乳化液廢水處理BDD電極電化學(xué)氧化技術(shù)
乳化液是機械加工、汽車發(fā)動機加工、軋輥及鋼板冷卻和潤滑過程中老化變質(zhì)的廢水，其乳化程度高、穩(wěn)定性強、成分復(fù)雜、處理難度大，被列入《國家危險廢物名錄》，屬于危險廢物。產(chǎn)生廢乳化液的企業(yè)一般將其委托給具有危險廢物經(jīng)營資質(zhì)的單位進行處置，成本較高。
廢乳化液常用的處理方法有破乳物化法、蒸發(fā)法、膜過濾法和高級氧化法等，前三種方法主要是將污染物濃縮，不能將其徹底分解和去除；而電化學(xué)高級氧化法可以將污染物徹底降解，具有無二次污染、適用范圍廣、設(shè)備簡單的優(yōu)點，正在被廣泛地研究和應(yīng)用。摻硼金剛石電極（BDD電極）是一種新型高效電極，具有寬電勢窗口、高析氧電位、低背景電流以及良好的化學(xué)穩(wěn)定性和抗腐蝕性能。BDD電極電化學(xué)氧化工藝過程簡單、設(shè)備緊湊且占地面積小，特別適用于產(chǎn)廢單位自行處置乳化液廢水，降低企業(yè)的環(huán)保成本。
遼寧省某汽車配件生產(chǎn)企業(yè)主要從事汽車零部件、新型合金材料、精密模具制造等工作。為滿足環(huán)保要求、降低運行成本，企業(yè)采用過濾+BDD電化學(xué)氧化+中和工藝處理產(chǎn)生的乳化液廢水，出水水質(zhì)滿足納管排放標(biāo)準(zhǔn)。
1、工程概況
該企業(yè)乳化液廢水主要來自于汽車配件加工、成型過程冷卻使用后廢棄的乳化液、切削液的混合廢水，該廢水屬于危險廢物，廢物代碼為HW09油/水、烴/水混合物或乳化液。該企業(yè)長期將其委托給具有資質(zhì)的單位處置，成本較高。
對于常用的乳化液廢水處理方法，破乳物化法出水難以直接達標(biāo)，需依托污水站進一步處理，而企業(yè)不具備該條件；蒸發(fā)法、膜過濾法出水需經(jīng)深度處理方可穩(wěn)定達標(biāo)，且殘留的大量濃縮液外委處置成本較高。經(jīng)比較，企業(yè)采用BDD電化學(xué)氧化工藝處理乳化液廢水，設(shè)計處理能力為12m3/d，設(shè)計進水水質(zhì)為COD≤30000mg/L、氨氮≤200mg/L、SS≤1000mg/L、石油類≤500mg/L。處理后出水水質(zhì)達到《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB8978―1996）三級排放標(biāo)準(zhǔn)及《遼寧省污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》（DB21/1627―2008），納管排放后進入?yún)^(qū)域污水處理廠，設(shè)計出水水質(zhì)：COD≤300mg/L、氨氮≤30mg/L、SS≤300mg/L、石油類≤20mg/L、pH為6~9。
2、工藝流程及構(gòu)筑物設(shè)計
2.1 工藝流程
乳化液廢水處理工藝流程見圖1。
BDD電化學(xué)氧化過程中，陽極在通電后產(chǎn)生具有強氧化能力的羥基自由基（?OH），廢水中的污染物在電極上發(fā)生直接電化學(xué)反應(yīng)或通過間接電化學(xué)反應(yīng)分解，從而被削減和去除。
乳化液廢水經(jīng)過細(xì)格柵去除大塊雜物和漂浮物后進入原液槽，進行水質(zhì)調(diào)節(jié)；然后經(jīng)過過濾器，去除其中的大顆粒物質(zhì)，防止其影響電化學(xué)氧化過程。接下來廢水進入電化學(xué)反應(yīng)槽，反應(yīng)槽中安裝BDD電極組，加入過硫酸鈉作為電解質(zhì)（1m3廢水加入量為1.5kg），在設(shè)定的電流、電壓條件下反應(yīng)，電解停留時間約3h。通過電化學(xué)氧化將有機物礦化為CO2和H2O，反應(yīng)后COD、氨氮、石油類等污染物指標(biāo)可達到排放標(biāo)準(zhǔn)要求。廢水經(jīng)電化學(xué)反應(yīng)后呈酸性，進入中和槽，加入堿液進行中和，調(diào)節(jié)pH為6~9后達標(biāo)排放。
2.2 構(gòu)筑物設(shè)計
①廢水儲池
為確保廢水水質(zhì)均勻，設(shè)置1座廢水儲池，采用半地下式鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，入口設(shè)細(xì)格柵（間隙為5mm），去除大塊雜物和漂浮物。廢水儲池有效容積為180m3。
②原液槽
設(shè)原液槽1座，進一步調(diào)節(jié)水質(zhì)、水量，有效容積為9m3。內(nèi)設(shè)浮油收集器去除浮油，設(shè)有攪拌器1臺，功率為1.5kW。
③過濾器
在進水管路上設(shè)置袋式過濾器1臺，用以去除廢水中的大顆粒物質(zhì)，過濾面積為1.0m2，濾網(wǎng)規(guī)格為100μm。
④電化學(xué)反應(yīng)槽
設(shè)電化學(xué)反應(yīng)槽1座，有效容積為3.5m3，每批次處理能力為3m3。反應(yīng)槽中裝配直流電源及40個BDD電極組，用于降解有機物。設(shè)有攪拌器1臺，功率為1.5kW，用于改善傳質(zhì)條件，提高反應(yīng)效率。
⑤BDD電極組
單個電極組由3塊陽極板和4塊陰極板組成，極板間距為3mm，陽極為覆金剛石薄膜硅基電極，尺寸為290mm×120mm，陰極采用鈦板，尺寸為320mm×150mm，運行電流密度為50~80mA/cm2。反應(yīng)槽共安裝40個電極組，面積約8m2，以串并聯(lián)結(jié)合的方式組裝，4個電極組串聯(lián)為1個電極模塊，共10個電極模塊并聯(lián)，以控制合適的電流及電壓。
⑥直流電源
設(shè)直流電源1套，最大輸出功率為100kW，電壓范圍為0～50V，電流范圍為0～2000A。反應(yīng)槽運行時，電壓控制為20~30V，電流控制為1200~1500A。
⑦中和槽
設(shè)中和槽1座，有效容積為3.5m3，反應(yīng)停留時間為1h。槽內(nèi)設(shè)攪拌器1臺，功率為1.2kW。配備pH在線監(jiān)測及堿液自動投加系統(tǒng)。
3、運行效果與成本分析
3.1 運行效果
該工程于2020年6月開始投入運行，經(jīng)1個月調(diào)試，出水水質(zhì)達到設(shè)計要求。經(jīng)15個月的運行，處理效果良好，出水水質(zhì)穩(wěn)定。定期對處理出水進行檢測，結(jié)果如表1所示。
由表1可知，該工藝對COD、石油類的去除率均大于99%，氨氮去除率大于95%，長期運行效果良好，出水水質(zhì)達到《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB8978―1996）的三級排放標(biāo)準(zhǔn)及《遼寧省污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》（DB21/1627―2008）。
設(shè)施運行時，格柵及袋式過濾器產(chǎn)生的少量預(yù)處理殘渣，以及原液槽中收集的浮油，其總量約占廢水量的0.1%~0.3%，作為危險廢物委托給具有資質(zhì)的單位處理。BDD電極需定期進行清理，防止因黏附油類物質(zhì)而影響其有效面積，應(yīng)定期監(jiān)測不同電極組電流的均勻性，以便及時發(fā)現(xiàn)異常情況。經(jīng)過15個月的運行，電極效果基本穩(wěn)定，未發(fā)現(xiàn)明顯涂層脫落或效率降低的情況。
由于企業(yè)產(chǎn)生的乳化液、切削液更換周期不一致，同時存在非正常泄漏的情況，所以進入系統(tǒng)的廢水成分波動較大，應(yīng)盡量設(shè)置大容積的廢水儲池以均勻水質(zhì)，并定期監(jiān)測進水水質(zhì)，如水質(zhì)變化較大，應(yīng)及時調(diào)整電流密度或停留時間，以確保處理效果。
3.2 運行成本
該設(shè)施的廢水處理能力為12m3/d，總投資費用約為125萬元。日常運行成本主要包括電費、藥劑費和人工費，其中電費為62元/m3，藥劑費為34.5元/m3，人工費為33.3元/m3，合計運行費用為129.8元/m3。
該工藝的核心為電解單元，可通過調(diào)節(jié)電流密度及停留時間以確保出水達標(biāo)排放，無需設(shè)置生化處理等環(huán)節(jié)，也無需依托污水站深度處理。工藝過程簡單，投資較低，運行費用處于中等水平，遠(yuǎn)低于乳化液廢水作為危險廢物外委處置費用，尤其適合作為產(chǎn)廢企業(yè)的中小規(guī)模處理設(shè)施。
4、結(jié)論
①采用BDD電極電化學(xué)氧化工藝處理乳化液廢水，裝置運行穩(wěn)定，出水COD、氨氮、石油類分別低于300、30、20mg/L，COD、石油類的去除率均大于99%，出水水質(zhì)滿足《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB8978―1996）及《遼寧省污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》（DB21/1627―2008），處理效果良好。
②該工藝具有設(shè)備簡單、占地面積小、操作方便、運行穩(wěn)定等優(yōu)點，特別適合作為乳化液廢水產(chǎn)生單位自行處置的中小規(guī)模處理設(shè)施，可有效降低企業(yè)危險廢物的處置成本。（來源：沈陽環(huán)境科學(xué)研究院，國家環(huán)境保護危險廢物處置工程技術(shù)<沈陽>中心，遼寧省危險廢物處置專業(yè)技術(shù)創(chuàng)新中心）