黃樂，朱樂輝，黃冬根

(南昌大學a資源環(huán)境與化工學院；b鄱陽湖環(huán)境與資源利用教育部重點實驗室，江西 南昌 330031)

某精密零件加工廠主要生產(chǎn)壓縮機零部件，在生產(chǎn)過程中會使用切削液輔助加工零部件。切削液是一種金屬材料切削、銑削、磨削加工過程中，用來冷卻、潤滑刀具及加工工件的機械加工輔助液，具有良好的冷卻、潤滑、防銹、除油清洗和防腐蝕功能[1]。一般使用的切削液可以分為油基切削液和水基切削液兩大類[2]，本工程使用的水基切削液一種淡黃色半透明狀液體，其主要由基礎(chǔ)油、乳化劑、聚醚、添加劑、防銹劑、水等組成。項目廢水主要由設(shè)備和產(chǎn)品的清洗及拖洗地面產(chǎn)生的含有乳化劑、礦物油、防腐劑等成分的廢水，具有COD濃度高、含有大量的油類、處理難度大等特點[3]。

含油廢水主要的處理方法有重力分離法、膜分離法、氣浮法、吸附法、化學破乳法、高級氧化法和生物法[4]。單一的去油方法難以達到排放要求，因此需要組合工藝對石油類進行處理。目前國內(nèi)大多采用除油后+生化法處理切削液廢水，但傳統(tǒng)的厭氧+好氧深度處理切削液廢水出水不穩(wěn)定、污泥產(chǎn)量大。因此，在對含水基切削液清洗廢水水質(zhì)特點的分析研究、小試試驗及排放要求的基礎(chǔ)上，最終有針對性的確定采用“隔油+混凝氣浮+升流式厭氧污泥床(UASB)+移動床生物膜反應(yīng)器(MBBR)”組合工藝處理該廢水。

1 廢水水質(zhì)

1.1 廢水水質(zhì)和水量

本廢水主要為清洗廢水和車間地面拖洗廢水。清洗廢水為生產(chǎn)設(shè)備和產(chǎn)品清洗產(chǎn)生的廢水，呈棕黃色；拖洗廢水為生產(chǎn)區(qū)每天拖洗地面產(chǎn)生的廢水，呈灰褐色。項目綜合廢水總量約為30 m3·d-1，廢水水質(zhì)水量見表1。

表1 廢水水質(zhì)水量統(tǒng)計表Tab.1 Wastewater quality and quantity statistics

1.2 本項目設(shè)計規(guī)模及排放標準

根據(jù)本項目生產(chǎn)廢水的實際水量，污水站的處理規(guī)模設(shè)計為30 m3·d-1，按照環(huán)保要求設(shè)計出水水質(zhì)要求達到園區(qū)污水處理廠的納管標準，具體指標見表2。

表2 設(shè)計出水水質(zhì)Tab.2 Designed water quality

2 廢水處理工藝流程及說明

2.1 混凝破乳小試試驗

經(jīng)過隔油后廢水被去除了大體積的油珠，但依舊含有大量的乳化油，因此廢水在進入氣浮前還需進行破乳。破乳的目的是破壞乳化液的穩(wěn)定性，使油水兩相分離，常用的破乳方法有鹽析法、凝聚法、混合法、酸化法等[5]?？紤]經(jīng)濟性、操作便捷以及方便后續(xù)處理，本項目選擇凝聚法破乳。韓卓然等[6]研究表明，對某機械加工廠鋁加工產(chǎn)生的切削液廢水混凝試驗時，聚合氯化鋁(PAC)對切削液廢水中有機物的去除效率要好于聚合硫酸鐵(PFS)。許勁等[7]研究表明，含油乳化廢水中加入PAC時能使乳化液脫穩(wěn)從而破乳，按一定比例混合投加(PAC+PAM)絮凝效果明顯，絮凝速度更快，絮體更大。王振波等[8]研究表明，無機絮凝劑聚合氯化鋁可使乳化油聚集成簇，提高氣浮捕獲概率，提高氣浮除油效率。

本項目采用PAC作為破乳劑并添加PAM。PAC水解形成帶正電絡(luò)合物與廢水中的油珠發(fā)生靜電吸引使油珠聚積，PAM水解形成長鏈使絮體變大[9]。皮富強[10]研究表明，向廢水中添加PAC和PAM的質(zhì)量比為100:1時對廢水的處理效果最佳。選取隔油后的廢水進行試驗，在pH值控制在8～8.5的條件下，添加不同質(zhì)量濃度的PAC和PAM，COD的去除率見表3。

表3 混凝破乳小試試驗結(jié)果Tab.3 Results of coagulation air flotation test

根據(jù)混凝破乳試驗，當PAC添加量為500 mg·L-1、PAM添加量為5 mg·L-1時，COD去除效率最高。但PAC添加量超過300 mg·L-1后，COD的去除效率提高并不明顯，考慮到運行成本和后續(xù)生化系統(tǒng)的影響，PAC添加量為300 mg·L-1、PAM添加量為3 mg·L-1為最佳投加量。

2.2 工藝流程的確定

根據(jù)本項目廢水的水質(zhì)水量、園區(qū)污水處理廠的納管標準以及試驗結(jié)果，確定采用“隔油+混凝氣浮+UASB+MBBR”聯(lián)合工藝處理廢水，工藝流程圖見圖1。

圖1 廢水處理工藝流程圖Fig.1 Flow chart of wastewater treatment process

2.3 工藝流程說明

生產(chǎn)廢水經(jīng)過格柵去除大體積柵渣，然后經(jīng)過隔油池去除浮油后流入調(diào)節(jié)池調(diào)節(jié)水質(zhì)水量，再通過提升泵將廢水提升至氣浮池，同時在氣浮池前段混凝區(qū)依次添加PAC、PAM與進水均勻混合，對廢水中乳化油進行破乳，同時氣浮機釋放器釋放大量微小氣泡使破乳后的油滴隨著微小氣泡上浮，去除廢水中油類、COD和懸浮物并提高廢水的可生化性[11]。混凝氣浮處理后廢水在中間池調(diào)節(jié)pH值維持在7.0～7.5，并按照m(C):m(N):m(P)=500:5:1的比例向污水中加入磷肥及尿素確保厭氧污泥正常的生長繁殖。隔油池去除的浮油及混凝氣浮池去除的浮油、浮渣交給有資質(zhì)的單位處理。

經(jīng)過物化預(yù)處理后，廢水泵入升流式厭氧污泥床反應(yīng)器(UASB)，利用厭氧污泥降解大分子有機物去除COD并進一步提高污水的可生化性。接著厭氧出水流入移動床生物膜反應(yīng)器(MBBR)繼續(xù)去除COD，降解有機物。經(jīng)過生化處理后的廢水排入沉淀池，經(jīng)沉淀后最終出水達標排放。生化污泥脫水后外運。

2.4 主要構(gòu)筑物的尺寸及設(shè)備參數(shù)

1) 隔油池。1座，碳鋼結(jié)構(gòu)，內(nèi)壁采用3布4油環(huán)氧樹脂玻璃鋼防腐。尺寸為2.5 m×1.0 m×1.5 m，容積3.75 m3，有效水深1.2 m，有效容積3 m3，水力停留時間2.4 h。

2) 調(diào)節(jié)池。1座，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，內(nèi)壁采用1布2油環(huán)氧樹脂玻璃鋼防腐。尺寸為4.0 m×4.0 m×3.5 m，容積56 m3，有效水深3.0 m，有效容積48 m3，水力停留時間38.4 h。主要配套材料設(shè)備：提升泵(2臺，一用一備，流量Q=8 m3·h-1，揚程H=10 m，功率P=0.75 kW)；pH在線監(jiān)測儀1臺。

3)氣浮池。1座，碳鋼結(jié)構(gòu)，內(nèi)壁采用3布4油環(huán)氧樹脂玻璃鋼防腐。尺寸為3.0 m×1.5 m×2.0 m，溶氣罐尺寸Ф400 mm×1.5 m。主要器材設(shè)備：加藥裝置3套；氣液混合泵(1臺，型號25QY-2，流量Q=2.0 m3·h-1，揚程H=40 m，氣液比約為1:9，功率P=1.1 kW)；攪拌機1臺；刮渣機1臺。

4)中間池。1座，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。尺寸為4.0 m×4.0 m×3.5 m，容積56 m3，有效水深3.0 m，有效容積48 m3，水力停留時間為38.4 h。主要配套材料設(shè)備：提升泵(2臺，一用一備，流量Q=8 m3·h-1，揚程H=15 m，功率P=1.1 kW)；pH在線監(jiān)測儀1臺。

5) 升流式厭氧污泥床反應(yīng)器(UASB)。1座，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，尺寸為3.0 m×3.0 m×8.0 m，容積72 m3，有效水深7.0 m，有效容積為63 m3，水力停留時間為50 h。主要器材設(shè)備：布水系統(tǒng)1套；進水加熱保溫裝置1套；三相分離系統(tǒng)1套；出水堰1套。

6) 移動床生物膜反應(yīng)器(MBBR)。1座，鋼筋混凝凝土結(jié)構(gòu),池體尺寸為3.0 m×3.0 m×3.5 m，容積31.5 m3，有效水深3.0 m，有效容積27 m3，水力停留時間為21.6 h。反應(yīng)器中使用的生物懸浮填料規(guī)格為Φ25 mm×10 mm，填料的材質(zhì)為高密度聚乙烯，填料投加量為8.0 m3，填料有效比表面積≥500 m2·m-3，總有效生物膜面積≥4 000 m2，填料的填充率為30%。反應(yīng)池的進出口設(shè)置篩網(wǎng)阻擋填料，池體內(nèi)曝氣采用MBBR專用穿孔曝氣頭等。設(shè)置2臺回轉(zhuǎn)式風機(一備一用，型號HC-401S，Q=0.77 m3·min-1，電機功率P=1.5 kW)。

7)二沉池。1座，碳鋼結(jié)構(gòu)，內(nèi)壁采用3布4油環(huán)氧樹脂玻璃鋼防腐。用于澄清移動床生物膜反應(yīng)器的出水，實現(xiàn)固液分離。池體沉淀部分尺寸為2.0 m×1.5 m×1.2 m，泥斗容積0.8 m3，有效容積4.4 m3，水力停留時間為3.5 h，表面負荷0.42 m3·(m2·h)-1。主要配套設(shè)備：設(shè)置Φ=0.15 m中心筒1個，設(shè)污泥泵2臺(一備一用，型號：功率P=0.75 kW，吸泥水量8 m3·h-1，揚程H=10 m)。

8) 污泥池。1座，碳鋼結(jié)構(gòu)，內(nèi)壁采用3布4油環(huán)氧樹脂玻璃鋼防腐。尺寸為1.0 m×1.5 m×2.0 m。主要配套設(shè)備：污泥泵2臺(一備一用，功率P=0.75 kW，吸泥水量8 m3·h-1，揚程H=10 m)。

3 調(diào)試運行

3.1 升流式厭氧污泥床反應(yīng)器處理工段

本項目的升流式厭氧污泥床反應(yīng)器有效容積為63 m3。調(diào)試開始時向反應(yīng)器中加入20 m3當?shù)爻鞘猩钗鬯幚韽S的脫水生化污泥進行接種馴化，啟動時保持運行溫度25～30 ℃，控制進水pH值7.0～7.5，調(diào)整進水COD質(zhì)量濃度為1 000 mg·L-1。廢水中總磷含量較低，為了保證厭氧微生物的正常生長代謝需按照m(C):m(N):m(P)=500:5:1的比例向中間池廢水中添加磷肥及尿素。每天監(jiān)測UASB反應(yīng)器進出口廢水COD的濃度，當COD的去除到達50%后逐步增加進水的COD濃度，直至到達設(shè)計進水濃度。經(jīng)過3個月調(diào)試UASB反應(yīng)器出水穩(wěn)定，COD去除效率到達65%以上。

3.2 移動床生物膜反應(yīng)器處理工段

本項目的移動床生物膜反應(yīng)器有效容積為27 m3。調(diào)試開始時向移動床生物膜反應(yīng)器中加入5 m3當?shù)爻鞘猩钗鬯幚韽S的脫水生化污泥進行接種馴化，并投加高密度聚乙烯填料，投加填料前先用清水清洗填料。啟動時保持運行溫度25～30 ℃，控制進水pH值7～7.5，并按照m(C):m(N):m(P)=100:5:1比例向MBBR池中加入葡萄糖、尿素和磷肥等好氧微生物正常的生長代謝所需物質(zhì)。開啟風機進行悶曝，開機曝氣2 h，靜置3 h，再曝氣2 h，循環(huán)操作。運行5 d，填料表面開始掛膜，10 d后填料已經(jīng)全部掛膜。掛膜后每天監(jiān)測MBBR反應(yīng)器進出口廢水COD的濃度，逐漸減少葡萄糖的投加并對應(yīng)增加污水的進水質(zhì)量濃度直至達到設(shè)計進水質(zhì)量濃度，保持污泥質(zhì)量濃度在4 000 mg·L-1左右，污泥回流比50%～100%，溶解氧維持在2～4 mg·L-1。經(jīng)過3個月調(diào)試MBBR反應(yīng)器出水穩(wěn)定，COD去除效率到達75%以上。

4 運行結(jié)果

本項目經(jīng)過3個月的調(diào)試，系統(tǒng)運行良好出水水質(zhì)穩(wěn)定。連續(xù)15 d對各主要處理單元出水水質(zhì)進行監(jiān)測，最終結(jié)果取監(jiān)測平均值。各類污染物均到達園區(qū)污水處理廠的納管標準。監(jiān)測數(shù)值如表4所示。

表4 污水處理單元平均出水水質(zhì)及去除率Tab.4 Average effluent quality and removal rate of sewage treatment unit

5 工程投資及運行成本

1) 工程投資費用：本項目總投資42.25萬元，其中土建費用為28萬元，設(shè)備及安裝費用16.25萬元，工程設(shè)計、調(diào)試費用8萬元。

2) 系統(tǒng)運行費用：本工程只考慮藥劑費、電費、人工費，不計維修費、浮油和污泥的處置費用。藥劑消耗費用：每天添加9 kg PAC、0.09 kg PAM，藥劑費用約為0.7元/m3；系統(tǒng)裝機功率為12.35 kW，日常運行功率為5 kW，合計用電量為120 kW·h-1·d-1，電費約為2.6元/m3；污水站由1名全職人員和1名車間兼職人員管理，人工費用約為3.4元/m3。即噸水成本約為6.7元/t。

6 結(jié)論及建議

經(jīng)過3個月的調(diào)試運行，本項目采用“隔油+混凝氣浮+UASB+MBBR”組合法處理機械加工清洗廢水，系統(tǒng)運行良好，出水穩(wěn)定達到所在工業(yè)園區(qū)污水處理廠的納管標準。通過“隔油+混凝氣浮”物化法對廢水進行前處理，去除廢水中的石油類、SS、COD等污染物，為后續(xù)的生化處理減輕負荷。廢水經(jīng)過UASB反應(yīng)器厭氧處理去除大量的有機物并且進一步提高廢水的可生化性，使污水在好氧段的MBBR池處理后可以穩(wěn)定達標。整個系統(tǒng)對COD的處理效率為95.5%、對石油類的處理效率為98.8%、對SS的處理效率為92.1%。該系統(tǒng)占地面積小，處理成本合理，自動化水平較高，對類似的水基切削液清洗廢水具有一定的工程參考價值。