針對(duì)復(fù)雜電鍍廢水的綜合處理方案

曾 猛，呂海鋒，劉金友，靳 輝

(1.天津市環(huán)境保護(hù)科學(xué)研究院，天津 300191;2.天津世紀(jì)天源集團(tuán)有限公司，天津 300191;3.天津市薊縣環(huán)境保護(hù)局，天津 301900;4.遼寧省環(huán)境保護(hù)宣傳教育中心，遼寧沈陽 110161)

引 言

電鍍就是利用電解原理在金屬或非金屬表面鍍上一層金屬或合金的過程，從而對(duì)基體起到防止腐蝕，提高耐磨性、導(dǎo)電性、反光性及增進(jìn)美觀等作用［1］。在電鍍過程中會(huì)產(chǎn)生成分復(fù)雜的廢水［2］，廢水中含有鉻、鎳及氰等有毒物質(zhì)［3］，持續(xù)污染環(huán)境，對(duì)人體有嚴(yán)重毒害，處理難度較大。

目前，電鍍廢水處理技術(shù)分為化學(xué)法、物理法及生物法等。其中，化學(xué)法［4-5］包括鉻還原法、氧化破氰法、絮凝沉淀法或離子交換吸附法等;物理法［5-7］包括蒸發(fā)濃縮法、活性炭吸附法等;新興的生物法［8］包括好氧處理、厭氧處理、生物吸附及生物絮凝等。然而，目前文獻(xiàn)報(bào)道和實(shí)際工程應(yīng)用均表明，單一的方法處理效果往往十分有限，且成本較高。因此，新型綜合方案的應(yīng)用是適應(yīng)這一領(lǐng)域發(fā)展的最佳應(yīng)對(duì)措施之一。

本文以實(shí)際電鍍廢水處理工程項(xiàng)目為例，詳細(xì)介紹綜合治理方案的流程，并分析其處理成本和處理效果方面的優(yōu)勢(shì)。

1 廢水分析

1.1 水質(zhì)分析

本項(xiàng)目廢水來自天津某電鍍企業(yè)。該企業(yè)廢水水質(zhì)復(fù)雜，包含多種途徑排水，分為生活污水、清潔下水和電鍍廢水，其中，電鍍廢水主要包括含油廢水、含氰化物廢水、含鉻廢水、含鎳廢水、前處理酸堿廢水，地面清洗水，酸霧吸收塔廢水和含氰氣體吸收塔廢水等;生活污水主要含BOD、SS，污染較輕，經(jīng)簡(jiǎn)單預(yù)處理即能達(dá)到排污標(biāo)準(zhǔn);清潔下水指該廠冷卻循環(huán)水的排出部分，含有一定的無機(jī)鹽，污染較輕，能直接排放;電鍍廢水的水質(zhì)、水量與電鍍生產(chǎn)的工藝條件、生產(chǎn)負(fù)荷、操作管理與用水方式等因素有關(guān)。電鍍廢水的水質(zhì)復(fù)雜，成分不易控制，其中含有鉻、鋅及鎳等重金屬離子和氰化物，毒性較大，污染嚴(yán)重［9］。根據(jù)該項(xiàng)目廢水產(chǎn)生量及污染物情況列于表1。

表1 廢水種類及污染物情況

1.2 排放標(biāo)準(zhǔn)分析

按照項(xiàng)目要求，企業(yè)污水要求排入園區(qū)污水處理廠，廢水中第一類污染物在車間排放口執(zhí)行《電鍍污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB21900-2008)中表2新建企業(yè)水污染物排放濃度限值［10］，其它污染物在廠區(qū)總排口執(zhí)行天津市《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》(DB12/356-2008)［11］中三級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)和國家《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB8978-1996)［12］中三級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的共同規(guī)定，在(DB12/356-2008)和(GB8978-1996)的標(biāo)準(zhǔn)中，同一污染物指標(biāo)按照嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行。

2 處理工藝設(shè)計(jì)

2.1 整體方案設(shè)計(jì)

針對(duì)電鍍廢水水質(zhì)、水量變化較大的特點(diǎn)，對(duì)污水進(jìn)行分類收集，預(yù)處理，然后混合進(jìn)行深度處理。確保廢水達(dá)到相應(yīng)排放標(biāo)準(zhǔn)的同時(shí)，節(jié)省工程投資、簡(jiǎn)化工藝流程、提高運(yùn)行管理水平。

根據(jù)廢水分類要求，本設(shè)計(jì)方案圍繞以下幾點(diǎn)進(jìn)行設(shè)計(jì):

1)由于含氰廢水的特殊性，本設(shè)計(jì)對(duì)含氰廢水進(jìn)行單獨(dú)破氰預(yù)處理，為節(jié)省投資，簡(jiǎn)化管理，破氰后的廢水并入混合廢水進(jìn)行后續(xù)綜合處理。

2)為降低工程造價(jià)和綜合運(yùn)行費(fèi)用，將含鉻廢水單獨(dú)收集進(jìn)行預(yù)處理，預(yù)處理后的廢水并入混合廢水進(jìn)行后續(xù)綜合處理。

3)為防止間歇性排放的高濃度的電鍍廢液和退鍍廢液，對(duì)污水處理系統(tǒng)造成沖擊，調(diào)節(jié)池容積，宜盡可能大，有足夠的蓄水調(diào)節(jié)能力，并考慮工程檢修和生產(chǎn)事故的不利影響，設(shè)置大容積事故調(diào)節(jié)池，將未能及時(shí)處理的廢水存儲(chǔ)至事故水池，待恢復(fù)正常運(yùn)轉(zhuǎn)，處理達(dá)標(biāo)后排放。

4)設(shè)置適當(dāng)?shù)脑诰€監(jiān)控設(shè)備，達(dá)到降低勞動(dòng)強(qiáng)度、保護(hù)運(yùn)行管理人員身體健康、穩(wěn)定處理和達(dá)標(biāo)排放的目的。

根據(jù)以上設(shè)計(jì)指導(dǎo)思想，擬定本廢水處理工藝:將含鉻廢水、含氰廢水、含鎳廢水及含油廢水單獨(dú)收集，分別進(jìn)行預(yù)處理，隨后與車間排放的其他廢水混合，進(jìn)行混凝沉淀、化學(xué)氧化以及過濾吸附處理后，通過車間排放口排入混合排放池，由廠區(qū)總排口排入園區(qū)污水處理廠;生活污水經(jīng)過隔油池、化糞池直接進(jìn)入混合排放池，由廠區(qū)總排口排入園區(qū)污水處理廠，由于隔油池、化糞池在建廠時(shí)已經(jīng)考慮，此方案不做設(shè)計(jì);清潔下水匯入清潔下水池，除一部分回用于沖廁外，剩余的部分溢流至混合排放池，由廠區(qū)總排口排入園區(qū)污水處理廠。工藝流程圖見圖1。

圖1 廢水處理綜合工藝流程圖

2.2 各處理單元介紹

2.2.1 含氰廢水預(yù)處理

含氰廢水自車間自流進(jìn)入含氰廢水調(diào)節(jié)池，調(diào)節(jié)水量，均化水質(zhì)，出水用泵提升進(jìn)入破氰池1，加堿攪拌調(diào)節(jié)廢水 pH至10～11，通過 ORP計(jì)在300～350mV之間控制氧化劑次氯酸鈉的加入量，廢水在堿性條件下，次氯酸鹽將氰根氧化分解為無毒的物質(zhì)。廢水通過一次破氰后，自流進(jìn)入破氰池2，在pH的控制下，投加硫酸將 pH調(diào)至為6.5～7.0，ORP值為600～650mV。二次破氰后的廢水進(jìn)入混凝池，投加混凝劑，形成絮狀沉淀，最終通過重力沉降作用去除凝聚絮團(tuán)。

2.2.2 含鉻廢水預(yù)處理

含鉻廢水自車間自流進(jìn)入含鉻廢水調(diào)節(jié)池，調(diào)節(jié)水量，均勻水質(zhì)，出水用提升泵泵入破鉻反應(yīng)池，投加硫酸，過程在線控制pH為2～3，ORP在300～330mV之間，同時(shí)投加NaHSO3，將Cr(Ⅵ)還原成Cr(Ⅲ)，出水自流進(jìn)入混凝池，投加氫氧化鈉及混凝劑，形成Cr(OH)3沉淀，最終通過重力沉降作用去除凝聚絮團(tuán)。

2.2.3 含鎳廢水預(yù)處理

含鎳廢水自車間流入含鎳廢水調(diào)節(jié)池，出水用提升泵泵入中和反應(yīng)池，投加氫氧化鈉，過程在線控制 pH 為9.5～10.0，形成 Ni(OH)2沉淀，出水自流進(jìn)入混凝池，投加混凝劑，使沉淀物凝聚成大塊絮狀物，最終通過重力沉降作用去除凝聚絮團(tuán)。

2.2.4 含油廢水預(yù)處理

含油廢水自車間流入含油廢水調(diào)節(jié)池，出水自流至綜合廢水調(diào)節(jié)池。由于出水孔位于含油廢水調(diào)節(jié)池水面以下，利用油比水輕，上層浮油難進(jìn)入綜合調(diào)節(jié)池中，實(shí)現(xiàn)初步油水分離。

2.2.5 綜合廢水處理

破氰、破鉻還原、含鎳中和廢水與含油廢水、綜合廢水進(jìn)行混合，采用二次混凝沉淀處理工藝，混凝劑采用PAC、PAM和氫氧化鈉配合使用，一次混凝反應(yīng)投加PAC、PAM和氫氧化鈉，由pH計(jì)在線監(jiān)控pH在7.5～8.0之間，二次混凝反應(yīng)采用氫氧化鈉并控制pH在10.0～10.5之間?；旌蠌U水中各種重金屬成分多，而每種重金屬加堿析出的最佳pH范圍不同，尤其對(duì)一些兩性元素，如鋅，它的氫氧化物，既溶于強(qiáng)酸，又溶于強(qiáng)堿，其沉淀的最佳pH是8.5～9.0，所以兩段 pH 調(diào)節(jié)沉淀是必須的，同時(shí)，在二次混凝反應(yīng)中加入重金屬捕捉劑，使其更易從廢水中被捕捉析出沉淀。沉淀后出水自流進(jìn)入pH回調(diào)池，投加硫酸，調(diào)節(jié)廢水pH至7～8后，進(jìn)入膜生物反應(yīng)器(MBR)池。

膜分離技術(shù)［13-16］是一種廣泛應(yīng)用于溶液或氣體物質(zhì)分離、濃縮和提純的分離技術(shù)。污水處理中常用的膜技術(shù)包括微濾、超濾、納濾和反滲透4種。其中超濾是目前水廠最有應(yīng)用前景的水處理技術(shù)，MBR膜的孔徑d在0.01～0.20μm之間，屬于超濾膜一種。MBR膜生物反應(yīng)器是一種將膜分離技術(shù)與傳統(tǒng)污水生物處理工藝有機(jī)結(jié)合的新型高效污水處理與回用工藝，將膜分離設(shè)備置于污水處理池中，活性污泥和大分子有機(jī)物質(zhì)被截留，能有效提高活性污泥濃度，與傳統(tǒng)活性污泥法比較，可省略沉淀池，縮短水力留停時(shí)間，提高水處理效率。

綜合廢水經(jīng)過前期混凝沉淀物化處理后進(jìn)入MBR池，MBR池中的活性污泥以廢水中有機(jī)物為營養(yǎng)物進(jìn)行自身的生命活動(dòng)(包括氧化、還原及合成等過程)，將吸收的一部分有機(jī)物氧化為簡(jiǎn)單的無機(jī)物，同時(shí)，另一部分有機(jī)物轉(zhuǎn)化為生物機(jī)體，組成新的活性污泥，通過以上2種方式生物降解廢水中有機(jī)污染物，使污水得到凈化，達(dá)標(biāo)排放。利用MBR池中的膜組件，采用負(fù)壓抽濾的方式，將達(dá)標(biāo)廢水提升排入園區(qū)廢水管網(wǎng)，活性污泥則被有效截留在MBR池中，進(jìn)行后續(xù)的廢水生物降解處理。MBR池出水由自吸泵提升至后續(xù)精密過濾器和活性碳過濾器，吸附部分有機(jī)物，保證COD達(dá)標(biāo)排放。

為降低運(yùn)行成本，精密過濾器和活性碳過濾器均設(shè)超越管線，在出水達(dá)標(biāo)的情況下，可不經(jīng)過該單元直接排放。出水進(jìn)入排放池，溢流達(dá)標(biāo)排放，同時(shí)，排放池作為精密過濾器和活性炭過濾器的反沖洗儲(chǔ)水池，保證反洗用水。

項(xiàng)目運(yùn)行過程中最終排水口檢測(cè)結(jié)果顯示，其出水重金屬含量均達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定要求。根據(jù)工藝流程，在進(jìn)入MBR池前，均有各種重金屬的完備處理工藝，能使其達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)。而之前的小試結(jié)果也顯示重金屬通過物化法即可去除達(dá)標(biāo)。因此，生物段重點(diǎn)是降解有機(jī)物，同時(shí)不會(huì)受到重金屬的干擾。這也是本文所論述的綜合方案的優(yōu)勢(shì)所在。

2.3 污泥的處置

本系統(tǒng)產(chǎn)生的污泥分為絮凝沉淀產(chǎn)生的化學(xué)污泥和生物池產(chǎn)生的活性污泥?；瘜W(xué)污泥經(jīng)圖1中流程后直接外運(yùn)，生物污泥經(jīng)圖2流程處理后再定期外運(yùn)。

圖2 生物污泥處置流程圖

3 廢水運(yùn)行監(jiān)測(cè)結(jié)果

工程竣工后，經(jīng)過3周調(diào)試進(jìn)入運(yùn)營期，在運(yùn)營期前8周，每周取1次出水樣品進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果見表2。

表2 廢水監(jiān)測(cè)結(jié)果

根據(jù)表2監(jiān)測(cè)結(jié)果，廢水出水的各項(xiàng)污染物指標(biāo)均達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)要求。

4 分析與討論

4.1 經(jīng)濟(jì)成本分析

1)藥劑費(fèi)。處理電鍍廢水所用化學(xué)物質(zhì)的用量及成本統(tǒng)計(jì)見表3。

表3 處理廢水藥劑費(fèi)用統(tǒng)計(jì)

2)電費(fèi)。根據(jù)工作容量79.8kW、工作時(shí)數(shù)24h/d、電價(jià)0.57 元/kWh、功率因子 0.8 等參數(shù)推算出電費(fèi)約1.60元/m3。

3)人工費(fèi)。系統(tǒng)為全自動(dòng)運(yùn)行，需安排1名工作人員對(duì)污水處理系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控，人員工資為每月2500元，折合成人工費(fèi)0.15元/m3。

4)污泥處理費(fèi)。污泥產(chǎn)生量約為每10天產(chǎn)生1t，處理費(fèi)用約為4000元/t，折合污泥處置費(fèi)為0.73元/t。

5)廢水運(yùn)行成本總計(jì)3.68元/m3。

目前，復(fù)雜電鍍廢水處理成本大多在3.7～4.2元/m3的范圍?？梢?，綜合多級(jí)工藝單元處理電鍍廢水的方案在提高處理效果的同時(shí)并沒有增加運(yùn)行成本，因?yàn)榫C合的優(yōu)勢(shì)使每個(gè)單元的成本都大大降低了。(運(yùn)行成本不考慮設(shè)備折舊費(fèi)用。)

4.2 綜合方案優(yōu)勢(shì)分析

經(jīng)過綜合多級(jí)工藝單元的處理方案，該電鍍廢水各項(xiàng)指標(biāo)已符合國家和地方排放標(biāo)準(zhǔn)［10-12］。

電鍍廢水傳統(tǒng)的處理方法包括化學(xué)法和物理法，新的處理方法有多種生物法。物理和化學(xué)的方法相對(duì)較穩(wěn)定，抗沖擊能力較高，波動(dòng)小，重現(xiàn)性較好，但成本往往較高，容易產(chǎn)生二次污染;生物法更為廉價(jià)，污染小，無需持續(xù)投加藥劑，但穩(wěn)定性較差，易受沖擊。因此，取長(zhǎng)補(bǔ)短，合理地綜合利用，適量使用物化法作為前處理和末端的保險(xiǎn)措施，在主反應(yīng)器中利用多種生物法，節(jié)約成本，利于操控，提高效率。

綜上所述，針對(duì)復(fù)雜電鍍廢水的新型綜合方案是適應(yīng)這一領(lǐng)域發(fā)展的最佳應(yīng)對(duì)措施之一，具有顯著的理論意義和廣闊的應(yīng)用前景。

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