王俊先，胡志能，褚 銳，鄧偉權(quán)

(廣州恩維樂環(huán)境科技有限公司，廣東 廣州 510510)

1 工程概況及難點(diǎn)分析

1.1 工程概況

金屬表面處理通常包含磨光、拋光、除油、脫脂、酸洗、磷化等工序，上述工序會使用各類型清洗劑、表面活性劑、拋光劑、磷化劑等，最終在清洗工序中上述化學(xué)品被帶入生產(chǎn)廢水，廢水中主要污染物包含各類型表面活性劑、乳化油等，表現(xiàn)為高油脂、高總磷、高懸浮物、高COD及難降解等特性[1]。

廣州某科技公司是專業(yè)的金屬表面處理及熱處理加生產(chǎn)企業(yè)，主要生產(chǎn)高端手機(jī)金屬邊框，產(chǎn)品遠(yuǎn)銷海內(nèi)外，為滿足市場需求，該公司計(jì)劃擴(kuò)建生產(chǎn)線，擴(kuò)建后新增廢水處理規(guī)模為250 m3/d，該公司主要涉水生產(chǎn)工藝為清洗工序，其生產(chǎn)過程中產(chǎn)生一定量的金屬表面清洗廢水，含有大量懸浮物，膠體性和有機(jī)污染物以及油類，最高CODCr接近7 000 mg/L，B/C接近0.1，屬于高濃度不易降解廢水。

1.2 難點(diǎn)分析

(1)廢水成分復(fù)雜、濃度高、難降解，由于生產(chǎn)工藝的需求，上述清洗、拋光多數(shù)化學(xué)品藥劑為保密配方，使用多為復(fù)雜的難降解有機(jī)物，給后續(xù)處理帶來壓力；此外廢水中含有大量的乳化油，是貢獻(xiàn)COD的主要污染物，其乳化程度通常很高，處理需要考慮破乳工序；同時(shí)由于生產(chǎn)工序的復(fù)雜性，金屬表面處理廢水不可避免含有大量的磷化物及少量的重金屬及其他污染物，處理工序復(fù)雜，難度大，要求高，通常需要采用物化與生化相結(jié)合的處理工藝[2-5]。

(2)項(xiàng)目用地緊張，本項(xiàng)目為新建生產(chǎn)項(xiàng)目，但由于生產(chǎn)車間布置原因，用于預(yù)留廢水處理站的面積十分有限，不滿足傳統(tǒng)生化工藝的用地，需要考慮物化+高級氧化+生化聯(lián)合處理的處理技術(shù)。

1.3 解決思路

鑒于本項(xiàng)目廢水特征及用地緊張的實(shí)際情況，本項(xiàng)目計(jì)劃將高級氧化引入處理工藝，首先采用混凝氣浮工藝，通過破乳破壞乳化體系，去除懸浮物及油脂，隨后廢水進(jìn)入高級氧化工序，高級氧化不以全部礦化污染物為目標(biāo)，僅以去除部分污染物，改善可生化性為主要目的，高級氧化的出水進(jìn)入后續(xù)好氧處理系統(tǒng)進(jìn)行處理，處理后出水達(dá)標(biāo)排放。

2 工藝設(shè)計(jì)

2.1 水量水質(zhì)

該新建項(xiàng)目廢水的處理規(guī)模為250 m3/d，20 h運(yùn)行，設(shè)計(jì)時(shí)處理量12.5 m3/h，設(shè)計(jì)的進(jìn)、出水水質(zhì)指標(biāo)如表1所示，出水執(zhí)行廣東省地方標(biāo)準(zhǔn)《水污染物排放限值》(DB44/26-2001)第二時(shí)段三級標(biāo)準(zhǔn)。

表1 設(shè)計(jì)進(jìn)水和出水水質(zhì)

2.2 工藝流程及說明

本項(xiàng)目中高級氧化工序是關(guān)鍵工序，目前以電芬頓為代表的類芬頓工藝在工程獲得了越來越多的應(yīng)用[6]，其主要原理是利用電化學(xué)法產(chǎn)生的H2O2和Fe2+作為芬頓試劑的持續(xù)來源，兩者產(chǎn)生后立即作用而生成具有高度活性的羥基自由基，使有機(jī)物得到降解，其實(shí)質(zhì)就是在電解過程中直接生成芬頓試劑，目前在化工、造紙、印染等廢水處理領(lǐng)域獲得了較多成功應(yīng)用，電芬頓根據(jù)作用原理分為陰極電芬頓及陽極電芬頓等多種形式，結(jié)合目前電芬頓應(yīng)用案例情況，本項(xiàng)目設(shè)計(jì)采用犧牲陽極形式的電芬頓技術(shù)。

根據(jù)進(jìn)水水質(zhì)情況和出水水質(zhì)要求，本項(xiàng)目最終設(shè)計(jì)采用“格柵隔油初沉池+調(diào)節(jié)池+氣浮+電芬頓高級氧化+接觸氧化池+MBR”的組合工藝，具體工藝流程見圖1。

工藝流程如下：原水從車間收集進(jìn)入初沉調(diào)節(jié)池，攔截柵渣、初步沉淀廢水中的懸浮物以及調(diào)節(jié)pH，調(diào)節(jié)出水進(jìn)入氣浮池，在氣浮池中投加PAC、PAM及破乳劑，對乳化液進(jìn)行破乳去除懸浮物及油脂，氣浮是本項(xiàng)目關(guān)鍵工序之一，廢水中相當(dāng)大部分COD在本階段被去除，處理后的出水進(jìn)入電芬頓工序，本項(xiàng)目電芬頓設(shè)計(jì)采用鐵陽極芬頓，即陽極溶解出鐵離子與外部投加的雙氧水反應(yīng)生成羥基自由基氧化難降解有機(jī)污染物，由于高級氧化成本較高，本項(xiàng)目設(shè)計(jì)控制雙氧水投加量，控制芬頓反應(yīng)礦化程度，起到改善生化性作用而不至于完全礦化難降解COD。電芬頓是本項(xiàng)目處理的關(guān)鍵重點(diǎn)，主要是針對難降解有機(jī)物的改善作用，為后續(xù)好氧處理創(chuàng)造有利條件，工程實(shí)踐表明，氣浮后出水再經(jīng)過電芬頓高級氧化后可生化性大大的提高，B/C從進(jìn)水的0.1提高到出水的0.4以上。電芬頓的出水流入好氧生化處理單元，好氧生化采用接觸氧化式MBR工藝，通過MBR及填料提高微生物量，提高去除效率，在生化單元中絕大部分有機(jī)物、氨氮被降解去除，MBR還具有過濾作用，出水懸浮物可控制在10 mg/L以內(nèi)。項(xiàng)目物化生化各個(gè)環(huán)節(jié)產(chǎn)生的污泥進(jìn)入污泥池后最終進(jìn)入板框脫水機(jī)壓濾脫水。

2.3 主要處理單元及設(shè)計(jì)參數(shù)

(1)格柵隔油初沉池：數(shù)量：1座；結(jié)構(gòu)尺寸5.00×1.20×4.50 m，表面負(fù)荷2.08 m3/m2·h，配套排泥系統(tǒng)。

(2)人工格柵：數(shù)量：1座；設(shè)置人工格柵1臺，不銹鋼，設(shè)在隔油初沉進(jìn)水處。

(3)調(diào)節(jié)池：數(shù)量：1座；結(jié)構(gòu)尺寸6.00 m×5.00 m×5.00 m，有效容積135 m3，HRT=10.8 h，配套氣體攪拌系統(tǒng)。

(4)氣浮機(jī)：數(shù)量：1座；氣浮機(jī)含有攪拌系統(tǒng)、加藥系統(tǒng)、氣浮系統(tǒng)和排泥系統(tǒng)，處理量為250 m3/d；進(jìn)氣壓力為0.5 MPa，功率12 kW，設(shè)備分離區(qū)尺寸3.0×1.5×2.0 m；主要投加鋁鹽、鐵鹽、PAM藥劑。

(5)電芬頓高級氧化池：數(shù)量：2座；單座凈尺寸3.00 m×2.00 m×1.50 m；單座有效容積7.5 m3，單套電極21塊(10陰11陽，材質(zhì)均為碳鋼，厚10 mm)，單塊電極面積：1.0 m2，極板間距80 mm，配套電源，功率15 kW；設(shè)備材質(zhì)為碳鋼環(huán)氧煤瀝青涂刷防腐。

(6)接觸氧化池：數(shù)量：2座；新建地下鋼砼結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)尺寸(8.00 m×4.00 m×5.50 m)，總有效容積320 m3，停留時(shí)間T=25 h，容積負(fù)荷4.78 kgCOD/m3.d，總供空氣量5 000 m3/d。

(7)MBR池：數(shù)量：1座；新建地下鋼砼結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)尺寸(4.00 m×2.00 m×5.50 m)，有效容積40 m3，停留時(shí)間T=3.2 h。

(8)剩余污泥處理系統(tǒng)。新建1座地下式污泥濃縮池，結(jié)構(gòu)尺寸(4.70 m×3.50 m×4.50 m)，有效容積65 m3，平均每日產(chǎn)絕干污泥量500 kg，濃縮后含水98%，污泥體積25 m3。

3 運(yùn)行情況

(1)調(diào)試運(yùn)行效果。本工程取某城市污水處理廠的活性污泥進(jìn)行馴化，經(jīng)過3個(gè)月的調(diào)試，系統(tǒng)運(yùn)行情況穩(wěn)定，處理出水效果較好。各項(xiàng)出水指標(biāo)均達(dá)到廣東省《水污染物排放限值》(DB44/26-2001)第二時(shí)段三級標(biāo)準(zhǔn)，各單元出水水質(zhì)見表2。

表2 系統(tǒng)主要單元處理效果

(2)運(yùn)行費(fèi)用分析。廢水處理工程的運(yùn)行成本為19.25元/m3，其中：

①電費(fèi)：工程每天耗電為1 070 kW·h，電價(jià)為0.65元/(kW·h)，則電費(fèi)為2.78元/m3；

②藥劑費(fèi)：PAC(粉劑)投加量：300 mg/L，藥劑單價(jià)：2.5元/kg，PAC藥劑費(fèi)為0.75元/m3；破乳劑(30%三氯化鐵)投加量：1 000 mg/L，藥劑單價(jià)：0.6元/kg，破乳劑藥劑費(fèi)為0.60元/m3；PAM投加量(含污泥)：30 mg/L，藥劑單價(jià)：12元/kg，PAM藥劑費(fèi)為0.36元/m3；液堿(32%)投加量：1 500 mg/L，藥劑單價(jià)：1.5元/kg，液堿藥劑費(fèi)為2.25元/m3；硫酸(50%)投加量：1 800 mg/L，藥劑單價(jià)：0.8元/kg，硫酸藥劑費(fèi)為1.44元/m3；雙氧水(50%)投加量：2 000 mg/L，藥劑單價(jià)：2.5元/kg，雙氧水藥劑費(fèi)為5.0元/m3；MBR膜片藥劑清洗及碳鋼消耗折合藥劑費(fèi)約為20元/天，折算約為0.08元/m3，則總藥劑費(fèi)為190元/m3，折合噸水費(fèi)為10.48元/m3；

注：以上藥劑費(fèi)均為處理規(guī)模250 m3/d的工況下折算噸水處理投加藥劑下的成本。

③污泥處置費(fèi)用：實(shí)際物化、生化污泥合計(jì)每噸水產(chǎn)泥率為2 000 mg/L，則每天產(chǎn)絕干污泥為500 kg，污泥脫水后污泥為1 667 kg(含水率為70%)(含初沉池及生化池污泥)，按500元/m3的處置費(fèi)計(jì)算，污泥處置費(fèi)為833元/d，折算后的污泥處置費(fèi)用為3.33元/m3。

④人工費(fèi)：廢水處理站設(shè)專職管理人員4名，按工資為 5 000元/月/人，折算后的人工費(fèi)用為2.66元/m3。

4 結(jié) 論

(1)采用“氣浮+電芬頓高級氧化+接觸氧化+MBR”工藝處理高濃度金屬表面清洗廢水，可穩(wěn)定達(dá)到廣東省《水污染物排放限值》(DB 44/26-2001)第二時(shí)段二級標(biāo)準(zhǔn)，采用上述工藝適用于現(xiàn)場用地緊張的應(yīng)用場景，具有處理效果好，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，耐沖擊負(fù)荷能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。

(2)工程運(yùn)行結(jié)果表明，該工藝處理研磨清洗廢水的CODCr去除效率為95%，噸水直接運(yùn)行成本為19.25元/m3。