焊條廢乳化液治理的工藝研究及設(shè)計

段云霞 ，石 巖 ，喬 楠

（1.天津市環(huán)境保護科學(xué)研究院，天津300191；2.天津市農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境研究所，天津300381；3.天津天一愛拓科技有限公司，天津300384）

乳化液作為潤滑劑、防銹劑、冷卻液被普遍用于機器零配件的切削、機械加工、金屬壓延等行業(yè)。乳化液在多次循環(huán)使用后，會發(fā)生不同程度的變質(zhì)，導(dǎo)致其性能下降，形成乳化廢液。乳化廢液具有化學(xué)成分復(fù)雜、污染物濃度高、處理難度大等特點〔1〕，目前常用的處理方法有物理法〔2-3〕、化學(xué)法〔4-5〕、生物法以及多種方法的聯(lián)用技術(shù)〔6-7〕。各種處理方法都有其各自的特點和適用條件，在實際應(yīng)用時，應(yīng)根據(jù)所處理體系的特點選擇合適的方法。

天津某焊條廠是國際大型焊材企業(yè)，生產(chǎn)經(jīng)營七大類電焊條和各類焊材共200多個品種。焊材廣泛應(yīng)用于船舶、壓力容器、橋梁、化工、冶金等各類機械制造領(lǐng)域。但在焊材產(chǎn)品的生產(chǎn)過程中會產(chǎn)生大量的乳化廢液。目前，該企業(yè)對乳化廢液的處理主要是將廢液用清水稀釋4倍后，通過投加大量的破乳劑進行破乳，然后經(jīng)砂濾和炭濾處理達標(biāo)排放。盡管化學(xué)破乳法設(shè)備投資較小、工藝簡單，但是，破乳劑投加成本較高，且產(chǎn)生的油污污泥較多，形成二次污染。而大量的危廢污泥處理成本較高，使得企業(yè)負擔(dān)增加?；谏幚矸軌驕p少二次污染、降低污泥產(chǎn)生量、減少運行成本的特點，企業(yè)將乳化廢液、生活廢水和含鹽較高的油壓廢水絮凝沉淀出水進行混合，通過生物強化+水解酸化+接觸氧化+MBR+炭濾+消毒組合工藝對混合廢水進行處理。運行結(jié)果表明，處理出水穩(wěn)定達到《城市污水再生利用景觀環(huán)境用水水質(zhì)》（GB/T 18921—2002）的標(biāo)準(zhǔn)，出水部分回用到生產(chǎn)工藝中，其余回用于廠區(qū)景觀水體。本工藝的特點是將投加大量藥劑的化學(xué)破乳改為生物強化破乳，減少了二次污染，降低了運行成本。

1 廢水來源及排放標(biāo)準(zhǔn)

天津某焊條廠廢水主要來自焊材制作過程中產(chǎn)生的含鹽較高的油壓廢水、乳化廢液以及廠區(qū)生活廢水，廢水水質(zhì)見表1。

表1 廢水水質(zhì)

處理出水水質(zhì)需達到《城市污水再生利用景觀環(huán)境用水水質(zhì)》（GB/T18921—2002）的標(biāo)準(zhǔn)，如表2所示。

表2 設(shè)計出水水質(zhì) mg/L

2 工藝流程設(shè)計

該企業(yè)在生產(chǎn)中除了產(chǎn)生大量乳化廢液外，還產(chǎn)生含大量無機鹽的油壓廢水。而且，該油壓廢水在生產(chǎn)工藝中也是反復(fù)使用，導(dǎo)致廢水鹽濃度較高，因此需對其進行絮凝沉淀預(yù)處理，以去除廢水中大量的硅酸鹽和部分COD。經(jīng)預(yù)處理的油壓廢水與生活廢水及乳化廢液混合形成綜合廢水。

綜合廢水通過投加微生物菌制劑進行生物強化處理。首先向水解酸化池中投加乳化菌制劑，對其中難溶于水的廢乳化液進行微生物乳化處理，同時將溶于水中的難生物降解有機物轉(zhuǎn)變?yōu)橐咨锝到獾挠袡C物，提高廢水的可生化性。水解酸化池出水進入接觸氧化+MBR池進行好氧處理。向接觸氧化池中投加石油降解菌制劑，由于接觸氧化池內(nèi)填料和MBR膜的存在，能夠有效截留高效微生物，使廢水中生物量加大，可加快對有機污染物的降解。MBR出水通過炭濾池吸附過濾后進入清水池，經(jīng)過次氯酸鈉消毒后，部分廢水回用于生產(chǎn)工藝，其余廢水用于綠化和廠區(qū)景觀水體。

生物強化+水解酸化+接觸氧化+MBR+炭濾+消毒組合工藝采用一體化處理系統(tǒng)，一體化設(shè)備整體尺寸長×寬×高為17 m×2.5 m×4.5 m，有效高度4 m。工藝流程見圖1。

3 主要構(gòu)筑物及設(shè)備

3.1 預(yù)處理混凝反應(yīng)單元

圖1 廢水處理工藝流程

由于油壓廢水經(jīng)過多次重復(fù)使用后，鹽濃度較高，需對油壓廢水進行預(yù)處理。油壓廢水首先進入調(diào)節(jié)池1，向其中加入4倍的水進行稀釋，稀釋后水量為16 t/d。預(yù)處理時間設(shè)置為8 h/d，按照2 m3/h進行預(yù)處理。調(diào)節(jié)池1有效容積20m3?；炷恋矸磻?yīng)池為矩形池，碳鋼內(nèi)襯玻璃鋼防腐，長×寬×高為1.2 m×1 m×4.5 m。PAC投加量為100 mg/L，PAM投加量為5 mg/L，反應(yīng)時間15～20 min，攪拌速度控制在 30 r/min左右（完全反應(yīng)又不破壞絮體），沉淀池停留時間為2 h。預(yù)處理后的油壓廢水部分回流到調(diào)節(jié)池1進行下一輪稀釋，其余排入調(diào)節(jié)池2。設(shè)加藥裝置4套，包括酸堿加藥裝置各1套，PAC加藥裝置1套，PAM加藥裝置1套。

3.2 調(diào)節(jié)池2

調(diào)節(jié)池2為矩形池，碳鋼內(nèi)襯玻璃鋼防腐，有效容積40 m3，停留時間1 d。水力流動為推流式，有利于廢水混合均勻。設(shè)置提升泵2臺，1用1備，Q=5 m3/h，H=7 m，N=0.37 kW；并設(shè)有液位浮球自動控制泵的啟停。

3.3 生物強化反應(yīng)罐

生物強化反應(yīng)罐〔8-9〕罐體尺寸為D2 m×4.0 m〔9〕，碳鋼內(nèi)襯玻璃鋼防腐。反應(yīng)罐中有攪拌和曝氣裝置，反應(yīng)罐外圍有保溫層，內(nèi)部有加熱裝置，罐體溫度控制在30℃左右。將調(diào)節(jié)池2中部分出水打入罐體，投加14 kg乳化菌菌制劑于生物強化反應(yīng)罐中進行活化，培養(yǎng)24 h，使菌制劑恢復(fù)微生物活性，再將恢復(fù)活性的微生物隨著廢水由水泵打入水解酸化池。同理，投加14 kg降解菌菌制劑于生物強化反應(yīng)罐中進行活化，培養(yǎng)24 h，使菌制劑恢復(fù)微生物活性，再將恢復(fù)活性的微生物隨著廢水由水泵打入接觸氧化池中。

向水解酸化池和接觸氧化池中投加乳化菌和降解菌頻次為1 a投加1次，為其提供微生物強化作用。投加的乳化菌和降解菌的劑量為14 kg（1 t廢水1 d投加0.5 kg菌制劑計算獲得）〔7-8〕。設(shè)置潛污泵2臺，1用 1備，Q=5 m3/h，H=7 m，N=0.37 kW。

3.4 水解酸化池

水解酸化池為矩形池，1座，碳鋼內(nèi)襯玻璃鋼防腐，有效容積15 m3，停留時間10 h。池體內(nèi)部設(shè)有填料，在填料上附著微生物降解菌，以增加池內(nèi)微生物濃度，利于廢水中有機物的降解。池體底部設(shè)有穿孔曝氣管，氣水比設(shè)置為8∶1。

3.5 接觸氧化+MBR池

接觸氧化+MBR池為矩形池，1座，碳鋼內(nèi)襯玻璃鋼防腐，有效容積40 m3，停留時間32 h。池體底部設(shè)有曝氣盤24套，氣水比15∶1。池體一端放置25 m3聚氨酯填料，另一端放置MBR膜。膜材質(zhì)為PVDF，1 組含 8 片膜，每片膜 15 m2，膜通量 15 L/（m2·h）。設(shè)置膜自吸泵 2 臺，1 用 1 備，Q=5 m3/h，H=7 m，N=0.37 kW；并設(shè)有液位浮球自動控制泵的啟停。

3.6 炭濾池

炭濾池為矩形池，1座，碳鋼內(nèi)襯玻璃鋼防腐，尺寸長×寬×高為 1 m×2.5 m×4.5 m，有效容積 10 m3。炭層厚度1.8 m，接觸時間30 min，支撐高度0.5 m，炭層上水深1.7 m，保護高度0.5 m，有效高度4.2 m。該池為底部進水，上部出水，上部設(shè)有出水堰板，底部帶有反沖洗系統(tǒng)，反沖洗流量為進水流量的4～5倍。中間設(shè)有活性炭填料，為椰殼活性炭，柱狀，直徑4 mm，高1 cm，并有支撐。設(shè)置反沖洗泵2臺，1用1備，Q=10 m3/h，H=10 m，N=1.5 kW。

3.7 清水池

清水池為矩形池，1座，碳鋼內(nèi)襯玻璃鋼防腐，有效容積30 m3，停留時間24 h。采用次氯酸鈉進行消毒處理。設(shè)置提升泵2臺，1用1備，Q=5 m3/h，H=7 m，N=0.37 kW；并設(shè)有液位浮球自動控制泵的啟停。

3.8 污泥儲池

污泥儲池為矩形池，1座，碳鋼內(nèi)襯玻璃鋼防腐，有效池容15 m3。污泥由污泥泵抽出后進入污泥儲池，濃縮污泥經(jīng)過污泥罐加藥脫水后，再經(jīng)隔膜泵壓濾機脫水為泥餅外運。

3.9 其他

綜合設(shè)備間內(nèi)有加藥系統(tǒng)6套，污泥罐1套，氣動隔膜泵2臺（1用1備），板框壓濾機1套，就地電控1套。配電控制室內(nèi)設(shè)有電控柜1套。風(fēng)機房內(nèi)有羅茨風(fēng)機 3 臺，2 用 1 備，Q=1.05 m3/min，P=53.9 kPa，N=2.2 kW。

4 系統(tǒng)運行情況

本污水處理設(shè)施正式運行后，系統(tǒng)出水水質(zhì)穩(wěn)定達到排放標(biāo)準(zhǔn)。

4.1 預(yù)處理工藝

廢水預(yù)處理可以進行間歇處理。廢水經(jīng)過預(yù)處理后，鹽度大幅度降低，同時COD和氨氮也有所降低。預(yù)處理后油壓廢水及其進入廢水綜合調(diào)節(jié)池后形成的綜合廢水的水質(zhì)見表3。

表3 預(yù)處理單元效果及綜合廢水水質(zhì)

4.2 廢水處理工藝

各處理單元的處理效果見表4。

表4 各處理單元的處理效果 mg/L

由表4可知，水解酸化、接觸氧化、MBR單元的COD降解率分別達到34.3%、94.9%和43.5%。由于炭濾池系統(tǒng)對有機物、SS等均具有非常理想的去除效果，MBR出水經(jīng)炭濾池處理后，出水COD穩(wěn)定在40 mg/L以下，最終處理出水水質(zhì)達到《城市污水再生利用景觀環(huán)境用水水質(zhì)》（GB/T18921—2002）的標(biāo)準(zhǔn)。

4.3 經(jīng)濟分析

工藝改造前后的處理費用見表5。

表5 工藝改造前后處理費用

由表5可知，不計設(shè)備折舊費、人工費和污泥處理費，改造后整個工藝運行費用比改造前每天節(jié)約3 837.9元。對改造后工藝的處理出水進行回用，一者可以降低生產(chǎn)使用水的成本，二者可以節(jié)約水資源，使資源得到循環(huán)利用，減少了環(huán)境污染，提高了社會和經(jīng)濟效益。