袁 寶

（廣東新大禹環(huán)境科技股份有限公司，廣東 廣州 5106600）

徐少華

（廣東省科學院資源利用與稀土開發(fā)研究所，廣東 廣州 510650）

（佛山能磁環(huán)境科技有限公司，廣東 廣州 510650）

0 前言

化學沉淀是目前印制電路板（PCB）園區(qū)廢水治理的主流工藝之一，是去除水中重金屬、總磷等污染物的關鍵方法，也是生物法等工藝的主要預處理工藝[1]。PCB園區(qū)廢水往往混有其他工業(yè)廢水，隨著排放標準的提高，普遍需要采用多級化學沉淀和深度除磷處理，以達到排放要求。

傳統(tǒng)化學沉淀法由于表面負荷低、沉降速度慢，所以占地面積大，且沉降效果易受到水質波動影響。隨著PCB園區(qū)發(fā)展，企業(yè)數(shù)量不斷增加，部分園區(qū)污水處理廠常年滿負荷運行仍不能滿足需求，新建或改擴建污水處理設施則受制于場地缺乏[2]。因此，提高化學沉淀法的沉淀效率，縮小占地面積或提高原有沉淀池的處理能力，穩(wěn)定處理效果，是現(xiàn)實的迫切需求。

磁凈化技術是近年來涌現(xiàn)的新興技術，在黑臭水體治理、污水廠提標改造等領域廣泛應用，其突出優(yōu)點是處理效率高、占地面積小、出水水質穩(wěn)定[3]。本文結合廣東省某PCB園區(qū)廢水處理工藝流程，將磁凈化技術應用于原水一級沉淀和總磷深度處理工藝段，研制工業(yè)廢水專用一體化磁凈化裝備，進行連續(xù)中試試驗，為PCB園區(qū)廢水治理提標擴容提供參考。

1 項目背景

廣東省某工業(yè)園內唯一指定以PCB企業(yè)排放廢水為主的集中污水處理廠，一期設計處理量12 000噸/天。近年來隨著排放標準的不斷提升和園區(qū)處理水量的不斷增加，企業(yè)不斷增加新工藝和新設施，用地緊張問題凸顯。該污水處理廠以處理PCB廢水為主，包括原水調節(jié)池、一級化學沉淀系統(tǒng)、二級化學沉淀系統(tǒng)、生化處理系統(tǒng)和MBR（膜生物反應器）膜系統(tǒng)等。

2 磁凈化技術及中試裝備

2.1 磁凈化技術

磁凈化技術是化學絮凝、磁加載循環(huán)和高效沉淀相結合的一種先進高效固液分離技術。該技術是向污水中投加適量微米級磁種，在水中形成無數(shù)微細粒的“磁心”，在混凝劑和絮凝劑的作用下，“磁心”和水中懸浮態(tài)污染物形成磁性絮團，磁性絮團具備高密度和高磁性兩大特點，在沉淀池中高效沉降于底部，上清液穩(wěn)定達標外排。沉降池底部一部分磁性絮團直接回流至反應箱，另一部分磁性絮團則進入磁種循環(huán)回用系統(tǒng)，磁種被回收并重復投加至反應箱內，剩余污泥則外排至污泥處置系統(tǒng)。磁凈化技術具有表面負荷高、占地面積小、出水效果好、波動適應性強、運行成本低等優(yōu)點。

2.2 工業(yè)廢水專用一體化磁凈化裝備

為了應對工業(yè)廢水高懸浮物、高石灰、強腐蝕性等性質，開發(fā)的工業(yè)廢水專用一體化磁凈化裝備如圖1所示。該裝備由反應系統(tǒng)、高效沉淀池、磁加載循環(huán)系統(tǒng)、反沖洗系統(tǒng)、加藥系統(tǒng)和電控箱組成，具備較好的防腐功能和強化磁種回收功能，設計處理能力800 m3/d，外形尺寸為：3.8 m×2.5 m×4.2 m，占地面積約9.5 m2，斜管有效面積為1.56 m2，設備電耗清單如表1。

表1 一體化磁凈化設備功耗表

圖1 800 m3/d工業(yè)廢水專用一體化磁凈化裝備

3 試驗方案

3.1 試驗內容

根據(jù)水廠處理工藝流程，結合磁凈化技術特點，在原水一級沉淀段、深度除磷段使用一體化磁凈化裝備進行中試試驗，研究PCB園區(qū)廢水原水一級磁凈化沉淀和芬頓+磁凈化深度除磷的效果，考察磁種回收率、沉淀表面負荷、運行成本、電耗、一體化設備穩(wěn)定性。

3.2 試驗過程

3.2.1 原水一級磁凈化沉淀試驗

原水一級磁凈化沉淀試驗如圖2所示。原水進入調節(jié)池，投加石灰/重金屬捕收劑調節(jié)pH值至中性后由水泵泵入反應池內，依次投加磁種和絮凝劑PAM（聚丙烯酰胺絮凝劑），攪拌充分后，反應池中形成磁性絮團；反應池出水進入高效沉淀池中固液分離，上清液外排至下一級處理系統(tǒng)，底部污泥一部分回流至反應池，另一部分進入磁種回收系統(tǒng)，回收的磁種投加至反應池，剩余污泥外排至污泥濃縮池。連續(xù)中試試驗時間為15天。

圖2 原水一級磁凈化沉淀試驗

原水投加石灰/重金屬捕收劑后，懸浮物含量高，通過實驗優(yōu)化調整磁種補加量和PAM用量，得到較優(yōu)的藥劑用量為：磁種補加量26 mg/L，非離子PAM投加量為5.6 mg/L。

3.2.2 芬頓+磁凈化深度除磷試驗

完成原水一級磁凈化沉淀試驗后，對現(xiàn)場管道進行改造，將芬頓反應出水泵入一體化磁凈化裝備進行處理。芬頓出水懸浮物含量相對低，通過實驗優(yōu)化調整磁種補加量和PAM用量，得到較優(yōu)的藥劑用量為：磁種補加量9.3 mg/L，非離子PAM投加量為3.7 mg/L。連續(xù)穩(wěn)定試驗時間為15天。

3.3 試驗結果

3.3.1 原水一級磁凈化沉淀試驗結果

圖3是原水一級磁凈化沉淀進出水懸浮物濃度及去除率，可以看出原水投加石灰/重金屬捕收劑后懸浮物濃度在470 mg/L～1280 mg/L之間，平均進水懸浮物濃度為873.6mg/L；出水懸浮物濃度穩(wěn)定在30 mg/L以內，平均出水懸浮物濃度為11.07 mg/L；去除率最低95.8%，最高可達99.6%，平均去除率為98.73%。

圖3 原水一級磁凈化沉淀進出水懸浮物濃度及去除率

圖4是原水一級磁凈化沉淀出水效果，可以看出原水懸浮物濃度高，因水中銅離子含量高，呈深綠色；出水清澈透明，肉眼可見懸浮物低。一體化磁凈化設備對波動性較大、高懸浮物濃度、高石灰水濃度的原水處理具有良好的效果。

圖4 原水一級磁凈化沉淀出水效果

原水一級磁凈化沉淀進水穩(wěn)定為31 m3/h，最高進水為36 m3/h，斜管有效面積1.56 m2，則表面負荷穩(wěn)定為19.87 m3/(m2·h)，最高可達到23.08 m3/(m2·h)。

為了得到準確的磁種回收率，對每處理1000 m3水的進水懸浮物濃度、磁種池濃度、磁種有效濃度、磁種損失量進行取樣分析，得到結果如表2所示，每5000 m3水的實際磁種使用量如表3所示。從表2和表3中可以看出：測試得到的磁種損失量為0.026 g/L，磁種回收率為99.56%；磁種的實際損失量為0.023 g/L，二者誤差為11.5%，實際磁種損失量略小于測試值。磁種的市場單價約2元/kg，故原水一級磁凈化沉淀磁種成本為0.046元/噸水。

表2 原水一級磁凈化沉淀磁種回收率取樣分析結果表

表3 原水一級磁凈化沉淀磁種實際使用量表

原水一級磁凈化的絮凝劑成本為0.067元/噸水，電耗為0.129元/噸水，磁種成本為0.046元/噸水，一體化磁凈化裝置全自動化運行，人員工作主要為藥劑配置、檢查維護及取樣分析，本文對人工費不做詳細分析。原水一級磁凈化沉淀的運行成本如表4所示，除開人工費用的運行成本為0.242元/噸水。

表4 原水一級磁凈化沉淀運行成本

3.3.2 芬頓+磁凈化試驗結果

圖5是芬頓+磁凈化進出水懸浮物濃度及去除率，可以看出芬頓出水的懸浮物濃度相對較低，在122～406 mg/L之間，平均進水懸浮物濃度為246.3 mg/L；出水懸浮物濃度穩(wěn)定在10 mg/L以內，平均出水懸浮物濃度為5.9 mg/L；去除率最低96.1%，最高可達98.3%，平均去除率為97.59%。芬頓+磁凈化出水效果，可以看出進水呈灰黑色，出水清澈透明，未見“漂泥”現(xiàn)象，肉眼幾乎見不到懸浮物。一體化磁凈化設備對波動性較大、懸浮物濃度較高、微細粒漂浮物含量高的芬頓出水處理具有良好的效果。

圖5 芬頓+磁凈化進出水懸浮物濃度及去除率

芬頓+磁凈化進水穩(wěn)定為31 m3/h，斜管有效面積1.56 m2，表面負荷穩(wěn)定為19.87 m3/(m2·h)，由于受到現(xiàn)場水量等因素影響，未進一步提升進水水量，根據(jù)經(jīng)驗判斷，該一體化磁凈化設備可處理更高水量，即表面負荷可進一步提高。

為了得到準確的磁種回收率，對每處理1000 m3水的進水懸浮物濃度、磁種池濃度、磁種有效濃度、磁種損失量進行取樣分析，得到結果如表5所示，每5000 m3水的實際磁種使用量如表6所示。從表5和表6可以看出：測試得到的磁種損失量為0.011 g/L，磁種回收率為99.82%；磁種的實際損失量為0.0093 g/L，二者誤差為15.5%，實際磁種損失量略小于測試值。磁種的市場單價約2元/kg，故芬頓+磁凈化磁種成本為0.019元/噸水。

表5 芬頓+磁凈化磁種回收率取樣分析結果表

表6 芬頓+磁凈化磁種實際使用量表

芬頓+磁凈化的絮凝劑成本為0.045元/噸水，電耗為0.129元/噸水，磁種成本為0.019元/噸水，一體化磁凈化裝備全自動運行，人員工作主要為藥劑配置、檢查維護及取樣分析，本文對人工費不做詳細分析。芬頓+磁凈化的運行成本如表7所示，除開人工成本運行成本為0.193元/噸水。

表7 芬頓+磁凈化運行成本表

3.3.3 工業(yè)廢水一體化磁凈化裝備運行情況

面對PCB園區(qū)廢水水質波動性大、懸浮物濃度高、易結垢等復雜特性，工業(yè)廢水專用一體化磁凈化設備連續(xù)穩(wěn)定運行30天以上，總體運行平穩(wěn)可靠，主要設備未出現(xiàn)機械故障和電器故障，進出水水質、磁種回收率等達到預期效果。

4 結論

（1）磁凈化技術對PCB園區(qū)廢水原水進行連續(xù)處理：沉降表面負荷可達到23.08 m3/(m2·h)，進水懸浮物濃度1280 mg/L以內，出水懸浮物濃度穩(wěn)定在30 mg/L以內；磁種回收率為99.56%，磁種運行成本為0.046元/噸水；綜合運行成本為0.242元/噸。

（2）磁凈化技術對PCB園區(qū)廢水芬頓出水進行連續(xù)處理：沉降表面負荷可達到19.87 m3/(m2·h)，進水懸浮物濃度406 mg/L以內，出水懸浮物濃度穩(wěn)定在10 mg/L以內；磁種回收率為99.82%，磁種運行成本為0.019元/噸水；綜合運行成本為0.193元/噸。

（3）試用的工業(yè)廢水專用一體化磁凈化裝備，最高可處理PCB園區(qū)廢水原水864噸/天、芬頓出水744噸/天（實際可更高），占地面積相較傳統(tǒng)沉淀法顯著降低。中試階段設備運行平穩(wěn)可靠，展現(xiàn)出較好的性能。本次試驗僅為中試試驗，時間相對較短，在后期連續(xù)工業(yè)應用中進一步考察設備的處理效果和可靠性。

（4）對于現(xiàn)有PCB園區(qū)污水處理企業(yè)，磁凈化技術可原位提升污水處理能力和處理指標；對于新建PCB園區(qū)污水處理企業(yè)，磁凈化技術可顯著降低占地面積并穩(wěn)定出水指標。本次試驗僅為中試試驗，時間相對較短，建議在后期連續(xù)工業(yè)應用中進一步考察設備的處理效果和可靠性。