理后仍不能达到排放标准,市场急需解决铸造废水的治理难题。现有治理方案是依据铸造废水的特点,有针对性地进行处理,如:

  • 物理法:主重力分离、离心分离、反渗透、气浮等
  • 生物法:活性污泥法和生物膜法
  • 化学法:混凝法、中和法、氧化还原法、离子交换法

低温真空蒸发器  图源:毅达机电

 

参考个案 1

真空热泵蒸发器

 

真空热泵蒸发器可广泛应用于铸造业中小型企业的污水减量减排及净水回用。投资少,占地面积小,操作简单。其利用热泵技术的空气能提供蒸发所需的能量,而所需的能耗也只是用来驱动压缩机运行的电能,从而大大节省了能耗,实现90%以上的节能目的。

图源:联康蒸发器

 

参考个案 2

AIS 高效生化处理技术

 

AIS 高效生化处理技术在铸造业废水处理方面的良好效果。AIS一体式活性污泥系统将曝气池和二沉池合二为一,实现了“无内部移动部件”的构想。是目前运行最为简单的活性污泥系统;且投资和运行成本最低、占地面积最小;是曝气废气控制最简单的活性污泥系统。对工业污水处理工程和城市污水处理工程都具有非常显著的效果。

 

参考个案 3

电解技术处理技术

 

电解技术为铸造业废水治理,消毒、净化、破坏有害有机物以及处理难降解的COD提供了一种安全、环保、高效经济的方法。

电解活化合成的高活性物质比传统化学试剂更安全环保,成本更低,更高效、电解活化的效率是自然化学过程的数千倍。而电解活化对需要消毒的材料,都有较强的清洁和调整能力。对于具有抗生素耐药性的超级细菌也有非常有效的处理效果应。除了铸造业,范围也包括饮用水、污水、医院、医疗器械、养殖、屠宰等大型和小型的净化应用项目。

微电解废水处理 图源:宏森环保

 

4、今后铸造业三废治理方向

 

我国铸造企业数量约有2.3万家,其中排位靠前的4500家企业铸件产量占总产量的70%以上,小企业数量多,环保水平相对较差,无组织排放问题较为突出。而铸造企业生产车间普遍工作环境较差,尤其是室内空气浑浊,粉尘弥漫、烟雾缭绕的情况时有发生。即使企业已经在生产车间内使用了部分除尘设备,效果却十分有限,同时悬浮的气溶胶(PM2.5及更细小的颗粒污染物)和气态的有机污染物仍然十分严重。

颗粒物通过鼻腔粘膜内的嗅球进入大脑的示意图。图源:Saira Hameed et al.,, Talanta Open,2020

颗粒物仍是今后铸造行业管控的重点污染物。根据环保要求指导,铸造工业金属熔炼等工序的有组织排放可采用布袋除尘、滤筒除尘、湿法或干法脱硫、低氮燃烧等技术,无组织排放可采取装备升级、密闭化生产等措施,实现污染物达标排放。

《铸造工业大气污染物排放标准》新标准作为行业准入的门槛,对改善环境空气质量具有积极作用。重点地区因已先期进行了生产工艺和环保设施升级改造,预计可减少颗粒物排放量30%左右,其他地区可减少颗粒物50%以上,总减排量约5~8万吨。同时,可削减VOCs排放30%左右,总减排量约3万吨。

近年来,京津冀及周边地区、长三角地区等重点区域铸造企业已全面开展工艺设备和环保设施的升级改造,积累了很多成熟的案例,为标准实施奠定了技术基础。

未来,ICLEAN工业清洗展倡议铸造业可依托智能制造,载入创新的过滤、净化技术和新型运营管理体系, 优化铸件生产工艺设计,从生产源头减少原材料、能源消耗,并结合新技术分行业实施污染深度治理。

中国环保之路依旧任重道远,ICLEAN工业清洗展持续关注检测分析、除尘、防腐、过滤、分离、净化、回收与保护等创新技术,在包括铸造业在内的整个工业领域的三废治理应用、技术分享和交流,为促进铸造行业节能减排和转型升级,推进铸造行业健康有序协调发展,助力铸造企业整体环保与安全管理水平的提升。