吳 斌
(煤科集團杭州環(huán)保研究院有限公司,浙江 杭州 311201)
磷化處理是常用于金屬表面處理的一種工藝,其過程是化學(xué)與電化學(xué)反應(yīng)形成磷酸鹽化學(xué)轉(zhuǎn)化膜的過程,在磷化處理之前,還需進行脫脂、酸洗處理以去除金屬表面的油脂、氧化皮和銹蝕物等。因此,酸洗磷化廢水中主要含有鐵、酸、磷酸鹽及少量油脂。
不少地區(qū)對酸洗磷化行業(yè)廢水的處理及排放要求都比較高,在太湖流域甚至對新建的排放氮磷污染物的工業(yè)項目,不予環(huán)境準(zhǔn)入。因此,對酸洗磷化廢水進行切實可行的回用處理,具有較為實際的意義。
針對酸洗磷化廢水,國內(nèi)已有不少成熟可靠的處理工藝,如“隔油+中和+氣浮+斜管沉淀”[1],“二級中和+二級沉淀+氣浮+活性炭吸附”[2],上述工藝處理之后的出水,均可達到《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB 8978—1996)中的一級排放標(biāo)準(zhǔn)。
酸洗磷化廢水處理后出水中污染物已大大降低,但是排入環(huán)境,仍會對環(huán)境造成影響。上述出水十分清澈,因此往往考慮回用。由于常規(guī)處理工藝出水的含鹽量較高,氯離子濃度往往在2 000 mg/L以上,電導(dǎo)率在4 000 μs/cm以上,如果直接回用于酸洗磷化工序,隨著鹽分的累積,必將影響產(chǎn)品質(zhì)量[4]。采用“超濾-反滲透”工藝對常規(guī)處理后的出水進行脫鹽處理,處理后的出水回用于酸洗磷化工序,既可以保護環(huán)境,節(jié)約水資源,又不影響產(chǎn)品的質(zhì)量。本文對蕭山區(qū)某機械加工廠的酸洗磷化廢水處理工程實例進行分析,旨在為相似工程應(yīng)用提供一定參考。
蕭山某機械加工企業(yè)是一家專門從事汽車配件、機械配件、電器配件的生產(chǎn)企業(yè)。在酸洗及磷化的漂洗過程中產(chǎn)生廢水,該廢水主要含有鐵離子、鹽酸、磷酸鹽等污染物,并含有少量懸浮物,其酸洗磷化車間的廢水量為20 m3/d,廢水原水水質(zhì)見表1。
表1 酸洗磷化原水水質(zhì)
根據(jù)酸洗磷化廢水的水質(zhì)特點,需要通過預(yù)處理將廢水pH調(diào)至中性,并去除絕大部分污染物質(zhì)后,方可進入“超濾反滲透系統(tǒng)”,并且由于處理水量較小,采用間歇式操作更為簡便,預(yù)處理工藝流程見圖1。
酸洗磷化廢水經(jīng)排水溝進入隔油調(diào)節(jié)池內(nèi),進行水質(zhì)、水量調(diào)節(jié),出水在提升泵的作用下進入中和沉淀池,通過投加石灰乳進行中和、混凝、沉淀,必要時投加聚丙烯酰胺(PAM)作為助凝劑,加快沉淀速度,提高處理效率,上清液打入生化池,在生化池內(nèi)進行生物降解。生化池出水打入混凝沉淀池,投加聚合氯化鋁(PAC),經(jīng)沉淀去除水中的SS,出水經(jīng)過活性炭吸附后進入UF原水箱,進行后續(xù)深度處理。
系統(tǒng)內(nèi)的污泥依靠重力排入污泥濃縮池內(nèi),污泥通過廂式壓濾機脫水后,委托處置。
(1)調(diào)節(jié)池。規(guī)格為1.2 m×1.5 m×2.5 m,有效容積4.5 m3。耐腐蝕泵(FP40-32-125)2臺(一用一備)。
(2)中和沉淀池。利用酸堿中和、氫氧化物沉淀、同離子效應(yīng)及共沉淀等原理,用石灰乳作中和劑進行中和沉淀處理,去除水中絕大部分的鐵離子、磷酸鹽等,規(guī)格為1.2 m×3.0 m×4.5 m,有效容積16 m3,1座,鋼砼結(jié)構(gòu),間歇運行。
(3)中間調(diào)節(jié)池。規(guī)格為1.3 m×3.0 m×2.5 m,有效容積10 m3,1座,鋼砼結(jié)構(gòu)。耐腐蝕泵(FP40-32-125),2臺(一用一備)。
(4)SBR生化池。規(guī)格為1.7 m×3.0 m×4.5 m,有效容積23 m3,分為2格,交替運行,鋼砼結(jié)構(gòu)。耐腐蝕泵(FP40-32-125)2臺。羅茨風(fēng)機(SSR50-50A)2臺(一用一備)。
(5)混凝沉淀池。通過投加PAC和PAM,混凝沉淀除去水中的細(xì)小懸浮物,規(guī)格為1.8 m×1.4 m×4.5 m,有效容積10 m3,1座,鋼砼結(jié)構(gòu),間歇操作。
(6)污泥重力濃縮池。濃縮后污泥進入板框壓濾機脫水,規(guī)格為1.8 m×1.4 m×4.5 m,有效容積10 m3,1座,鋼砼結(jié)構(gòu)。污泥泵(ISG25-125)2臺(一用一備)。板框壓濾機,過濾面積10 m2,1臺。螺桿泵(GF25-1)1臺。
(7)加藥箱。規(guī)格為1.0 m×1.0 m×1.5 m。加藥泵(IHG25-125A)2臺。攪拌機,轉(zhuǎn)速80 rpm,2臺。
(8)活性炭吸附塔。? 500 mm,H 4 937 mm,單塔活性炭填充量0.4 m3,采用木質(zhì)顆?;钚蕴?,粒徑1.5~2 mm,共2座。清水泵(ISG32-100)1臺。
經(jīng)過“隔油+中和沉淀+生化+混凝沉淀+活性炭吸附”工藝處理后,酸洗磷化廢水中絕大部分的污染物質(zhì)得以去除,出水清澈,連續(xù)3個多月的運行及取樣分析,出水水質(zhì)見表2。
表2 預(yù)處理出水水質(zhì)
由表2可以看出,經(jīng)過預(yù)處理之后,出水中CODCr、SS、TP,總鐵,石油類等污染物質(zhì)均較低,但是電導(dǎo)率高達5 860~8 350 μs/cm,如不脫除水中的鹽分,難以持續(xù)回用。因此,采用“超濾-反滲透”工藝進行深度脫鹽處理,處理工藝見圖2。
由于項目水量較少,超濾膜選用國產(chǎn)PP膜,能較好地適應(yīng)項目中水的水質(zhì),換膜成本也較低;反滲透膜采用海德能抗污染膜。系統(tǒng)的回用率為70%,反滲透出水的電導(dǎo)率在50~150 μs/cm,低于酸洗磷化車間原先使用的自來水電導(dǎo)率(蕭山地區(qū)自來水電導(dǎo)率在200 μs/cm左右),脫鹽率達98.3%~98.9%。經(jīng)過3個多月的運行及取樣分析,反滲透出水水質(zhì)見表3。
表3 反滲透出水水質(zhì)
由上表可見,反滲透出水各項指標(biāo)均滿足《城市污水再生利用 工業(yè)用水水質(zhì)》(GB/T 19923—2005)中工藝與產(chǎn)品用水標(biāo)準(zhǔn),完全可以回用做酸洗磷化的工藝用水。經(jīng)過對本項目“超濾-反滲透”系統(tǒng)1年多的運行觀察,膜的化學(xué)清洗頻率為3~6個月,化學(xué)清洗后,系統(tǒng)的運行壓力和出水量都能得以恢復(fù),運行較為穩(wěn)定。
系統(tǒng)處理費用包括人工費、電費、藥劑費、維修費、膜更換費等。
(1)人工費:處理水量較少,操作人員為兼職1人,噸水人工費為0.833元。
(2)電費:噸水耗電為3.21 kW·h,電費0.8元/kW·h,噸水電費為2.568元。
(3)藥劑費:包括石灰乳、PAC、PAM及膜處理所用的阻垢劑和酸堿等,噸水藥劑費為1.725元。
(4)維修費:按設(shè)備投資的3%計,噸水維修費為0.657元。
(5)膜更換費:膜運行3年更換一次,噸水的膜更換費為0.822元。
該系統(tǒng)直接運行成本合計為6.605元/噸水。
處理之后70%的出水可以回用,代替原先使用的工業(yè)自來水,蕭山地區(qū)一般企業(yè)的工業(yè)用水價格為4.9元/噸水(包含供水價格和污水處理價格),減去節(jié)省的自來水費用后,實際的處理成本將大幅降低。
酸洗磷化廢水經(jīng)“隔油+中和沉淀+生化+混凝沉淀+活性炭吸附”預(yù)處理,CODCr去除率達到70.7%~83.8%,TP去除率高達99.85%~99.92%。
再經(jīng)“超濾-反滲透”深度處理后,脫鹽率達到98.3%~98.9%,出水電導(dǎo)率在50~150 μs/cm,完全可以回用做酸洗磷化工藝用水,在保護環(huán)境,節(jié)約水資源的同時,降低企業(yè)的部分成本。
企業(yè)所在地區(qū)沒有市政污水管網(wǎng),反滲透濃水經(jīng)收集后,運送至附近污水處理廠進行后續(xù)處理。