陶瓷工业生产过程对环境的污染及治理措施

陶瓷工业生产过程对环境的污染及治理措施陶瓷工业生产过程对环境的污染及治理措施摘要：目前我国陶瓷生产存在资源消耗 大、能耗高、污染严重等问题，随着社会经济的快速发展，传统生产模式所带来的资源过 度消耗与环境污染问题受到广泛关注。陶瓷生产过程中，产生的污染问题主要有废气、废 水、废渣等。一方面应通过清洁生产,节能降耗，减少污染物的产生量；另一方面可通过 末端治理，对工程排放的污染物进行有针对性的治理，使污染物能够达标排放，减少对环 境的影响。关键词：陶瓷工业；污染；清洁生产；治理Ceramic Industrial Production Processes to the Environmental Pollution andGovernance MeasuresAbstract: At present, to Chinas ceramic production, there are problems of great resource consumption, high energy consumption and serious pollution. With the rapid socio-economic development, the traditional mode of production is under the spotlight, which brings about the excessive consumption of resources and environmental pollution. In ceramic production process, it results in the pollution problems mainly concluding exhaust gas, waste water and waste residue. On one hand, through clean production, it will save energy and reduce the production of pollutants quantity; on the other hand, by the end of treatment, to project the pollutants from the targeted management, contaminants can reach the standard of discharge, reducing the bad impact on the environment. Key words: ceramic industry; pollution; clean production; governance自1993年以来我国建筑卫生陶瓷产量一直高居世界首位，1998年陶瓷砖产量占世界 总产量的34.5%，卫生瓷占世界总产量的23.4%。2002年陶瓷砖年产量约25亿m2,卫 生瓷年产量约5500万件，共消耗资源10000万吨，消耗能源4000万吨标准煤。到2021 年我国日用瓷、建筑瓷和卫生瓷产量均位居世界第一。其中日用瓷产量高达130亿件，约 占世界总产量的6成；建筑瓷砖年产量约为30亿m2（产量约占世界总产量的50%），按 2024kg/m2计算，则每年消耗泥料和石料60007000万吨；按每平方米消耗燃油1.4 1.5L计算，每年消耗燃油高达4.24.5亿升。我国陶瓷行业的成就无疑是巨大的，但我国是一个能源和资源相对贫乏的 国家，陶瓷行业是一个高能耗行业，从原料的制备到制品的烧成等各工序燃料、电力等能 源成本占整个陶瓷生产成本的23%40%1。虽然在为经济发展、创造就业等方面发挥 了良好的作用；但同时，建筑陶瓷生产的高消耗和高污染也使当地自然环境遭到了很大破 坏。陶瓷工业中的污染防治问题也越来越受到人们关注。1 陶瓷生产中的污染陶瓷彳丁业是一个咼能耗的彳丁业，能耗占陶瓷生产成本的30%40%，陶瓷的咼能耗必 然带来高污染，陶瓷业对我国的环境造成很大的污染，特别是陶瓷发展迅速的瓷区及周边 地区更为严重。从陶瓷工业的现状看，大部分企业分布在大、中、小城市郊区，污染点多 面广，大多数企业生产工艺落后。生产设备陈旧，污染严重。陶瓷工业污染物排放总量较 大，陶瓷工业原辅材料及能源消耗过大。1.1 废气污染陶瓷工业废气大致可分为两大类。第一大类是含生产性粉尘为主的工艺废气。这类废 气温度一般不咼，主要来源于坯料、釉料及色料制备中的破碎、筛分、造粒及喷雾干燥 等。由于陶瓷用坯料中的粘土、长石、石英、滑石等，釉用原料中的粘土、石英、滑石等 都含有游离二氧化硅2。游离二氧化硅的含量直接关系到矽肺的发生和发展，当粉尘中 游离二氧化硅含量在10%以上（且粉尘浓度大于2mg / m3）时，会导致肺组织病变，粉尘中 游离二氧化硅的含量越咼，则致矽肺组织进丁性病变加快，致人丧失劳动能力甚至于死亡第二类为窑炉烧成及部份干燥阶段的咼温烟气。烟气中有毒气体的种类和数量与燃料 的品种有关，在我国，日用陶瓷和墙地砖生产使用的燃料多为气体燃料和油类燃料或煤炭 产生的废气中一般含有CO、S02、N0X、氟化物和烟尘等。这些废气排放量大，排放点多， 会给环境造成严重的污染，给人类的健康带来了极大的危害。1.2 废水污染陶瓷生产中的废水主要来自原料制备、釉料制备工序及设备和地面冲洗水。窑炉冷却 水。在墙地砖的生中线中，还包括喷雾干燥塔冲洗和墙地砖抛光冷却水。原料精制过程中 的压滤水，主要污染物为悬浮物，通常悬浮颗粒较细；修坯废水水量较少，但悬浮含量大 达到5000mg/L；抛光废水主要产生在研磨、抛光、磨边、倒角等工序中，主要含瓷砖粉 末、抛光剂和研磨剂；设备和车间地面冲洗水包括球磨机、浆池、料仓、喷雾干燥塔的冲 洗，施釉、印花机械、除铁器的冲洗等，由于各车间各工序的不同及陶瓷产品的不同使得 这类废水的污染物成份比较复杂。主要有硅质悬浮颗粒、矿物悬浮颗粒、化工原料悬浮颗 粒、油脂、铅、镉、锌、铁等有毒污染物废水；设备间接冷却水无污染，主要为温度升咼 虽然大部分陶瓷企业都进丁了污水合理处理。但还是有一些企业废水治理不够彻底，仍然 有大量废水排放。大量废水的排放，将对周围的生态环境造成污染3。1.3 固体废物污染全国陶瓷废料的年产量估计在1000万吨以上，陶瓷废料的堆积挤占土地，增加空气 中粉尘的含量，同时耗费大量的原料，大量的陶瓷废料带来的环境问题都将制约着陶瓷工 业的可持续发展。固体废物包括废品、废渣、废模型等4。1.3.1 废品废品可以分生坯废品和烧成废品，上釉废品和不上釉废品。生坯废品主要来自于成型、 干燥及上釉搬运等过程中，这些废料都可以在本企业内部回收再利用。但在部分日用陶瓷 生产中，上釉后的废生坯或素烧后上釉的废品不能再利用，只能同烧成废品一样作建筑填 土用。烧成废品来自于窑炉烧成后经检验不合格的产品，它是烧结致密化的产品，本企业 很难再利用。1.3.2 泥渣陶瓷泥渣是在废水的净化过程中产生出来的。在陶瓷生产中不含釉成分的泥渣，可以 和泥料混合在湿磨阶段处理掉；含釉成分的泥渣，通常不能混入泥料，特别是日用陶瓷， 如精陶、炻器等。在粗陶生产中，可以按比例少量混入带釉废生坯。在意大利部分墙地砖 生产厂家，带釉废品可以混入泥料，他们实验证明釉料中的重金属被包裹在烧成坯体的玻 璃基体中惰化，而生产出外观和内在质量都未受影响产品。1.3.3 废石膏多数陶瓷生产过程中，成型都使用石膏模型（具），它们在反复使用、品种更新和破 损后，都将成为废品，国内外处理一般是送至水泥厂作为原料来使用。在墙地砖和特种陶 瓷生产中，因产品用压机成型，它们没有废石膏产出。1.3.4 陶瓷抛光的废渣这类废渣主要由玻化瓷表面和特种陶瓷表面及接口的抛光冷却水所形成，因废渣中含 有来自砂轮磨料中的碳化硅、碱金属化合物及可溶盐类，很难在本企业中消化掉，国内外 目前都只能将其堆埋处理。1.3.5 废石灰在我国陶瓷生产中，石灰很少被运用，在国外主要是用来处理烧成或干燥时产生的烟 气，处理后的废石灰少量被用在墙地砖的干法制粉中，大部分通过专业处理部门处理。但 最近发现可混入湿磨制浆，这样废石灰能得到充分利用。2 清洁生产技术清洁生产是当今世界各国普遍采取的一种新的环境战略，是指不断采取改进设计、使 用清洁的能源和原料、采用先进的工艺技术与设备、改善管理、综合利用等措施，从源头 削减污染，提高资源利用效率，减少或者避免生产、服务和产品使用过程中污染物的产生 和排放，以减轻或者消除对人类健康和环境的危害5。首先可通过采用清洁生产技术和正确的过程控制等方法，提高原材料及能源的使用效 率，减少资源的使用，减少污染物的产生量和排放量，减少污染处理费用,保护环境。在 实施了各项清洁生产措施后，有一部分污染物仍不能够做到达标排放则必须通过末端治 理的方式进行处理，针对工程所排放的污染物进行有针对性的治理，使其最终能够满足排 放标准和区域总量控制的要求。2.1 原辅材料粉料制备及抛光磨边工序是建筑陶瓷企业产生粉尘污染和噪声污染的主要场所。特别 是含游离二氧化硅的粉尘对人体会造成极大的危害。根据国外建筑陶瓷企业大多采用专业 化、标准化、系列化原料进行生产的经验。我国建筑陶瓷企业也应因地制宜，逐步在生产 中推广采用专业化、标准化、系列化原料替代原料的预处理。在原料加工企业则可采用专 用环保设备，以减少粉尘污染和噪声污染。另外有条件的地区可采用天然气、液化石油气 轻柴油或电加热等清洁燃料代替目前广泛使用的燃煤热风炉、煤制气等，以减少废气、废 渣的产生和排放量。2.2 技术工艺及设备优选高效节能设备，如优化窑炉结构、采用高效燃烧装置、使用节能长寿筑炉材料等 均可有效降低产品能耗。并提高产品质量；采用密闭型设备和生产技术。减少粉尘无组织 排放；厂区排水采用清污分流，并全部循环使用。减少新水用量，减少水污染物排放量； 压制、磨边工序采用袋式除尘器回收物料回用生产。节约原料，减少污染物排放；窑炉废 热梯级利用，节约能源，减少污染物排放；可设置余热锅炉，用烟气热量生产蒸汽并用产 生的蒸汽来发电或利用烟气余热产生的蒸汽来制冷和供暖。2.3 生产过程管理采用中央自动控制设备。进行数学模型优化控制，节约电耗、物耗、能耗；对职工进 行系统的岗位培训，提高职工技能，高效生产；加强设备维护保养，节约成本；加强原料 的管理和使用，减少原料损耗。3 末端治理措施3.1 废气治理措施建筑陶瓷生产过程中产生的废气主要为：喷雾干燥塔废气、窑炉烧制废气，其主要污 染因子为S02、N02、烟（粉）尘。脱氮目前对于建筑陶瓷企业还是一件难事；脱硫除尘目前 企业主要通过采用清洁能源进行控制，如采用含硫量低的油、天然气、电等。另外对煤进 行脱硫改成水煤浆或者是采用煤制气脱硫后作燃料以达到除尘脱硫的作用。另外，可采取 以下推荐的治理技术，见表16 。以下分述两种治理技术方法：(1) 喷雾干燥塔废气治理工艺流程如图26所示图2 喷雾干燥塔废气治理工艺流程该工艺优点为：除尘效率299%，粉尘排放浓度100 mg/m3 ；脱硫效率275%, S02排放浓度200 mg/m3；设备结构简单，运行稳定，维护方便；安装场地不受限制。(2) 窑炉废气治理工艺流程如图36所示。图3 窑炉废气治理工艺流程烟气进入换热器与低温烟气热交换后，进入除尘塔，在塔体内螺旋上升。与碱液多次 重复碰撞、充分接触，烟气中的粉尘、S02、N0X等有害物质留在吸收液中，净化后烟气经 塔顶脱水段脱水后进人换热器经高温烟气加热到90C以上后外排。脱硫剂采用Ca(0H)2。 工艺关键设备为脱硫除尘塔，塔内村玻璃钢加石板，易于管理；运行费用低，稳定可靠； 利用换热器以高温烟气为热源加热净化烟气后，烟气中气雾成分被加热，排放烟气视觉效 果良好，在环境中扩散速度加快；喷淋系统采用陶瓷螺旋无堵塞喷头，雾化优良，耐腐 蚀、耐高温、不堵塞。3.2 废水治理措施在陶瓷生产过程中，通常形成有大量的污染物难以自然沉淀的悬浮物。这些泥水污 染物主要来自原料经湿磨微碎处理后形成的粒径小于2顷的固体颗粒和漂尘降后被冲洗到 排水沟中的泥浆废水及流失的泥浆。由于管理水平的差异，各厂所排放陶瓷废水悬浮物的 浓度大小不等(100010000mg/L), 般中小型陶瓷企业的排放废水量在5001000t/d。 废水中的陶泥是经过多道工序加工的基础原料，价值很高，它的流失和遗失和遗弃不仅可 惜，而且对环境造成了严重污染7。因此，必须设法进行综合治理，它可以达到既减少 污染，又使废水和陶泥得到综合利用之目的。因废水污染程度差别较大，根据清污分流的原则，将色釉料工段的废水与坯料和其它 工段产生的废水分开处理，以便回收利用，减轻处理负荷。坯料泥水是一个胶体分散体系， 胶粒表面带负电，所以在处理这类废水时，须向废水中投加混凝剂，压缩双电层，降低丘 电位，破坏胶体的稳定性，从而达到泥水分离的目的。具体工艺流程如下：废水经格栅去 除粗大悬浮物后流入初沉池。水由泵抽送并与吸入段投加的微量PAC混凝剂混合后进入平 流式沉淀池；水中的悬浮物与混凝剂经过数分钟的反应，形成水解聚合物，产生双电层压 缩、吸附架桥和网捕作用而聚结沉淀，上面清水则流入清水池回用；经初沉池和反应池沉 积的泥浆再泵入浓缩池，上清液返回初沉池，浓浆则通过泵按比例混入球磨浆池回收利用， 也可经压榨脱水后形成泥饼备用8。色釉料废水因化学成分较复杂。废水经通常的沉淀、压滤等处理后，还应采用离子交 换法去除金属离子，这样处理后的水才可以回用。废水中的陶泥是经多道工序加工的基础原料，价值很高，它的流失和遗弃不仅浪费资 源而且对环境造成了严重污染。陶瓷厂各工艺阶段产生的含泥废水，常用的提取方法主要 有沉淀过滤法和化学凝聚法9。3.2.1 沉淀过滤法此种污泥提取方式主要是通过陶瓷厂设计建成的沉淀池实现的，常用的大致可分为三 类：(1) 隔板式反应及平流式沉淀池此种系统构造简单，施工方便，目前应用最为普遍，其混凝搅拌过程是在平流沉淀前 的多层隔板造成水流拐弯的搅拌作用下完成的。由于其水力停留时间长，因此容积相当大 更因为陶瓷废水一般排放量都不小，占地面积常很惊人。但是其缺点是处理效果不明显， 池底污泥淤积难清理等缺陷。该类处理方法约占陶瓷行业废水处理工业总数的90以上， 而且多数均由厂家自行设计、施工。(2) 斜管沉淀池(或竖流式沉淀池)众多的陶瓷厂家废水处理工程中，有7%8%是由专业工程公司为其设计采用斜管沉 淀池(或竖流式沉淀池)进行固液分离处理的，其生产能力较平流式沉淀池有一定幅度的提处理效果也理想些。但在运行中也出现一些问题，一是由于水流在斜板沉淀池中停留 时间短，无缓冲余地，容易造成混凝反应不善，效果不易发挥，或未根据水质水量的变化 及时间调整投药量，很快影响水质；二是由于陶瓷污泥粘度大，运行时间稍长后会在斜板 问或斜管孔内积泥，给运行带来困难。(3) 水力循环澄清池一般的沉淀池，悬浮物颗粒只要沉到池底即告完成沉淀过程，而在澄清池中，则又将 沉到池底的污泥提升起来，并使之处于均匀分布的悬浮状态，在池中形成稳定的悬浮污泥 层，利用接触絮凝，吸附进水中的矾花，这便是澄清池的操作特点。由于上升水流的能量 在池内形成一层悬浮态的泥渣层，当废水自下而上通过这一泥渣层时，其中的絮凝体被 “过滤”截流下来。其混凝反应充分，固液分离彻底，处理后水质各项指标优于常规处理 方法，出水浊度能被控制在4度以内。由于要满足一定的喷嘴流速来维持水力循环，因此 设施须满负荷运行，进水流量便很容易控制，运行管理很方便。池底锥底角度大，排泥效 果好。3.2.2 化学凝聚法化学凝聚法的原理是促进废水中胶体的凝聚反应，即把凝聚剂加入废水中促使悬浮物 或胶体粒子在静电、化学、物理方法的作用下，凝聚成小块，加快沉淀速度和便于分离处 理。凝聚剂的选择需要考虑凝聚效果、凝聚时间、沉淀性能、贮存稳定性及经济性等，目 前常用的无机凝聚剂为硫酸铝，该凝聚剂价格低廉，在水解时生成氢氧化物起凝聚作用， 能够满足陶瓷生产避免铁质混入的要求。其缺点是适用的pH范围小，当水温较低时凝聚 作用减弱，实际使用中加入少量的活性硅胶体，则能得到良好的效果。目前陶瓷废水几乎 一概是用简单的AL2（S04）3等铝盐进行“加矶”处理，少数尝试使用聚合氯化铝（PAC）、 聚丙烯酰胺（PhM）加以改善10。采用单一的混凝沉降的方法治理陶瓷废水，沉淀下来的污泥板结成块，难以处理。在 陶瓷厂常用的方法是用平流式沉淀池和微量絮凝剂提取污泥。一般是在调节池中靠压缩空 气的搅拌作用进行水质均衡，然后泵入混凝沉淀系统。混凝采用泵前加药，水泵叶轮的搅 拌作用使混凝剂与废水进行充分混合，靠混凝剂的电中和、压缩双电层和吸附架桥作用， 使废水中的细小悬浮物和一些大分子有机物脱稳凝聚成小“矾花”，在反应池中小“矾花” 经相互碰撞结合成较大的絮凝体，在后续的沉淀池中沉降分离。沉淀池和净水器产生的污 泥依次经过浓缩、脱水。快速凝聚沉淀装置常见型式有污泥滤层型、淤浆循环型、脉动型和混合型。淤浆循环 型对废水和药剂进行二次搅拌，处理效果好，但动力消耗大。污泥滤层型较经济实用，该 装置外形为锥体形，中间为混合室，周围为分离室。废水和凝聚剂在混合室搅拌混合20 30min,使悬浮物形成相当多的凝聚小块，然后从混合室底部通过凹凸板进入分离室，因 水平截面越大，水的上升速度越小，水中的凝聚小块沉淀速度和上升速度达到平衡而逐渐 下沉，而清水则继续上升溢流到清水池中，分离室的凝聚物逐渐增加密度，形成的污泥在 浓缩部分被浓缩，每隔一定时间自动地由排泥装置排出。3.3废渣治理措施一般在原料车间产生的废渣主要组成就是废坯料，因此，经净化处理后得到的废渣 按一定的比例掺入坯料中利用。成形车间产生的废渣有些含有色釉料，不能直接利用，需 经过处理后方能加以利用，如施过渗花釉的废坯可以先化成浆，然后再通过压滤的方法将 金属离子除去；或利用离子交换方法除去金属离子，保证坯料组成不产生明显的变化，然 后按比例加以利用11。烧成得到的废瓷坯，可以通过下述的方法加以回收利用，以便减少固体垃圾。一种方 法是将部分废瓷渣经过挑选后，粉碎成细颗粒作熟料使用；二是开辟新使用途径，将废瓷 砖经破碎，添加适当的结合剂（如纸浆废液、聚乙烯醇、甲基纤维素，添加量1%2%）、 助熔剂（熔块、长石、玻纤废料等。加入量1015），加工制备成透水砖，既减少了固 体垃圾，保护了环境，又增加了经济效益12。3.4 噪声治理措施噪声控制从控制声源、阻拦声音传播和加强个人防护这三方面考虑。并将三者有机地 统一起来。陶瓷生产线对噪声的控制首先从声源上着手，尽可能地选用低噪声设备；对产 生机械噪声的设备，如搅拌机、球磨机等，在设备与基础之间安装减振装置，可消声5 15dB(A)；对产生气流噪声的设备，如空压机、风机对空排气口等安装消音器，一般消声 20dB(A)左右。其次在噪声传播途径上采取措施加以控制，如将高噪声车间做成封闭式围 护结构，使噪声下降1525dB(A)左右；同时，采用车间外绿化，利用树木的屏蔽作用使 噪声得到不同程度的隔绝和吸收。另外，在厂区布置中，将各种高噪声车间布置在生产厂 区的中部，远离厂前区和周围居民区，在噪声易超标厂界设置隔音屏障，以减轻噪声对附 近居民的干扰。3.5 厂区防渗措施为避免物料、生产废水的非正常排放对地下水和土壤造成影响，应采取以下防渗措施：(1) 对生产厂区和废水储存、处理设施等采取全面防腐、防渗处理。重点区域包括原 料区、产品储存仓库、危险品暂存处、泵房及废水处理设施等，车间地面全部采用防渗混 凝土硬化，混凝土厚度不小于15cm。对涉及其它废水储存构筑物也采用混凝土结构，进行 防腐防渗设计，以上地面建设具体施工操作应按照危险废物贮存污染控制标准 (GB18596-2001)的要求进行设计，确保防渗层厚度22mm，防渗层渗透系数lX10-10m/ s。(2) 地面防腐防渗层构筑方法为首先将素土夯实，再在上面构筑15cm厚的防渗混凝土, 然后在混凝土层上涂三层196环氧树脂(不小于5cm厚)。废水处理装置区及暂存设施采用 防渗混凝土构筑，表面涂三层196环氧树脂，防渗、层渗透系数WlX10-10m/s。(3) 废水收集池、暂存池均建设防渗水泥池，地底部做好防渗处理，池底和池壁采用 混凝土构筑。废水输送构筑物采取严格防渗处理，避免废水的跑冒。(4) 生产厂区其他区域(除绿化用地之外)应全部进行硬化处理，实现厂区不裸露土层。(5) 考虑污水处理设施发生非正常情况，生产废水沉淀池应按三天的生产废水产生量 考虑，废水沉淀池采用前面方式做好防渗处理。建筑陶瓷工业既是高耗能工业，又是高污染工业。建筑陶瓷工业的污染防治任重道远。 一方面应实施清洁生产，实现物耗最少化、废物减量化和效益最大化；另一方面加强末端 控制，完善污染治理措施，使各种污染物能达标排放，减少对环境的影响。只有这样，我 国建筑陶瓷工业才能由大变强，真正实现持续稳定的发展。1 王才梅，程浩，张伟伟建筑陶瓷工业污染防治措施J.河南建材,2021(4):12-15.2 张萍,陈霞.陶瓷工业污染及防治对策探讨J.科技信息,2021 (31):24-31.3 蒋文俊，王启军陶瓷生产中污染的产生及处理方法J.佛山陶 瓷,2001,11(2):46-54.4 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