自動化電鍍廢水處理系統(tǒng)的設計

王熙雛*，范宏

（1.蘇州工業(yè)職業(yè)技術學院，江蘇 蘇州 215104；2.上海電力學院電氣工程學院，上海 200090）

自動化電鍍廢水處理系統(tǒng)的設計

王熙雛1,*，范宏2

（1.蘇州工業(yè)職業(yè)技術學院，江蘇 蘇州 215104；2.上海電力學院電氣工程學院，上海 200090）

針對汽車零部件電鍍生產中所產生的含鎳廢水，設計了一種自動化電鍍廢水處理系統(tǒng)。通過對其結構進行了優(yōu)化，推出其系統(tǒng)結構圖，并對系統(tǒng)實施方式進行分析。介紹了該廢水處理系統(tǒng)的運行流程和特點。對系統(tǒng)調試中的故障進行了分析和解決。該系統(tǒng)經投入使用后，運行良好，經濟效益高。

電鍍；廢水；處理；設計；運行流程；調試；故障

First-author’s address:Suzhou Institute of Industrial Technology, Suzhou 215104, China

隨著行業(yè)產業(yè)規(guī)模的不斷擴大，經濟飛速發(fā)展的同時，水污染也越來越嚴重，帶來了一系列的生態(tài)問題，并且水資源也比較匱乏，因此，對廢水進行有效控制、回收利用，已是當前的重中之重。廢水處理的常用方法有化學沉淀法、電解法、離子交換法、催化交換法、電滲析法、細菌分解法、氧化法等[1-2]。目前所使用的廢水處理系統(tǒng)比較復雜，且大部分過程需要人工判斷和控制，非常費時費力，經濟效益和社會效益比較低。本文將針對某生產汽車零部件的電鍍車間產生的含鎳廢水，提出一種自動化電鍍廢水處理系統(tǒng)及運行流程，以實現廢水處理系統(tǒng)的自動控制，解決現有廢水處理系統(tǒng)中需要人工控制、費時費力的問題。

1 廢水處理系統(tǒng)設計

1. 1 廢水處理工藝流程

廢水處理系統(tǒng)的結構示意圖如圖1所示。自動化廢水處理系統(tǒng)包括通過管道依次連接的原水池1，加藥裝置2，中水池3，袋式過濾器4，砂濾器5，炭濾器6，精密過濾器7，UF(超濾)過濾器8，RO(反滲透)裝置9，中間水箱10，回用水箱11。其中，加藥裝置2包括反應器21和藥槽22，反應器21與原水池1及中水池2通過管道相連，藥槽與反應器通過管道相連。RO裝置包括一級RO膜組91、水箱92、二級RO膜組93和清洗裝置94。

原水來自于電鍍車間產生的水洗液和漂洗液，其主要污染物為鎳，故在設計本系統(tǒng)時，主要考慮的是去除鎳離子，不考慮去除其他污染物。如圖1所示，原水流入反應器中，由藥槽加入酸堿、PAC(混凝劑)、PAM(絮凝劑)，在反應器里充分反應，在此過程中可以通過風機加速其反應，實現酸堿中和，通過PAC、PAM混凝絮凝作用，使廢水中的懸浮物沉淀。經過預處理后，水到達中水池，再經過各種過濾器過濾，進入 RO反滲透裝置，其中RO1產生的淡水會進入一級淡水箱，此淡水通入RO2的膜，出來的濃水進入污泥池，用壓濾機對其進行壓縮處理并排放到緩沖池待后續(xù)處理，壓縮后是含鎳的污泥，淡水流入中間水箱，最后到回用水箱，回用水箱內的水可送至車間生產線回用。

圖1 廢水處理系統(tǒng)結構示意圖Figure 1 Schematic diagram showing structure of the wastewater treatment system

1. 2 廢水處理系統(tǒng)實施方式

自動化廢水處理系統(tǒng)中控制器的連接示意圖如圖2所示。

圖2 廢水處理系統(tǒng)控制器連接示意圖Figure 2 Schematic diagram showing controller connection of the wastewater treatment system

如圖1所示，原水池1與反應器21之間的管道上安裝有第一泵102，藥槽22與反應器21之間的管道上安裝有第二泵103，中水池2與袋式過濾器3之間的管道上安裝有第三泵104，UF過濾器8與RO裝置9之間的管道上安裝有第四泵105，RO裝置9與中間水箱10之間的管道上安裝有第五泵106，中間水箱10與回用水箱11之間安裝有第六泵107，水箱92和二級RO膜組93之間的管道上安裝有第七泵108。

如圖2所示，第一泵102、第二泵103、第三泵104、第四泵105、第五泵106、第六泵107及第七泵108分別通過第一模擬開關109、第二模擬開關110、第三模擬開關111、第四模擬開關112、第五模擬開關113、第六模擬開關114及第七模擬開關115與控制器101相連。

反應器21中安裝有第一pH探頭A′，對應的第一pH儀表A與控制器101相連，通過預設的pH范圍來控制藥槽101加酸或加堿，以使反應器21中的pH達到預設的范圍。中水池3、中間水箱10及回用水箱11中分別安裝有第一CM(電導率)探頭B′、第二CM探頭C′及第三CM探頭D′，對應的第一CM儀表B、第二CM儀表C及第三CM儀表D分別與控制器101相連，控制器101還連接有一報警器E，當第一CM儀表B、第二CM儀表C及第三CM儀表D中的任意一個超過其預設的范圍時，控制器101控制報警器E進行報警，操作人員可以對廢水處理系統(tǒng)的相關裝置進行檢查，找出解決方案。

中水池中安裝有第一浮球液位器201，中間水箱中安裝有第二浮球液位器202，第一浮球液位器201及第二浮球液位器202都與控制器101相連。袋式過濾器4、砂濾器5、炭濾器6、精密過濾器7、UF過濾器8、一級RO膜組及二級RO膜組上安裝有壓力表203，當超出或低于所需的正常水壓時，可通過相應的泵的旁通閥門調節(jié)，以達到正常的水壓[3]。

在本系統(tǒng)中，第一泵、第二泵、第三泵、第四泵、第五泵及第六泵中的一個或多個為高壓泵，這樣能夠提高廢水處理系統(tǒng)的效率，管道為能承受16 kg的加厚管道，第一模擬開關、第二模擬開關、第三模擬開關、第四模擬開關、第五模擬開關及第六模擬開關中的一個或多個為壓差開關。當泵兩端的壓差超過預設范圍時，關閉對應的泵，以防止因水壓過大而打爆水管的情況發(fā)生；當壓差小于預設范圍時，再將對應的泵開啟，實現了自動檢測、自動控制。安裝了壓差開關后，液位信號和壓差信號協同控制對應泵的運行，即使液位信號達到了設備運行的條件，壓差沒有在預設的壓力范圍內，設備依然不能運行，即在高壓力的情況下關閉對應的泵。

1. 3 廢水處理系統(tǒng)優(yōu)化

圖1的廢水處理系統(tǒng)只有在加藥裝置的反應器中安裝有pH探頭，在調節(jié)反應器21中的pH時，可能會出現一次性酸堿加多的情況，造成中間水箱10和回用水箱11中的pH不符合回用要求，故對此系統(tǒng)作進一步優(yōu)化。如圖3所示，在中間水箱10和回用水箱11中安裝第二pH探頭F′和第三pH探頭G′，對應的第二pH儀表F及第三pH儀表G都與控制器101相連，這樣可以控制酸堿的回調，pH過低時控制加藥裝置加堿，pH過高時控制加藥裝置加酸，從而有效避免了一次性酸堿加多時無法回調的問題。

圖3 廢水處理系統(tǒng)優(yōu)化后的結構Figure 3 Structure of the wastewater treatment system after optimization

2 廢水處理系統(tǒng)運行流程

自動化廢水處理工藝是基于上述的自動化廢水處理系統(tǒng)來實現的，如圖4所示，其包括以下流程。

S91：控制器控制廢水處理系統(tǒng)的泵的開閉。

S92：在中水池中安裝第一浮球液位器，當中水池的液位達到預設低液位，自動關閉中水池后端管道上的泵；當中水池的液位達到預設高液位時，自動開啟中水池后端管道上的泵。

S93：在中間水箱中安裝第二浮球液位器，當中間水箱的液位達到預設高液位時，自動關閉中間水箱前端管道上的泵；當中間水箱的液位達到預設低液位時，自動開啟中間水箱前端管道上的泵。

S94：在中水池和中間水箱中分別安裝pH探頭，用于控制酸堿的回調。

S101：在廢水處理系統(tǒng)的一個或多個泵上安裝壓差開關，當壓差高于預設范圍時，關閉對應的泵；當壓差低于預設范圍時，開啟對應的泵。

上述流程不分先后，同時進行，協同自動控制廢水處理系統(tǒng)，省時省力，提高了廢水處理的效率[4-5]。

圖4 廢水處理系統(tǒng)運行流程Figure 4 Operation process of the wastewater treatment system

3 系統(tǒng)特點

廢水處理系統(tǒng)的總體結構如圖 5所示。安裝設備時，需注意管路既不能漏水，也要連接美觀等細節(jié)。相較于現有技術，本系統(tǒng)具有以下特點：

(1) RO裝置(如圖6所示)包括一級RO膜組、二級RO膜組，對廢水中的陽離子和陰離子的去除效果更好、更徹底。一級RO裝置和二級RO膜組之間包括水箱和第七泵，第七泵通過第七模擬開關與控制器101相連。RO裝置還包括清洗裝置，它位于二級RO膜組之后。

(2) 中水池的材質為鋼板，廢水中一般含有腐蝕性很強的物質，采用鋼板比較耐腐蝕，使廢水處理系統(tǒng)比較持久耐用。中水池的內表面設置了環(huán)氧樹脂防腐層。

(3) 控制器通過連接模擬開關來控制泵的開閉，并通過安裝浮球液位器，自動控制對應泵的開閉，實現了廢水處理系統(tǒng)的自動化，省時省力，提高了廢水處理的效率。

(4) 通過在泵上安裝壓差開關，根據泵兩端的壓差控制泵的開閉，防止水壓過大所引起的水管爆裂。

(5) 通過在中水池和中間水箱中安裝pH探頭，控制酸堿的回調，有效解決了一次性酸堿加多的問題。

圖5 廢水處理系統(tǒng)的總體結構Figure 5 Overall structure of the wastewater treatment system

圖6 反滲透裝置Figure 6 Reverse osmosis device

4 系統(tǒng)調試中的故障分析

廢水處理系統(tǒng)的調試主要分為兩部分，一是自動化控制方面的電箱部分，二是管路的水壓、水質部分。然而實際與理論是不可能完全吻合的。盡管從理論上看，設計上能達標，但是實際調試中往往會因為一些因素使得整個系統(tǒng)運行不了或者水質不能達標[6]，根據相關技術資料與現場調試經驗，對常見故障和維修對策進行分析，如表1所示。

表1 調試過程中常見故障分析Table 1 Analysis of common faults in debugging

5 運行效果與經濟效益

自動化電鍍廢水處理系統(tǒng)經過調試后，運行穩(wěn)定，操作管理簡單，可根據CM儀表來測量水質是否達標。原水含鎳≤8 mg/L，pH為3 ～ 4，處理后出水的鎳含量穩(wěn)定在0.5 mg/L以下，pH穩(wěn)定在7 ～ 8，鎳去除率較高，達到電鍍污染物排放標準以及客戶回用需求。

車間日常產生廢水量為16 m3/d，設備處理速率為2 m3/h，所以每天只需工作8 h。本設計除了在加藥箱沒有藥劑的情況下需采用人工加藥以外，其他情況下都是自動化控制，只要把控制電箱面板上的旋鈕開關打到自動即可，操作人員只需要將面板上的儀表數值記錄下來，所以可由其他工作人員兼職，省去了人工費。通過運行成本計算，電費為1.5元/m3，藥劑費為0.72元/m3，合計處理費用為2.22元/m3，具有一定的經濟效益。

6 結語

本自動化電鍍廢水處理系統(tǒng)投入使用后運行良好，可靠性高，實現了廢水處理系統(tǒng)的自動化控制，省時省力，提高了廢水處理的效率，而且成本較低，鎳去除率高，可給其他電鍍企業(yè)或者相似水質的工業(yè)廢水的處理、循環(huán)經濟、清潔生產提供一定的參考。

[1]祁高月, 莊海超, 李勇, 等. 南方某電子公司R-CHIP電鍍廢水處理及回用工程[J]. 水處理技術, 2015, 41 (3)： 131-134.

[2]林華, 黃明, 許立巍, 等. 含氰含鉻電鍍廢水的分類處理工程實例[J]. 工業(yè)水處理, 2009, 29 (10)： 63-65.

[3]梁森, 王侃夫, 黃杭美. 自動檢測與轉換技術[M]. 3版. 北京： 機械工業(yè)出版社, 2013： 89-92.

[4]郭崇武, 李健強. 電鍍廢水處理技術與實踐[J]. 電鍍與環(huán)保, 2012, 32 (4)： 49-53.

[5]楊偉志. 自動化電鍍廢水綜合處理與回用工程設計[J]. 環(huán)境工程, 2013, 31 (1)： 15-18.

[6]王剛, 張路路, 尹倩婷, 等. 廣東省電鍍廢水處理技術現狀與達標分析[J]. 電鍍與涂飾, 2014, 33 (20)： 891-895.

[ 編輯：溫靖邦 ]

Design of automatic electroplating wastewater treatment system

WANG Xi-chu*, FAN Hong

An automatic system for treating the nickel-containing wastewater discharged from electroplating of automobile parts was designed. The structure of the system was developed after optimization. The implementation of the system was analyzed. The operation flow and characteristics of the wastewater treatment system were described. The faults during system debugging were analyzed and solved. The system runs well after being used and has high economic efficiency.

electroplating; wastewater; treatment; design; operation flow; debugging; fault

X703.3; X781.1

A

1004 - 227X (2015) 17 - 0991 - 05

2015-05-15

2015-07-01

國家自然科學基金（51307104）。

王熙雛（1978-），女，安徽肥東人，碩士，講師，主要研究方向為控制理論與控制工程。

作者聯系方式：(E-mail) 80413313@qq.com。