某工業(yè)園區(qū)電鍍廢水處理工藝改造的實驗與探索
摘 要: 為解決工業(yè)園區(qū)電鍍廢水處理后水質(zhì)未能達標排放的問題, 文章采用混凝沉淀—UF/ 超濾工藝取代原沙濾工段,進行了方案比選,研究了各改造工段的最佳運行參數(shù)和經(jīng)濟技術(shù)可行性。結(jié)果表明,，當混凝段PAC投加量為10mg / L,，PAM 投加量為70mg /L ，UF工段運行壓力0.25MPa,透過率為0.8時,出水中Ni2+、CU2+ ,、總Cr,、Cr6+ 濃度分別 為0.35、0.38,、0.42和0.22mg / L,，改造成本僅增加0.8元/t；處理后水質(zhì)符合廣東省地方污染物排放和國家電鍍廢水處理標準中最嚴要求,改造工藝技術(shù)可行性較好,。
建設(shè)生態(tài)文明是中華民族永續(xù)發(fā)展的千年大計,黨的十九大報告強調(diào),必須樹立和踐行綠水青山就是金山銀山的理念,像對待生命一樣對待生態(tài)環(huán)境,；廣東省是經(jīng)濟大省，電鍍行業(yè)發(fā)展非常迅猛,，但電鍍廢水不達標排放現(xiàn)象時有發(fā)生,，嚴重污染了區(qū)域和地方環(huán)境，有效地防治污染是建設(shè)幸福廣東的必然要求[１] ,；珠海市某工業(yè)園擁有一批電鍍企業(yè),，主要涉及鍍銅、鍍鎳,、鍍鉻等電鍍工藝,， 廢水含有大量的 CU2+ 、總Cr,、Ni2+ ,、Cr6+ ,經(jīng)過簡單的化學(xué)法處理之后,集中到該工業(yè)園污水處理站某一工段進行集中處理，由于該集中處理站工藝簡單,、設(shè)備陳舊等原因,，導(dǎo)致CU2+ 、總Cr,、Ni2+ 等污染物未能達標排放;文章對該電鍍廢水處理 工藝,，分析出水不達標的原因，以小試實驗的方式,，探索改造廢水處理工段,，使廢水達到廣東省地方標準《水污染物排放限值》 (DB / 26 - 2001) 和 《電鍍污染物排放標準》 (GB21900 - 2008)等兩者最嚴標準。
1 原工藝及存在問題
1.1 原有工藝
1.1.1 原有工藝流程
原廢水處理工藝流程,見圖1,。
1.1.2 原工藝進水狀況
該工業(yè)園電鍍廠排放廢水,，重金屬離子濃度很高，且酸性較強,，具體水質(zhì)狀況,，見表 １。
1.1.3 原工藝出水狀況
根據(jù)水處理站實測數(shù)據(jù),，原廢水處理工藝長期穩(wěn)定運行的出水水質(zhì),，見表２,。出水中CU2+ 、Ni2+ ,、總Cr等指標不能滿足廣 東省地方標準《 水污染物排放限值》(DB / 26 - 2001)和《 電鍍污染物排放標準》(GB21900 - 2008)等兩者最嚴標準;其中,，Cr6+勉強達標。
1.2 存在問題
1.2.1 水質(zhì)波動較大
該廢水處理站進水水質(zhì)隨生產(chǎn)線生產(chǎn)產(chǎn)品的變化而變化,，波動較大,，水質(zhì)不穩(wěn)定。鍍銅,、鍍鎳和鍍鉻業(yè)務(wù)量取決于市場的變化,，從長期來看，各重金屬離子濃度隨業(yè)務(wù)量的改變而波動,，增加了廢水的復(fù)雜程度,。
1.2.2 進水水量超過設(shè)計規(guī)模
隨著企業(yè)生產(chǎn)規(guī)模的擴大，廢水水量從120m³/ｄ增長至240m³/ｄ,，但廢水處理站規(guī)模沒有隨之擴大,，導(dǎo)致廢水處理站構(gòu)筑物容積不足，水力停留時間過短,，處理效果變差,。且場地有限，對升級改造無法提供更多的利用空間,。
1.2.3 重金屬離子逃逸嚴重
原廢水處理工藝不能達標排放,，主要是由于進水量超過負荷，且水質(zhì)波動較大,，重金屬離子過濾效果差,，導(dǎo)致的重金屬絮體或離子逃逸。
2 改造方案比選
2.1 方案比選
電鍍廢水處理一般采用物理處理,、化學(xué)處理和生物處理等處理方法相結(jié)合的工藝,，兼顧去除重金屬離子和有機物，常見的電鍍廢水處理工藝有:混凝沉淀—微濾/ＭＦ—反滲透/RO工藝,，化學(xué)反應(yīng)—MBR工藝,，化學(xué)反應(yīng)—混凝沉淀—UF/超濾。廢水處理工藝的選擇或改造,，要針對既定的廢水水質(zhì)和原有工藝,，既要考慮技術(shù)可行性，又要考慮經(jīng)濟可行性,。
混凝沉淀—微濾/MF—反滲透/RO工藝能較好的滿足技術(shù)可行性的要求,，出水水質(zhì)很好，但反滲透/RO膜組件本身價格昂貴,，運行壓力較高,，且容易污染,，反清洗頻繁，處理成本較高[３]化學(xué)反應(yīng)—MBR工藝本身也具有較好的技術(shù)可行性,，但由于原水ＣOＤ較低，原處理工藝對有機物可以達標排放,，無須選擇活性污泥工藝,，且ＭＢＲ工藝本身運行維護較為復(fù)雜[４]。因而化學(xué)反應(yīng)—混凝沉淀—ＵＦ/超濾具有更好的經(jīng)濟和技術(shù)可行性,。
2.2 確定推薦方案
根據(jù)以上方案比選可知,，選擇如下組合工藝：化學(xué)反應(yīng)—混凝沉淀—UF/超濾，見圖２,。
原廢水處理工藝CU2+ ,、Ni2+ 、總Cr均難以達標排放,，尤其是總Cr,，超標比較嚴重，主要原因有二,，首先是還原池對Cr6+處理效果不理想,，出水中殘留Cr6+平均接近0.5ｍｇ/Ｌ，據(jù)觀察發(fā)現(xiàn),，并非加藥量不夠,，而是因為混合手段比較原始，不能充分反應(yīng);其次是過濾效果不好,，在混合反應(yīng)階段,，加堿生成的Cr(OＨ)３沉淀顆粒極為細小，砂濾工段長期運行后截留效果有限,，導(dǎo)致總Cr嚴重超標,，CU2+ 、Ni2+等沉淀物也部分滲出,，出水水質(zhì)常有超標現(xiàn)象,。選擇化學(xué)反應(yīng)—混凝沉淀—UF/超濾改造工藝，可以有效解決以上兩方面的問題,，在綜合反應(yīng)池后添加混凝工段,，投加高分子有機和無機絮凝劑，有利于通過吸附架橋作用,，保證總總Cr(OＨ)３,、CU(OＨ)２、Ni(OＨ)２等沉淀物形成較大的絮體[５],，沉淀分離后,，再利用ＵＦ膜的超強過濾作用,，攔截殘留的細小絮體和沉淀物，保證廢水達標排放,。
2.3 實驗方法
以綜合反應(yīng)池出水后的處理工段改造為研究對象,，在綜合反應(yīng)池后添加混凝工段，并將砂濾工段改成沉淀,，其后增加超濾處理工段,。研究探索改造工藝的技術(shù)可行性和操作參數(shù)，及在原有工段操作條件不變的前提下,，改造工藝對污染物的最佳去除效果,。原工藝處理水量為10m³/ｈ，實驗水規(guī)模為0.5m³/ｈ,，混凝-沉淀-ＵＦ等改造工段在實驗小試環(huán)境下開展研究與探索,，以CU2+、總Cr,、Ni2+去除效果為依據(jù),，以最佳操作參數(shù)為研究對象，開展實驗研究,。
3 結(jié)果與討論
3.1 混凝工段運行參數(shù)實驗
該電鍍廢水中的總Cr平均濃度高達135ｍｇ/Ｌ,，pH２~４之間；經(jīng)化學(xué)還原后流入綜合反應(yīng)池,，投加石灰量大概為100ｇ/Ｌ,。取化學(xué)反應(yīng)池后的出水0.5m³，先調(diào)整ｐＨ至６~９之間,，進行混凝沉淀實驗,，投加PAC和PAM，然后沉淀,，探索最合適的投加量及對重金屬離子的最佳去除率,。PAC投加量固定為10ｍｇ/Ｌ，隨著絮凝劑PAM投加量的不斷提高,，沉淀池出水中重金屬離子的濃度不斷降低,，見圖３。
由圖３可見,，當PAM加藥量達70ｍｇ/Ｌ時,，出水中CU2+和Ni2+含量為0.45和0.47ｍｇ/Ｌ，基本滿足地方和行業(yè)排放標準,，而總Cr進水為0.82ｍｇ/Ｌ,，不能達標排放。Ni2+和CU2+形成的化學(xué)沉淀物為絮體狀，本身會產(chǎn)生沉淀物網(wǎng)捕作用,，加入絮凝劑后,，吸附架橋作用將進一步提高沉淀物的去除效果[６]；而總Cr進水濃度比較高,，形成的沉淀物分散且細小,，加入絮凝劑后，起到了一定的去除效果,，但出水中總Cr仍然超標,，主要由逃逸的總Cr沉淀小顆粒引起，后續(xù)UF/超濾工藝可以較好的攔截該污染物,。
3.2 UF/超濾工段運行參數(shù)實驗
超濾的孔隙為10ｎｍ左右，具有較好的攔截進水中懸浮顆粒物的作用,。經(jīng)混凝沉淀之后,，進水中的Ni2+、CU2+,、總Cr等污染物的含量分別為0.45,、0.47和0.82ｍｇ/Ｌ。采用聚酰胺材質(zhì)的超濾膜組件,，在壓力為０.25ＭPa,，調(diào)整出水開關(guān)，使濾液透過率分別為0.4,，0.5,，0.6，0.7,，0.8,，0.9，１,，探索最佳的透過率,。UF/超濾透過率對出水水質(zhì)的影響，見圖４,。
由圖４可見,，當透過率為0.8左右時，Ni2+,、CU2+,、總Cr等污染物去除效果仍能維持在較好的水平，出水中Ni2+濃度為0.35ｍｇ/Ｌ,，CU2+濃度為0.38ｍｇ/Ｌ,，總Cr濃度為0.42ｍｇ/Ｌ，受制于混合效果的限制[７],，出水殘留少量游離態(tài)的Ni2+,、CU2+,，且混凝沉淀階段去除效果較好，因而Ni2+,、CU2+去除率僅分別為22.2％和19.1％,，而總Cr的48.8％去除率，效果較好,。當透過率為0.9和１時,，短期看仍有較好的出水水質(zhì)，但過高的透過率會導(dǎo)致UF/超濾膜濃差極化嚴重,，加快膜的老化,，最終惡化出水水質(zhì)，加快ＵＦ/超濾膜更換速率,，提高廢水處理成本[８],；最佳透過率為０.８左右。
3.3 結(jié)果對比分析
3.3.1 水質(zhì)結(jié)果分析
改造后的出水水質(zhì)對比,，見表３,。
從表３可看出,，該改造工藝出水能較好滿足廣東省地方標準《水污染物排放限值》 (DB / 26 - 2001) 和 《電鍍污染物排放標準》 (GB21900 - 2008)等兩者最嚴標準,，工藝技術(shù)可行,。
3.3.2 經(jīng)濟分析
該改造工藝主要增加混凝反應(yīng)池,，沉淀池,，ＵＦ/超濾膜組件,，見表４,。
工藝主要運行成本來自于混凝池和沉淀池的基建成本,，以及混凝劑投加,，UF/超濾膜購置及維護費用,，以及相關(guān)電費等，假設(shè)基建構(gòu)筑物使用壽命為20年,，根據(jù)市場價格測算,，運行成本增加０.８元/ｔ；加上原化學(xué)處理段成本１.２元/ｔ,，廢水處理總成本為２元/ｔ,。
4 結(jié)論
（1）根據(jù)珠海市某工業(yè)園區(qū)電鍍廢水處理工藝及進水水質(zhì)現(xiàn)狀，采用混凝沉淀—UF/超濾,，取代原沙濾工段,，能夠使得出水滿足排放要求，工藝技術(shù)可行性較好,。
（2）當混凝段ＰＡＣ投加量為10ｍｇ/Ｌ,，PAM投加量為70ｍｇ/Ｌ，UF/超濾工段運行壓力０.25ＭＰａ，透過率為０.８時,，改造工藝出水Ni2+,、CU2+、總Cr濃度為０.３５,、０.３８,、０.４２ｍｇ/Ｌ，滿足排放要求,。
（3）工藝改造后,，運行成本每天增加０.８元/ｔ，總運行成本２元/ｔ,，經(jīng)濟可行性較好,。
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