快滲和沉淀法處理酸洗磷化廢水及對(duì)污泥去化水平研究

邱小強(qiáng)

(中山金粵環(huán)保工程有限公司，廣東 中山 528400)

酸洗磷化能夠?qū)饘俦砻孢M(jìn)行處理，能夠起到除銹、防銹、提高附著力的作用，保證金屬壽命，為后續(xù)的生產(chǎn)做好準(zhǔn)備[1-2]。酸洗磷化污水由金屬涂裝過程中脫脂、磷化產(chǎn)生，廢水中主要含乳化油、脫脂劑、潤(rùn)滑油、表面活性劑、懸浮物、磷酸根以及酸、堿等有機(jī)或無機(jī)雜質(zhì)污染物，只有對(duì)污水處理達(dá)標(biāo)了才能更好地實(shí)現(xiàn)污泥去化的目標(biāo)[3]。

隨著環(huán)境保護(hù)要求的日益嚴(yán)格，部分地區(qū)對(duì)于酸洗磷化行業(yè)廢水的處理以及排放標(biāo)準(zhǔn)也越來越高，在某些水系發(fā)達(dá)的地方對(duì)于新建的排放氮磷污染物較高的工業(yè)項(xiàng)目，實(shí)行環(huán)保一票否決制[4]。因此對(duì)于酸洗磷化廢水的進(jìn)行有效的再回收處理，具有明顯的現(xiàn)實(shí)意義[5]。

針對(duì)酸洗磷化廢水，目前國(guó)內(nèi)常見的處理工藝主要有隔絕油脂+酸堿中和+氣體懸浮+傾斜沉淀，二次中和+二次沉淀+氣體懸浮+活性炭吸附等工藝；經(jīng)過上述工藝處理之后的污水，基本可以滿足《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》中的一級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)[5]。

但是這種品質(zhì)的污水如果直接排入環(huán)境之中，仍會(huì)對(duì)環(huán)境產(chǎn)生一定的影響。常規(guī)處理工藝后的廢水具有較高的含鹽量，氯離子的濃度最高可高達(dá)2 000 mg/L以上，電導(dǎo)率可以達(dá)到 4 000 μs/cm，這種品質(zhì)的水質(zhì)不論是直接排放還是直接回用于酸洗磷化工序，都會(huì)帶來不良影響。

本文探索采用化學(xué)沉淀與人工快滲相結(jié)合的工藝對(duì)酸洗磷化廢水進(jìn)行處理。人工快滲的操作是將污水通過具有滲濾效果的介質(zhì)，通過沖水與干燥交替進(jìn)行。通過一系列的物理、化學(xué)、生物作用去除懸浮物及其中的化學(xué)離子。人工快滲操作簡(jiǎn)單、成本低廉，效果優(yōu)良，維護(hù)方便[5]。

中山某鑄造公司對(duì)生產(chǎn)產(chǎn)生的廢水進(jìn)行沉淀以及快滲處理，經(jīng)過一系列操作后，水質(zhì)滿足國(guó)際制定的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，不會(huì)對(duì)人類生產(chǎn)生活、環(huán)保等方面產(chǎn)生負(fù)面影響。

1 處理水水質(zhì)

廢水的產(chǎn)生主要是由于將金屬表面的油脂類雜質(zhì)去除而產(chǎn)生。工體的工藝流程有半成品、脫脂、第一次水洗、酸洗、第二次水洗、酸堿中和、第三次水洗、表面調(diào)整、磷化、第四次水洗、熱水沖洗、空氣壓縮機(jī)干燥、浸塑過程。

1.1 廢水來源

從該企業(yè)的生產(chǎn)流程可以看出，整個(gè)過程中產(chǎn)生水污染的來源主要來源脫脂工藝、酸洗過程以及磷化過程中產(chǎn)生。

1.1.1 脫脂工藝

金屬表面所含有的油污是此工藝的主要成分，脫脂劑主要有堿性皂化除油劑(含有氫氧化鈉、碳酸鈉等堿性物質(zhì))；乳化除油劑(含有乳化劑等大分子表面活性劑)。此時(shí)產(chǎn)生的廢水中主要含有油脂、乳化劑等大分子物質(zhì)，含有大量的可溶性物質(zhì)，簡(jiǎn)單的進(jìn)行沉淀工藝根本滿足不了國(guó)家要求的各項(xiàng)污水處理標(biāo)準(zhǔn)[5]。

1.1.2 酸洗工藝

酸洗工藝主要是指利用酸堿等物質(zhì)對(duì)金屬表面進(jìn)行處。此工藝產(chǎn)生的廢水中有大量的酸堿、懸浮物繁多、金屬離子豐富、含有少量的有機(jī)物。

1.1.3 磷化工藝

根據(jù)工藝所用試劑以及反應(yīng)環(huán)境，此工藝的廢水中含有大量的重金屬離子、磷酸鹽成分，整體而言水質(zhì)成分組成較為單一，容易處理，可以通過大量添加堿性物質(zhì)進(jìn)行沉淀，經(jīng)過處理后就可以滿足排放標(biāo)準(zhǔn)。

1.2 水質(zhì)水量

設(shè)計(jì)廢水處理流量為每天五百方，根據(jù)污水的劃分原則，將污水進(jìn)行分類，按照國(guó)家所規(guī)定的環(huán)保要求，設(shè)計(jì)廢水排放標(biāo)準(zhǔn)中各種物質(zhì)的含量標(biāo)準(zhǔn)依據(jù)當(dāng)?shù)匾?guī)定標(biāo)準(zhǔn)而確定。不同水質(zhì)所含成分詳見表1。

表1 水質(zhì)分類表

表2 處理后污水指標(biāo)

2 處理方案及工藝

2.1 處理工藝流程

為了更好的達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)，需要著重的去除水質(zhì)其中的石油類有機(jī)物、磷酸鹽、以二價(jià)鐵形式存在的鐵離子以及COD，在利用好化學(xué)沉淀的基礎(chǔ)上輔以人工快滲的工藝進(jìn)行污水處理，其處置流程圖如圖1所示。

圖1 相關(guān)工藝示意圖

圖2 CRI池現(xiàn)場(chǎng)工作圖

2.2 工藝說明

廢水在進(jìn)入調(diào)節(jié)池之前首先經(jīng)過格柵、隔油進(jìn)行預(yù)處理，然后保證勻速緩慢的將污水泵入到反應(yīng)池之內(nèi)，將計(jì)算好數(shù)量的石灰乳投入其中，使得反應(yīng)池整體的pH在10.0～10.5左右，此時(shí)主要形成碳酸鈣以及氫氧化鋅等細(xì)小的沉淀物，達(dá)到降低廢水中的TP以及鋅濃度的效果[6]。在向其中加入絮凝劑PAM，利用其吸附、絮凝等作用將水質(zhì)中存在懸浮顆粒物以及部分膠體物質(zhì)沉淀，反應(yīng)槽處理結(jié)束后進(jìn)入斜管沉淀器，完成沉淀物與水體的分離[1]。沉淀物進(jìn)入污泥池，水體進(jìn)入砂濾池進(jìn)一步的處理。然后污水進(jìn)入CRI，通過一系列的操作將水中剩余雜質(zhì)無安全去除，對(duì)污泥進(jìn)行干燥。污泥至污泥干化池干化，在此過程中也完成了污泥去化，可以對(duì)污泥進(jìn)行下一步的資源利用化[7]。

2.3 工藝設(shè)計(jì)建筑物及相關(guān)參數(shù)

2.3.1 格柵/隔油/調(diào)節(jié)池

格柵尺寸長(zhǎng)寬高分別為1.2 m、0.8 m、1 cm，污水流經(jīng)格柵的速度為0.6 m/s，其材質(zhì)為不銹鋼材質(zhì)。

隔油池的尺寸長(zhǎng)寬高分別為1.0 m、1.0 m、3.0 m，HRT=30 min，結(jié)構(gòu)為鋼混結(jié)構(gòu)。

調(diào)節(jié)池的尺寸長(zhǎng)寬高分別為10 m、2.5 m、3.0 m，HRT=12.5 h，使用鋼混結(jié)構(gòu)[8]。

使用抗腐蝕泵1臺(tái)進(jìn)行泵送，1臺(tái)為了備用。水下推流機(jī)1臺(tái)進(jìn)行水體輸送，2套電纜式浮球液位控制器，用于水體液面控制。

2.3.2 反應(yīng)槽/斜管沉淀器

反應(yīng)槽設(shè)計(jì)長(zhǎng)寬高為φ1 200 mm×2 500 mm，HRT=15～30 min，有效容積為2.5 m3，結(jié)構(gòu)為防腐鋼。

斜管沉淀池的尺寸長(zhǎng)寬高為4.0 m×2.0 m×3.5 m，水力保持時(shí)間為5.5 h，使用防腐鋼進(jìn)行建設(shè)使用計(jì)量泵2套，進(jìn)行酸以及PAM的投放，保證液體流量能夠達(dá)到每小時(shí)80 L，另設(shè)計(jì)一套用于添加石灰乳的投放裝置1套；利用一臺(tái)功率超過1 kW的攪拌機(jī)在反應(yīng)過程中進(jìn)行攪拌；蜂窩狀斜管填料(φ50 mm)28 m3用于添加藥品；工業(yè)在線pH計(jì)1套進(jìn)行反應(yīng)過程中酸堿度的測(cè)試。

2.3.3 砂濾池/反沖洗水池

砂濾池設(shè)計(jì)長(zhǎng)寬高為1.5 m×1.1 m×1.8 m，使用鋼筋混凝土進(jìn)行建設(shè)，過濾流速為3.5 m/h，每秒每平方米能達(dá)到8 L的沖洗速度，過濾時(shí)間保證2 d；沖洗時(shí)間為10 min。使用液體向下沖的方式進(jìn)行過濾，在池子底部自下而上填充一定的礫石層、砂濾層、清水層。

反沖洗水池與砂濾池共同建設(shè)，建于砂濾池下方，使用鋼筋混泥土建設(shè)為尺寸1.4 m×1.2 m×2.0 m，利用2臺(tái)反沖洗泵進(jìn)行沖洗。

2.3.4 CRI

使用鋼筋混凝土建設(shè)尺寸長(zhǎng)寬高為20.0 m、6.0 m、2.0 m的設(shè)施，分成2格，運(yùn)行模式為干濕交替CRI采用干濕交替方式運(yùn)行，每個(gè)池子工作時(shí)長(zhǎng)12 h，主要工作流程有布水、排水、落干。工作池表層清水厚度為400 mm。中間濾層采用附近河流的浮砂(0.45～0.75 mm)作為滲透介質(zhì)。為了更好的達(dá)到出去水中磷元素的效果，使用工業(yè)石灰對(duì)水層進(jìn)行填充，最下層使用碎石層進(jìn)行填充，達(dá)到集水的作用。配備1臺(tái)集水系統(tǒng)，2臺(tái)潛水排污泵(1臺(tái)備用)。

尺寸長(zhǎng)寬高均為2 m，結(jié)構(gòu)為鋼筋混凝土。

3 運(yùn)行效果及相關(guān)費(fèi)用

3.1 運(yùn)行效果

經(jīng)過該系統(tǒng)處理以后的水質(zhì)，在權(quán)威機(jī)構(gòu)的檢驗(yàn)下發(fā)現(xiàn)，設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)正常，能夠滿足相關(guān)環(huán)保要求。

該工藝經(jīng)過常規(guī)化學(xué)沉淀后祛除了污水中大部分的磷酸鹽、重金屬離子、以及部分石油物質(zhì)，結(jié)合人工快滲工藝能夠?qū)ξ鬯M(jìn)行深度處理。污水水質(zhì)檢驗(yàn)結(jié)果表明將化學(xué)與人工沉淀工藝組合能夠?qū)ιa(chǎn)過程中產(chǎn)生的廢水中磷酸鹽、重金屬的去除率超過93%，對(duì)處理過的污水進(jìn)行重金屬濃度測(cè)試，結(jié)果表明濃度遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于國(guó)家所規(guī)定的污水排放標(biāo)準(zhǔn)，能夠極大的滿足污水處理要求與之前工藝相比，脫水污泥量減少了30%。

對(duì)該工程長(zhǎng)期運(yùn)行效果進(jìn)行評(píng)價(jià)，經(jīng)過統(tǒng)計(jì)計(jì)算進(jìn)入人工快滲處理池中磷元素的濃度為1.95 mg/L左右，從其中流出水的磷元素的濃度0.09 mg/L，濃度大大降低，說明工程中所用的填充工業(yè)石灰、天然河砂等CRI 過濾介質(zhì)，在物化及生物作用的強(qiáng)化作用下，能夠很好地去除水中的磷元素，不需要對(duì)其進(jìn)行活性炭吸附即可驅(qū)除。對(duì)整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行溫度敏感性進(jìn)行測(cè)試，發(fā)現(xiàn)其溫度敏感性較低，即使在冬季最低氣溫下運(yùn)行，對(duì)各類物質(zhì)的去除效果未受到明顯影響，其中COD下降4% 左右，TP沒有實(shí)質(zhì)性影響，運(yùn)行過程中滲透速率也比較穩(wěn)定。

3.2 運(yùn)行費(fèi)用

經(jīng)過專家評(píng)估分析研究，綜合考慮電費(fèi)、試劑費(fèi)以及人工費(fèi)得費(fèi)用成本，處理一噸污泥的費(fèi)用約為4元。沉淀污泥產(chǎn)生量為400 kg/d(含水率為20%)，雖然從運(yùn)行成本計(jì)算可以看出比單純的石灰處理工藝要高，但是卻大大的減少了污泥處理費(fèi)用，經(jīng)過評(píng)估每年大約能夠節(jié)省大約20萬左右的費(fèi)用。

4 結(jié) 論

本文所涉及工藝以化學(xué)沉淀為基礎(chǔ)去除污水中各種物質(zhì)，同時(shí)利用人工快滲技術(shù)組合的工藝處理金屬件半成品工段產(chǎn)生的酸洗磷化廢水，經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間的運(yùn)行以及監(jiān)測(cè)，可以達(dá)到預(yù)定的設(shè)計(jì)效果，有效減少了污染物的排放。同時(shí)可以減少約30%的污泥量，極大降低污泥處置費(fèi)用。