機械加工生產(chǎn)廢水處理零排放工程實例

劉 興

(栗田工業(yè)(蘇州)水處理有限公司，江蘇 蘇州 215122)

機加工行業(yè)是我國經(jīng)濟的重要支柱產(chǎn)業(yè)之一，涉及酸洗、切削加工、金屬磷化、電泳等行業(yè)。隨著我國機械加工企業(yè)的迅速發(fā)展，機械加工廢水的排放量也與日俱增，機加工廢水中含有酸、堿、鹽、礦物油、各類乳化劑、防腐劑等多類污染物，具有很強的污染程度和毒性危害。也導(dǎo)致該類廢水具有易乳化、生化性差、成分復(fù)雜、難降解等特點，是目前國內(nèi)外廢水處理的難點和熱點之一[1-2]。

我國淡水資源較缺乏，國家對排污的控制也越來越嚴格，尤其是發(fā)達地區(qū)。2008 年1月1日實施的江蘇省地方標準《太湖地區(qū)城鎮(zhèn)污水處理廠及重點工業(yè)行業(yè)主要水污染物排放限值》(DB32 1072-2007)中表3太湖地區(qū)重點工業(yè)行業(yè)主要水污染物排放限值要求排污單位最后出水氨氮小于5 mg/L，總氮小于15 mg/L。

在我國經(jīng)濟發(fā)達地區(qū)如太湖流域地區(qū)對新建項目更是要求實行含氮磷廢水零排放要求[3]。

蘇州某機加工有限公司為專業(yè)設(shè)計制造汽車空調(diào)壓縮機的企業(yè)，主要包括機件脫脂廢水、酸洗磷化廢以及清洗廢水等。生產(chǎn)廢水具有種類繁多、成分復(fù)雜、排放無規(guī)律、水質(zhì)水量波動大的特點。本著盡量減少工程投資、減少占地面積、降低處理難度和運行成本的原則，經(jīng)過多方調(diào)研論證[4-5]，最后確定采用預(yù)處理+氣浮+AO+MBR+MVR的零排放處理工藝。文中系統(tǒng)闡述了該工藝對機加工廢水的處理效果，并介紹了各主要構(gòu)筑物的設(shè)計參數(shù)和工程經(jīng)濟指標等情況。

1 廢水水質(zhì)與水量

該廢水水質(zhì)特點為：水質(zhì)波動較大，含油濃度高，可生化性較差，含有大量磷酸鹽和表面活性劑等。要求處理后的廢水進行回用，主要用于沖廁、綠化及清洗地面。設(shè)計出水水質(zhì)達到國家《城市污水再生利用城市雜用水水質(zhì)》(GB/T 18920-2002)標準，同時滿足零排放要求。設(shè)計進、出水水質(zhì)指標見表1。

表1 設(shè)計進出水水質(zhì)

2 工藝流程

由于廢水為弱酸性廢水，且其中含有大量石油類以及高濃度的COD和TP，可生化性差，所以采用隔油+混凝沉淀+二級氣浮+A/O生化+MBR+MVR法對該廢水進行處理。

企業(yè)生產(chǎn)廢水量約為8 m3/d，預(yù)處理系統(tǒng)設(shè)計流量0.8 m3/h，每天運行10 h；生化系統(tǒng)設(shè)計流量0.5 m3/h，每天24h循環(huán)連續(xù)運行。

工藝流程如圖1所示。

圖1 廢水工藝流程

由圖1可見，車間廢水首先進入隔油池，該單元設(shè)有帶式除油機，去除廢水表面的浮油后廢水進入調(diào)節(jié)池進行水質(zhì)水量調(diào)節(jié)。調(diào)節(jié)池內(nèi)廢水由提升泵提升，進入pH調(diào)整槽，向其中投加NaOH將廢水pH值調(diào)節(jié)至強10～11，同時向廢水內(nèi)投加CaCl2，實質(zhì)同廢水內(nèi)的磷發(fā)生反應(yīng)，形成磷酸鈣顆粒物，繼而進入混凝絮凝槽，通過投加適量的絮凝劑PAC、助凝劑PAM藥劑，使微小固體顆粒形成大粒徑絮體后進入沉淀池泥水分離。底部污泥排入污泥濃縮池，上清液自流進入一級氣浮池。通過投加適量的PAC、PAM 與廢水發(fā)生反應(yīng)后，使水中的乳化油及部分可絮凝污染物形成較大顆粒絮狀物， 同時由于氣浮設(shè)備產(chǎn)生微小氣泡吸附于絮狀物表面，使水內(nèi)絮狀物浮出水面，由刮渣板收集排出。清液自流進入中間水池1繼而進入二級氣浮進一步除油除濁處理。

經(jīng)過二級氣浮后的廢水，向其中投加H2SO4，調(diào)節(jié)廢水pH值至7～8后，打入AO生化池，利用微生物作用，降解廢水內(nèi)的有機物及氨氮，繼而利用MBR膜過濾，濾除廢水內(nèi)污泥、細菌等物質(zhì)，達到泥水分離效果。膜池內(nèi)污泥定期排放至污泥濃縮池。

由于企業(yè)廢水量較小，為了深度凈化及降低廢水電導(dǎo)率，MBR出水直接采用MVR蒸發(fā)器。MVR設(shè)備，引入蒸汽壓縮機或壓縮風(fēng)機，通過回收利用二次蒸汽給廢水加熱，以達到蒸發(fā)的效果。MVR設(shè)備同其它蒸發(fā)器相比，具有節(jié)能環(huán)保、自動化程度高，運行穩(wěn)定的特點[7-8]。MVR出水排入回用水槽再由回用水泵打入用水點回用，產(chǎn)生濃縮液委外處理。

沉淀池污泥、氣浮浮渣、生化系統(tǒng)產(chǎn)生的剩余污泥混合進入污泥濃縮池進行濃縮后，經(jīng)過疊螺脫水機進行脫水后委外處理。

3 主要設(shè)施設(shè)計參數(shù)

(1)隔油池：1座，地下RC結(jié)構(gòu)，設(shè)計尺寸：2000 mm×1000 mm×2500 mm，有效水深2.0 m。池內(nèi)設(shè)有格柵板及隔板，以達到濾除大顆粒物質(zhì)及隔油的目的。配套設(shè)備：帶式除油機1臺，除油量250 L/h。撇除的浮油收集后委外處理。

(2)調(diào)節(jié)池：1座，地下RC結(jié)構(gòu)，設(shè)計尺寸：3000 mm×4000 mm×3000 mm，有效容積：30 m3。配套設(shè)備：1)提升泵2 臺，1 用1備，流量1 m3/h，揚程7 m，功率0.37 kW；2)浮球液位計1套，通過液位控制提升泵，高位啟動，低位停止，超高位報警。

(3)pH調(diào)整槽：1座，碳鋼+環(huán)氧防腐結(jié)構(gòu)，設(shè)計尺寸：500 mm×500 mm×1700 mm，有效容積0.275 m3，HRT為20 min。配套設(shè)備：1)反應(yīng)攪拌機1臺，轉(zhuǎn)速100 r/min，功率0.37kW；2)pH計：1套，檢測范圍：0～14；3)NaOH加藥系統(tǒng)1套。

(4)除磷反應(yīng)槽：2座，碳鋼+環(huán)氧防腐結(jié)構(gòu)，設(shè)計尺寸：500 mm×500 mm×1700 mm，有效容積0.275 m3，HRT為20 min。配套設(shè)備：1)反應(yīng)攪拌機2臺，轉(zhuǎn)速100 r/min，功率0.37 kW；2)CaCl2加藥系統(tǒng)一套。

(5)混凝沉淀槽：碳鋼+環(huán)氧防腐結(jié)構(gòu)，設(shè)計尺寸：1)混凝槽1座，設(shè)計尺寸：500 mm×500 mm×1700 mm，有效容積0.275 m3，HRT為20 min；2)絮凝槽1座，設(shè)計尺寸：500 mm×500 mm×1700 mm，有效容積0.275 m3，HRT為20 min； 3)斜管沉淀池1座，設(shè)計尺寸：1500 mm×2700 mm×2500 mm，表面負荷：0.27 m3/(m2·h)。配套設(shè)備：1)混凝攪拌機1臺，轉(zhuǎn)速100 r/min，功率0.37 kW；2)PAC加藥系統(tǒng)一套；3)絮凝攪拌機1臺，轉(zhuǎn)速40 r/min，功率0.37 kW；4)PAM加藥系統(tǒng)一套；5)斜管填料：φ50型，數(shù)量：4 m2。

(6)一級氣?。? 套，碳鋼+環(huán)氧防腐結(jié)構(gòu)，處理量1 m3/h。(包括氣浮機本體，刮渣機，循環(huán)泵、混凝絮凝槽、配套加藥系統(tǒng)等)。

(7)中間水池1∶1座，地下RC結(jié)構(gòu)，設(shè)計尺寸：3000 mm×2000 mm×3000 mm，有效容積：15 m3。配套設(shè)備：1)提升泵2 臺(1 用1備)，流量1 m3/h，揚程7 m，功率0.37 kW；2)浮球液位計1套，通過液位控制提升泵，高位啟動，低位停止，超高位報警。

(8)二級氣浮：1 套，碳鋼+環(huán)氧防腐結(jié)構(gòu)，處理量1 m3/h。(包括氣浮機本體，刮渣機，循環(huán)泵、混凝絮凝槽、pH回調(diào)槽、pH計、配套加藥系統(tǒng)等)。

(9)A/O生化池：1座，碳鋼+環(huán)氧防腐結(jié)構(gòu)，設(shè)計尺寸：A池：設(shè)計尺寸：1500 mm×1500 mm×3000 mm，有效容積5.6 m3，HRT為11 h；配套設(shè)備：潛水?dāng)嚢铏C1套；O池，設(shè)計尺寸：4000 mm×1500 mm×3000 mm，有效容積：15 m3，HRT為30 h，配套設(shè)備：1)微孔曝氣系統(tǒng)：1套；2)鼓風(fēng)機：2臺(1用1備)，風(fēng)量0.9 m3/min，風(fēng)壓29.4 KPa，功率；1.1 kW；3)污泥回流泵：2臺(1用1備)，流量10 m3/h，揚程10 m，功率0.75 kW；4)MBR膜，數(shù)量50 m2×2，材質(zhì)PVDF，膜通量10L/ m2；5)抽吸泵：2臺(1用1備)，流量：1 m3/h，揚程10 m，功率0.37 kW。

(10)清水池：1座，碳鋼+環(huán)氧防腐結(jié)構(gòu)，設(shè)計尺寸：4000 mm×1500 mm×3000 mm，有效容積：15 m3，HRT為30 h。配套設(shè)備：1)MVR進水泵：2臺(1用1備)，流量1 m3/h，揚程10 m，功率0.37 kW；2)浮球液位計1套，通過液位控制提升泵，高位啟動，低位停止，超高位報警。

(11)污泥池：1座，地下RC結(jié)構(gòu)，設(shè)計尺寸：2000 mm×3000 mm×3000 mm，有效容積15 m3。配套設(shè)備：1)污泥氣動泵：2臺(1用1倍)，流量132 L/min；2)浮球液位計1套，通過液位控制污泥泵電磁閥，高位啟動，低位停止；3)疊螺污泥脫水機：1套，型號DL201，材質(zhì)SUS304，處理量15～20 kg/h，功率0.55 kW，配套陽離子加藥系統(tǒng)1套。

(12)MVR蒸發(fā)器：1套，處理量0.5 m3/h，材質(zhì)SUS316，蒸汽壓縮機形式：羅茨式蒸汽壓縮機，運行功率：68.55 kW。配套設(shè)備：1)主體設(shè)備：1套，含濃縮器、主換熱器、氣液分離罐、母液罐、冷凝液罐、真空汽水分離器、晶漿罐等；2)預(yù)熱及冷卻設(shè)備，1套，含冷凝液預(yù)熱器、蒸汽預(yù)熱器、不凝氣預(yù)熱器、冷凝器、蒸汽發(fā)生器等；3)泵及壓縮機設(shè)備，1套，含循環(huán)泵、出料泵、母液泵、排污泵、冷凝液泵、壓縮機等。

4 控制要點與調(diào)試

4.1 控制要點

機械加工廢水的有機物濃度較高，且含有礦物油、懸浮物和氮磷等污染物。通過混凝沉淀和氣浮處理可大大降低廢水COD、TP、礦物油及SS等污染物，因此物化預(yù)處理的效果會對后續(xù)生化及MVR系統(tǒng)造成很大的影響。對于物化預(yù)處理主要是pH及加藥量的控制。預(yù)處理后的廢水進入生物系統(tǒng)可將COD 降低到150 mg/L 左右，繼而廢水進入蒸發(fā)器蒸發(fā)處理，出水可穩(wěn)定達標回用。

4.2 生化系統(tǒng)

采用接種馴化的方式培養(yǎng)活性污泥，能大大縮短培菌時間，有利于整個生化系統(tǒng)的快速啟動[9]。系統(tǒng)接種污泥來自某市工業(yè)區(qū)污水處理廠消化池內(nèi)污泥，接種污泥含水率98%左右，接種污泥量10 t。投加污泥后，悶曝2 ～4 d，使得污泥恢復(fù)活性開始進廢水。起初控制進水COD 500 mg/L；開啟好氧池(O池)曝氣系統(tǒng)，控制O池DO在2～4 mg/L，逐步提高進水流量和進水濃度，其間，為了提高廢水的生化性，利于污泥生長，在生化池中投加適量葡萄糖營養(yǎng)劑。同時，根據(jù)水質(zhì)水量情況調(diào)節(jié)污泥回流量，并定期排放剩余污泥。調(diào)試期約為30 d。

4.2 MVR系統(tǒng)

MVR主要有2個主要流程：(1)物料流程：原料液罐→進料泵→冷凝液預(yù)熱器→不凝氣預(yù)熱器→蒸汽預(yù)熱器→FC強制循環(huán)段→濃縮分離器；(2)二次蒸汽流程：二次蒸汽→蒸汽壓縮機→主換熱器→冷凝液罐→冷凝液預(yù)熱器?？刂七M水條件：SS：200 mg/L、COD：400 mg/L、石油類：24 mg/L、氯離子：300 mg/L、F離子：12 mg/L、鉛：1 mg/L、鎳：5 mg/L、電導(dǎo)率：6.00×10-6。運行時，控制系統(tǒng)內(nèi)在-0.08 MPa，壓縮后蒸汽壓力不低于105 kPa；壓縮蒸汽溫度與壓縮前蒸汽溫差不低于16 ℃，且壓縮蒸汽溫度不低于101 ℃。

運行中，由于廢水含COD較高，隨著蒸發(fā)進度進行，有機物富集，勢必影響蒸發(fā)系統(tǒng)，故需要定期排放濃縮液，定排的周期以不影響蒸發(fā)器的蒸發(fā)量而定。

5 運行效果

經(jīng)過調(diào)試運行后，滿負荷運行2 個月，連續(xù)監(jiān)測各項水質(zhì)指標平均值如表2 所示。

表2 系統(tǒng)各單元運行效果

由表2可見， 該工藝對于處理機械加工廢水效果良好、出水水質(zhì)穩(wěn)定，出水可以達到《城市污水再生利用城市雜用水水質(zhì)》(GB/T 18920-2002)。同時，由數(shù)據(jù)看出，要想系統(tǒng)穩(wěn)定運行，必須嚴格控制調(diào)節(jié)池內(nèi)廢水水質(zhì)，從而減少廢水水質(zhì)、水量等負荷對生化運行系統(tǒng)的沖擊。

6 經(jīng)濟分析

整個項目投資240萬元，主要耗能設(shè)備為MVR蒸發(fā)器，其動力消耗及運行成本預(yù)算見表3及表4，其余系統(tǒng)運行費用(包括電費、藥劑費)合計112元/d。綜上，整個系統(tǒng)運行費用(包括電費、藥劑費)合計1296.8元/d，折合噸水運行費用為162.1元/m3。水站每年回用中水：8 t/d×300 d=2400 t，節(jié)約自來水成本2400 t×6元=14400元。

表3 蒸發(fā)器動力消耗

表4 蒸發(fā)器小時運行成本預(yù)算

7 結(jié)論

(1)根據(jù)機加工廢水的特點及處理要求，選用隔油+混凝沉淀+二級氣浮+A/O生化+MBR+MVR的組合工藝，取得了良好的處理效果，系統(tǒng)運行穩(wěn)定，最終出水水質(zhì)優(yōu)于《城市污水再生利用城市雜用水水質(zhì)》(GB/T 18920-2002)標準，可以滿足廠區(qū)沖廁、綠化及清洗地面的水質(zhì)要求。

(2)運行實踐結(jié)果表明，該項目回用率為100%，既大量減少污染排放，又能節(jié)約水資源，可以取得良好的經(jīng)濟效益、社會效應(yīng)和環(huán)境效益，節(jié)能減排效果十分明顯。

(3)項目總投資240萬元，整個系統(tǒng)運行費用合計1296.8元/d，折合噸水運行費用為162.1元/m3。每年回用廢水2400 t，節(jié)約自來水成本2400 t×6元=14400元。