某工業(yè)園區(qū)電鍍廢水處理工藝改造的實(shí)驗(yàn)與探索

全康環(huán)保:摘 要: 為解決工業(yè)園區(qū)電鍍廢水處理后水質(zhì)未能達(dá)標(biāo)排放的問題, 文章采用混凝沉淀―UF/ 超濾工藝取代原沙濾工段,進(jìn)行了方案比選,研究了各改造工段的最佳運(yùn)行參數(shù)和經(jīng)濟(jì)技術(shù)可行性。結(jié)果表明，當(dāng)混凝段PAC投加量為10mg / L，PAM 投加量為70mg /L ，UF工段運(yùn)行壓力0.25MPa,透過率為0.8時(shí),出水中Ni²⁺、CU²⁺ 、總Cr、Cr⁶⁺ 濃度分別 為0.35、0.38、0.42和0.22mg / L，改造成本僅增加0.8元/t；處理后水質(zhì)符合廣東省地方污染物排放和國家電鍍廢水處理標(biāo)準(zhǔn)中最嚴(yán)要求,改造工藝技術(shù)可行性較好。

建設(shè)生態(tài)文明是中華民族永續(xù)發(fā)展的千年大計(jì),黨的十九大報(bào)告強(qiáng)調(diào),必須樹立和踐行綠水青山就是金山銀山的理念,像對待生命一樣對待生態(tài)環(huán)境；廣東省是經(jīng)濟(jì)大省，電鍍行業(yè)發(fā)展非常迅猛，但電鍍廢水不達(dá)標(biāo)排放現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生，嚴(yán)重污染了區(qū)域和地方環(huán)境，有效地防治污染是建設(shè)幸福廣東的必然要求[１] ；珠海市某工業(yè)園擁有一批電鍍企業(yè)，主要涉及鍍銅、鍍鎳、鍍鉻等電鍍工藝， 廢水含有大量的 CU²⁺ 、總Cr、Ni²⁺ 、Cr⁶⁺ ,經(jīng)過簡單的化學(xué)法處理之后,集中到該工業(yè)園污水處理站某一工段進(jìn)行集中處理，由于該集中處理站工藝簡單、設(shè)備陳舊等原因，導(dǎo)致CU²⁺ 、總Cr、Ni²⁺ 等污染物未能達(dá)標(biāo)排放;文章對該電鍍廢水處理 工藝，分析出水不達(dá)標(biāo)的原因，以小試實(shí)驗(yàn)的方式，探索改造廢水處理工段，使廢水達(dá)到廣東省地方標(biāo)準(zhǔn)《水污染物排放限值》 (DB / 26 - 2001) 和 《電鍍污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》 (GB21900 - 2008)等兩者最嚴(yán)標(biāo)準(zhǔn)。

1 原工藝及存在問題

1.1 原有工藝

1.1.1 原有工藝流程

原廢水處理工藝流程,見圖1。

1.1.2 原工藝進(jìn)水狀況

該工業(yè)園電鍍廠排放廢水，重金屬離子濃度很高，且酸性較強(qiáng)，具體水質(zhì)狀況，見表 １。

1.1.3 原工藝出水狀況

根據(jù)水處理站實(shí)測數(shù)據(jù)，原廢水處理工藝長期穩(wěn)定運(yùn)行的出水水質(zhì)，見表２。出水中CU²⁺ 、Ni²⁺ 、總Cr等指標(biāo)不能滿足廣 東省地方標(biāo)準(zhǔn)《 水污染物排放限值》(DB / 26 - 2001)和《 電鍍污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB21900 - 2008)等兩者最嚴(yán)標(biāo)準(zhǔn);其中，Cr⁶⁺勉強(qiáng)達(dá)標(biāo)。

1.2 存在問題

1.2.1 水質(zhì)波動(dòng)較大

該廢水處理站進(jìn)水水質(zhì)隨生產(chǎn)線生產(chǎn)產(chǎn)品的變化而變化，波動(dòng)較大，水質(zhì)不穩(wěn)定。鍍銅、鍍鎳和鍍鉻業(yè)務(wù)量取決于市場的變化，從長期來看，各重金屬離子濃度隨業(yè)務(wù)量的改變而波動(dòng)，增加了廢水的復(fù)雜程度。

1.2.2 進(jìn)水水量超過設(shè)計(jì)規(guī)模

隨著企業(yè)生產(chǎn)規(guī)模的擴(kuò)大，廢水水量從120m3/ｄ增長至240m3/ｄ，但廢水處理站規(guī)模沒有隨之?dāng)U大，導(dǎo)致廢水處理站構(gòu)筑物容積不足，水力停留時(shí)間過短，處理效果變差。且場地有限，對升級(jí)改造無法提供更多的利用空間。

1.2.3 重金屬離子逃逸嚴(yán)重

原廢水處理工藝不能達(dá)標(biāo)排放，主要是由于進(jìn)水量超過負(fù)荷，且水質(zhì)波動(dòng)較大，重金屬離子過濾效果差，導(dǎo)致的重金屬絮體或離子逃逸。

2 改造方案比選

2.1 方案比選

電鍍廢水處理一般采用物理處理、化學(xué)處理和生物處理等處理方法相結(jié)合的工藝，兼顧去除重金屬離子和有機(jī)物，常見的電鍍廢水處理工藝有:混凝沉淀―微濾/ＭＦ―反滲透/RO工藝，化學(xué)反應(yīng)―MBR工藝，化學(xué)反應(yīng)―混凝沉淀―UF/超濾。廢水處理工藝的選擇或改造，要針對既定的廢水水質(zhì)和原有工藝，既要考慮技術(shù)可行性，又要考慮經(jīng)濟(jì)可行性。

混凝沉淀―微濾/MF―反滲透/RO工藝能較好的滿足技術(shù)可行性的要求，出水水質(zhì)很好，但反滲透/RO膜組件本身價(jià)格昂貴，運(yùn)行壓力較高，且容易污染，反清洗頻繁，處理成本較高[３]化學(xué)反應(yīng)―MBR工藝本身也具有較好的技術(shù)可行性，但由于原水ＣOＤ較低，原處理工藝對有機(jī)物可以達(dá)標(biāo)排放，無須選擇活性污泥工藝，且ＭＢＲ工藝本身運(yùn)行維護(hù)較為復(fù)雜[４]。因而化學(xué)反應(yīng)―混凝沉淀―ＵＦ/超濾具有更好的經(jīng)濟(jì)和技術(shù)可行性。

2.2 確定推薦方案

根據(jù)以上方案比選可知，選擇如下組合工藝：化學(xué)反應(yīng)―混凝沉淀―UF/超濾，見圖２。

原廢水處理工藝CU²⁺ 、Ni²⁺ 、總Cr均難以達(dá)標(biāo)排放，尤其是總Cr，超標(biāo)比較嚴(yán)重，主要原因有二，首先是還原池對Cr⁶⁺處理效果不理想，出水中殘留Cr⁶⁺平均接近0.5ｍｇ/Ｌ，據(jù)觀察發(fā)現(xiàn)，并非加藥量不夠，而是因?yàn)榛旌鲜侄伪容^原始，不能充分反應(yīng);其次是過濾效果不好，在混合反應(yīng)階段，加堿生成的Cr(OＨ)_３沉淀顆粒極為細(xì)小，砂濾工段長期運(yùn)行后截留效果有限，導(dǎo)致總Cr嚴(yán)重超標(biāo)，CU²⁺ 、Ni²⁺等沉淀物也部分滲出，出水水質(zhì)常有超標(biāo)現(xiàn)象。選擇化學(xué)反應(yīng)―混凝沉淀―UF/超濾改造工藝，可以有效解決以上兩方面的問題，在綜合反應(yīng)池后添加混凝工段，投加高分子有機(jī)和無機(jī)絮凝劑，有利于通過吸附架橋作用，保證總總Cr(OＨ)_３、CU(OＨ)_２、Ni(OＨ)_２等沉淀物形成較大的絮體[５]，沉淀分離后，再利用ＵＦ膜的超強(qiáng)過濾作用，攔截殘留的細(xì)小絮體和沉淀物，保證廢水達(dá)標(biāo)排放。

2.3 實(shí)驗(yàn)方法

以綜合反應(yīng)池出水后的處理工段改造為研究對象，在綜合反應(yīng)池后添加混凝工段，并將砂濾工段改成沉淀，其后增加超濾處理工段。研究探索改造工藝的技術(shù)可行性和操作參數(shù)，及在原有工段操作條件不變的前提下，改造工藝對污染物的最佳去除效果。原工藝處理水量為10m3/ｈ，實(shí)驗(yàn)水規(guī)模為0.5m3/ｈ，混凝-沉淀-ＵＦ等改造工段在實(shí)驗(yàn)小試環(huán)境下開展研究與探索，以CU²⁺、總Cr、Ni²⁺去除效果為依據(jù)，以最佳操作參數(shù)為研究對象，開展實(shí)驗(yàn)研究。

3 結(jié)果與討論

3.1 混凝工段運(yùn)行參數(shù)實(shí)驗(yàn)

該電鍍廢水中的總Cr平均濃度高達(dá)135ｍｇ/Ｌ，pH２~４之間；經(jīng)化學(xué)還原后流入綜合反應(yīng)池，投加石灰量大概為100ｇ/Ｌ。取化學(xué)反應(yīng)池后的出水0.5m3，先調(diào)整ｐＨ至６~９之間，進(jìn)行混凝沉淀實(shí)驗(yàn)，投加PAC和PAM，然后沉淀，探索最合適的投加量及對重金屬離子的最佳去除率。PAC投加量固定為10ｍｇ/Ｌ，隨著絮凝劑PAM投加量的不斷提高，沉淀池出水中重金屬離子的濃度不斷降低，見圖３。

由圖３可見，當(dāng)PAM加藥量達(dá)70ｍｇ/Ｌ時(shí)，出水中CU²⁺和Ni²⁺含量為0.45和0.47ｍｇ/Ｌ，基本滿足地方和行業(yè)排放標(biāo)準(zhǔn)，而總Cr進(jìn)水為0.82ｍｇ/Ｌ，不能達(dá)標(biāo)排放。Ni²⁺和CU²⁺形成的化學(xué)沉淀物為絮體狀，本身會(huì)產(chǎn)生沉淀物網(wǎng)捕作用，加入絮凝劑后，吸附架橋作用將進(jìn)一步提高沉淀物的去除效果[６]；而總Cr進(jìn)水濃度比較高，形成的沉淀物分散且細(xì)小，加入絮凝劑后，起到了一定的去除效果，但出水中總Cr仍然超標(biāo)，主要由逃逸的總Cr沉淀小顆粒引起，后續(xù)UF/超濾工藝可以較好的攔截該污染物。

3.2 UF/超濾工段運(yùn)行參數(shù)實(shí)驗(yàn)

超濾的孔隙為10ｎｍ左右，具有較好的攔截進(jìn)水中懸浮顆粒物的作用。經(jīng)混凝沉淀之后，進(jìn)水中的Ni²⁺、CU²⁺、總Cr等污染物的含量分別為0.45、0.47和0.82ｍｇ/Ｌ。采用聚酰胺材質(zhì)的超濾膜組件，在壓力為０.25ＭPa，調(diào)整出水開關(guān)，使濾液透過率分別為0.4，0.5，0.6，0.7，0.8，0.9，１，探索最佳的透過率。UF/超濾透過率對出水水質(zhì)的影響，見圖４。

由圖４可見，當(dāng)透過率為0.8左右時(shí)，Ni²⁺、CU²⁺、總Cr等污染物去除效果仍能維持在較好的水平，出水中Ni²⁺濃度為0.35ｍｇ/Ｌ，CU²⁺濃度為0.38ｍｇ/Ｌ，總Cr濃度為0.42ｍｇ/Ｌ，受制于混合效果的限制[７]，出水殘留少量游離態(tài)的Ni²⁺、CU²⁺，且混凝沉淀階段去除效果較好，因而Ni²⁺、CU²⁺去除率僅分別為22.2％和19.1％，而總Cr的48.8％去除率，效果較好。當(dāng)透過率為0.9和１時(shí)，短期看仍有較好的出水水質(zhì)，但過高的透過率會(huì)導(dǎo)致UF/超濾膜濃差極化嚴(yán)重，加快膜的老化，最終惡化出水水質(zhì)，加快ＵＦ/超濾膜更換速率，提高廢水處理成本[８]；最佳透過率為０.８左右。

3.3 結(jié)果對比分析

3.3.1 水質(zhì)結(jié)果分析

改造后的出水水質(zhì)對比，見表３。

從表３可看出，該改造工藝出水能較好滿足廣東省地方標(biāo)準(zhǔn)《水污染物排放限值》 (DB / 26 - 2001) 和 《電鍍污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》 (GB21900 - 2008)等兩者最嚴(yán)標(biāo)準(zhǔn)，工藝技術(shù)可行。

3.3.2 經(jīng)濟(jì)分析

該改造工藝主要增加混凝反應(yīng)池，沉淀池，ＵＦ/超濾膜組件，見表４。

工藝主要運(yùn)行成本來自于混凝池和沉淀池的基建成本，以及混凝劑投加，UF/超濾膜購置及維護(hù)費(fèi)用，以及相關(guān)電費(fèi)等，假設(shè)基建構(gòu)筑物使用壽命為20年，根據(jù)市場價(jià)格測算，運(yùn)行成本增加０.８元/ｔ；加上原化學(xué)處理段成本１.２元/ｔ，廢水處理總成本為２元/ｔ。

4 結(jié)論

（1）根據(jù)珠海市某工業(yè)園區(qū)電鍍廢水處理工藝及進(jìn)水水質(zhì)現(xiàn)狀，采用混凝沉淀―UF/超濾，取代原沙濾工段，能夠使得出水滿足排放要求，工藝技術(shù)可行性較好。

（2）當(dāng)混凝段ＰＡＣ投加量為10ｍｇ/Ｌ，PAM投加量為70ｍｇ/Ｌ，UF/超濾工段運(yùn)行壓力０.25ＭＰａ，透過率為０.８時(shí)，改造工藝出水Ni²⁺、CU²⁺、總Cr濃度為０.３５、０.３８、０.４２ｍｇ/Ｌ，滿足排放要求。

（3）工藝改造后，運(yùn)行成本每天增加０.８元/ｔ，總運(yùn)行成本２元/ｔ，經(jīng)濟(jì)可行性較好。