汪 超，陳蓉蓉，周健飛，薛 琦

(江蘇龍環(huán)環(huán)境科技有限公司 咨詢?nèi)?，江蘇 常州 213000)

1 引言

電鍍作為機(jī)械裝備制造、電子信息等領(lǐng)域的重要配套環(huán)節(jié)，決定區(qū)域裝備設(shè)備制造水平先進(jìn)性，尤其在智能化制造時代，有著極其重要的作用[1]。然而我國電鍍行業(yè)尚以大量消耗資源的粗放型經(jīng)營為特點(diǎn)，部分企業(yè)由于疏于監(jiān)管，超標(biāo)排污現(xiàn)象偶有發(fā)生，未經(jīng)處理達(dá)標(biāo)的電鍍廢水排入河道、池塘，滲入地下，對環(huán)境造成嚴(yán)重的污染和危害，重金屬污染已成為電鍍行業(yè)重要的特征污染物[2，3]。電鍍生產(chǎn)過程中排放的重金屬主要以絡(luò)合形態(tài)存在，由于水質(zhì)復(fù)雜且波動性大，因此電鍍廢水是最難處理的工業(yè)廢水之一[4]。目前，電鍍廢水的處理主要有化學(xué)法、物理法、物理化學(xué)法和生物法等方法[5，6]。

目前，某行政區(qū)內(nèi)已有8家電鍍企業(yè)，但布局分散、規(guī)模小，傳統(tǒng)工藝占主導(dǎo)，部分領(lǐng)域電鍍工藝完全依靠外協(xié)解決，給下游企業(yè)帶來了較大的成本壓力，同時影響地區(qū)相關(guān)產(chǎn)業(yè)的綜合競爭力。根據(jù)區(qū)域發(fā)展實(shí)際情況及后期規(guī)劃，擬將區(qū)域現(xiàn)有分散的電鍍企業(yè)進(jìn)行集中化規(guī)?；芾?，同時引進(jìn)部分區(qū)內(nèi)亟需的電鍍種類，更好地滿足周邊地區(qū)制造業(yè)對電鍍行業(yè)的需求。因此，區(qū)域內(nèi)擬投資建設(shè)表面處理中心，實(shí)現(xiàn)電鍍行業(yè)集群化、規(guī)范化發(fā)展的客觀需要，也有利于滿足不斷擴(kuò)張的電鍍市場需求，提升地區(qū)產(chǎn)業(yè)綜合競爭力，促進(jìn)經(jīng)濟(jì)高質(zhì)量發(fā)展。

2 污水處理設(shè)計

2.1 設(shè)計處理水質(zhì)水量

根據(jù)周邊地區(qū)電鍍市場容量及區(qū)域發(fā)展規(guī)劃，表面處理中心擬引進(jìn)各類滾鍍、掛鍍鋅生產(chǎn)線、鍍銅、鎳、鉻生產(chǎn)線、酸洗磷化、化學(xué)鍍、鍍貴金屬、電解拋光生產(chǎn)線等自動化電鍍生產(chǎn)線150～250條，總表面處理面積為311～518萬m2/年。

參考相關(guān)規(guī)范中關(guān)于電鍍廢水的常見分類情況。廢水處理站的廢水分為9類：含鉻廢水、化學(xué)鎳廢水、含鎳廢水、含銅含磷廢水、含銀含氰廢水、酸堿廢水、混合廢水、初期雨水、生活污水[7]。根據(jù)金屬表面處理中心電鍍面積折算，項目產(chǎn)生的廢水總量為1378000～1554000 m3/年，同時按照表面處理中心各個電鍍線自來水使用量折算廢水產(chǎn)生量，廢水總量為4570 m3/d。金屬表面處理中心廢水處理站廢水設(shè)計總量為5000 m3/d?？紤]項目實(shí)際建設(shè)過程中，存在項目入駐時間不一，生產(chǎn)排放廢水量及水質(zhì)的波動的情況，廢水處理站分兩期建設(shè)，一期、二期設(shè)計處理規(guī)模分別為2500 m3/d。本次以2500 m3/d處理規(guī)模為例開展設(shè)計。

參考同類工程經(jīng)驗，含鉻廢水約占總廢水量的14%，此次設(shè)計水量為350 m3/d，廢水進(jìn)出水設(shè)計指標(biāo)如表1所示。

表1 含鉻廢水設(shè)計進(jìn)出水指標(biāo)

2.2 污水處理工藝流程及說明

2.2.1 還原系統(tǒng)

2.2.1.1 調(diào)節(jié)池

含鉻廢水主要來源于鍍鉻、鈍化、化學(xué)鍍鉻、陽極化處理等工藝，廢水中污染物主要為六價鉻、三價鉻、銅、鐵等金屬離子和硫酸等；鈍化、陽極化處理等廢水還含有被鈍化的金屬離子以及部分添加劑、光亮劑等[8]。一般廢水中六價鉻濃度在200 mg/L以下，pH值為4～6。

含鉻廢水先經(jīng)調(diào)節(jié)池收集，達(dá)到穩(wěn)定水量及水質(zhì)的目的,調(diào)節(jié)池設(shè)計停留時間大于8 h。含鉻廢水調(diào)節(jié)池利用穿孔曝氣的方式，對進(jìn)水進(jìn)行混合。水池配套液位計，帶信號傳輸，液位計與進(jìn)水泵聯(lián)動，同時了解并調(diào)節(jié)系統(tǒng)處理水量，在進(jìn)水泵后端設(shè)置流量計。含鉻廢水經(jīng)收集，均衡水質(zhì)水量后，經(jīng)泵提升進(jìn)入含鉻廢水還原池。

2.2.1.2 還原池

還原沉淀法是目前應(yīng)用較為廣泛的含鉻廢水處理方法[9]?；驹硎窃谒嵝詶l件下向廢水中加入還原劑，將Cr6+還原成Cr3+[10]。然后再加入氫氧化鈉或代堿劑，使其在堿性條件下生成氫氧化鉻沉淀，從而去除鉻離子。該類廢水中兼有Cr3+、Cr6+離子及其他金屬離子，為使Cr6+還原為Cr3+在后續(xù)工段中去除，首先投加酸調(diào)節(jié)pH至2、3之間(由在線pH儀自動控制投加量)，再投加還原劑將Cr6+還原為Cr3+在后續(xù)工段中去除，ORP控制在250 mV以下(由在線ORP儀自動控制投加量)。還原池設(shè)計停留時間為1h，利用攪拌器對還原池進(jìn)行攪拌，保證廢水與藥劑充分接觸。鉻還原反應(yīng)方程式如下：

2.2.2 兩級反應(yīng)沉淀系統(tǒng)

2.2.2.1 一級反應(yīng)沉淀池

經(jīng)還原后的廢水中污染因子為三價鉻，同時還有部分其他的金屬離子，根據(jù)在堿性條件下，三價鉻及銅離子會生成氫氧化物沉淀的原理，調(diào)節(jié)反應(yīng)pH環(huán)境，達(dá)到去除廢水中重金屬離子的目的。一級反應(yīng)沉淀池包括調(diào)堿池、PAC池、PAM池及沉淀池，設(shè)計水力停留時間為30 min。

(1)調(diào)堿池。廢水進(jìn)入調(diào)堿池，通過加藥系統(tǒng)在調(diào)堿池投加氫氧化鈉，根據(jù)氫氧化物沉淀形成及再溶解所需pH值，氫氧化鉻沉淀開始pH值為6.8，沉淀開始溶解pH值為12，同時氫氧化鉻溶度積為7×10-31。為此，調(diào)堿池加堿后，Cr3+與廢水中的堿性物質(zhì)反應(yīng)生成細(xì)小的氫氧化物顆粒，最終去除，反應(yīng)方程式如下：

Cr3++3OH-→Cr(OH)3↓

(2)PAC、PAM池。投加PAC和PAM與廢水充分進(jìn)行絮凝反應(yīng)，使銅離子、Cr3+沉淀分離，PAC池和PAM池的水力停留時間為30 min。

(3)一級沉淀池?；炷磻?yīng)后的混合廢水進(jìn)入一級沉淀池沉淀，達(dá)到固液分離的目的。一級沉淀池污泥經(jīng)污泥泵進(jìn)入污泥池濃縮暫存。一級沉淀池設(shè)計污泥表面負(fù)荷低于0.7 m3/m2·h。

2.2.2.2 二級反應(yīng)沉淀池

為保證含鉻廢水重金屬的處理效果，增設(shè)二級反應(yīng)沉淀系統(tǒng)。

(1)重捕劑池。通過投加重捕劑，進(jìn)一步去除廢水中重金屬離子。重捕反應(yīng)pH范圍在10～11。反應(yīng)池設(shè)計停留時間為30 min，配套不銹鋼襯塑攪拌器重捕后的廢水，進(jìn)入PAM池。

(2)PAM池。PAM池的增設(shè)是為了提高重金屬沉淀物的沉淀效果。反應(yīng)池設(shè)計停留時間為30 min，配套不銹鋼襯塑攪拌器，攪拌速度在15 r/min，慢速攪拌，滿足混合溶液混合的條件，同時不打破助凝形成的釩花。

(3)二級沉淀池?；炷磻?yīng)后的廢水進(jìn)入二級沉淀池沉淀，達(dá)到固液分離的目的。二級沉淀池污泥經(jīng)污泥泵進(jìn)入污泥池濃縮后進(jìn)入污泥脫水系統(tǒng)。二級沉淀池設(shè)計污泥表面負(fù)荷低于0.7 m3/m2*h。兩級反應(yīng)沉淀后，系統(tǒng)出水經(jīng)膜過濾后進(jìn)入后續(xù)生化處理系統(tǒng)。

系統(tǒng)廢水后端設(shè)置中間罐，配套出水在線監(jiān)測裝置，避免一類污染物進(jìn)入生化處理系統(tǒng)(圖1)。

圖1 含鉻廢水處理工藝流程

2.3 主要構(gòu)筑物設(shè)計參數(shù)和設(shè)備選型

含鉻廢水主要重金屬污染物為六價鉻、銅離子，廢水pH值為4～6。含鉻廢水經(jīng)調(diào)節(jié)池收集后，經(jīng)還原池反應(yīng)，在酸性環(huán)境中，利用焦亞硫酸鈉將六價鉻轉(zhuǎn)化為三價鉻。廢水還原后經(jīng)兩級混凝沉淀反應(yīng)，達(dá)到去除鉻和銅離子的目的。經(jīng)預(yù)處理后，重金屬得到有效處置，預(yù)處理后的含鉻廢水進(jìn)入后續(xù)生化處理系統(tǒng)的調(diào)節(jié)池。

(1)調(diào)節(jié)池。設(shè)計容積175 m3，污水停留時間11 h，池體尺寸：L7m×W5m×H5m，配套穿孔曝氣系統(tǒng)1套，含鉻廢水提升泵2臺(參數(shù)：流量15 m3/h，揚(yáng)程10 m，功率2.2 kW)，流量計1只，液位計1只。

(2)還原池。設(shè)計容積：15 m3，污水停留時間1 h，池體尺寸：L1m×W3m×H5m，配套攪拌器2臺(功率1.1 kW)，pH調(diào)節(jié)裝置1套，還原劑投加裝置1套。

(3)一級反應(yīng)沉淀池。設(shè)計容積180 m3，污泥表面負(fù)荷：0.5 m3/m2·h，池體尺寸：L6 m×W6 m×H5m，配套設(shè)備刮泥機(jī)1臺(功率：0.75 kW)，污泥泵2臺(參數(shù)：流量15 m3/h，揚(yáng)程15 m，功率3 kW)，調(diào)堿池(容積：12 m3、污水停留時間48 min、池體尺寸L1m×W2.4m×H5.0m)，pH值調(diào)節(jié)裝置1套，PAC池(容積12 m3、污水停留時間48 min、池體尺寸L1m×W2.4m×H5.0m)，攪拌器1臺(1.5 kW)，PAC加藥裝置1套，PAM池(容積12 m3，污水停留時間48 min，池體尺寸L1m×W2.4m×H5.0m)，PAM加藥裝置1套。

(4)二級反應(yīng)沉淀池。設(shè)計容積180 m3(污泥表面負(fù)荷0.5 m3/m2·h，池體尺寸：L6m×W6m×H5m)，配套設(shè)備刮泥機(jī)1臺(功率：0.75 kW)，污泥泵2臺(參數(shù)：流量15 m3/h，揚(yáng)程15 m，功率3 kW)，重捕池(容積12 m3，污水停留時間48 min，池體尺寸L1×W2.4×H5.0m)，攪拌器1臺(1.5 kW)，重捕劑加藥裝置1套，PAM池(容積12 m3，污水停留時間48 min，池體尺寸L1 m×W2.4 m×H5.0 m)，攪拌器1臺(1.5 kW)，PAM加藥裝置1套。

(5)膜過濾系統(tǒng)。設(shè)計容積40 m3(池體尺寸：L2 m×W2.5 m×H4.0 m，膜通量：20 L/m2·h)，膜清洗系統(tǒng)1套，清洗藥劑2套，穿孔曝氣系統(tǒng)1套，膜過濾出水泵2臺(參數(shù)：流量15 m3/h，揚(yáng)程15 m，功率2.2 kW)流量計1只，鉻/六價鉻在線監(jiān)測設(shè)備1臺，流量計1只。

3 廢水處置效果分析

根據(jù)《電鍍污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》要求，預(yù)處理出水金屬鉻需達(dá)到相應(yīng)的處理標(biāo)準(zhǔn)。同時，為保證生化處理的穩(wěn)定性，廢水經(jīng)物化預(yù)處理后總鉻指標(biāo)也需滿足生化要求。故針對離子態(tài)鉻，沉淀完全的情況下，計算鉻離子殘留離子濃度，計算數(shù)值見表2。

表2 金屬離子理論殘留濃度

表2數(shù)據(jù)為理論數(shù)值，沉淀法中要求沉淀完全程度大于99.9%，而沉淀完全與否是根據(jù)反應(yīng)達(dá)平衡后，沉淀的溶解度來判斷。影響沉淀溶解度的主要因素有以下幾種：同離子效應(yīng)、異離子效應(yīng)(鹽效應(yīng))、酸效應(yīng)、配位效應(yīng)，以上因素使沉淀的溶解度增大的現(xiàn)象。實(shí)際反應(yīng)過程中，由于以上因素影響不可避免，殘留離子濃度會高于理論計算值，但實(shí)際污染物鉻出水濃度仍然遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于排放濃度。

4 結(jié)論

本文根據(jù)實(shí)地調(diào)研資料及當(dāng)?shù)厍闆r，結(jié)合項目設(shè)計對某表面處理中心含鉻廢水預(yù)處理進(jìn)行初步設(shè)計，設(shè)計總體工藝路線為“調(diào)節(jié)+還原反應(yīng)+二級沉淀+膜超濾”，設(shè)計出水總鉻指標(biāo)滿足《電鍍污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB21900-2008)表2標(biāo)準(zhǔn)，該工程設(shè)計方案對于含鉻電鍍廢水治理具有一定的應(yīng)用推廣作用。