隨著國內(nèi)外汽車工業(yè)的發(fā)展，汽車涂裝廢水排放量逐年增加，對環(huán)境的污染日益嚴(yán)重〔1〕。某汽車有限公司主要從事汽車生產(chǎn)，排出的廢水由前處理線的脫脂廢水、磷化廢水、噴漆廢水和電泳廢水組成。汽車涂裝廢水中常含有表面活性劑、油類物質(zhì)、磷酸鹽、漆料、水溶性有機(jī)物、少量重金屬離子等污染物〔2〕。筆者采用物化、生化和反滲透相結(jié)合的工藝對該廠廢水 進(jìn)行深度處理并回用，處理后產(chǎn)水可滿足企業(yè)生產(chǎn)工藝用水的水質(zhì)要求，而反滲透濃水達(dá)到《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB 8978—1996)三級(jí)標(biāo)準(zhǔn)要求。
2 廢水水量與水質(zhì)
2.1 設(shè)計(jì)規(guī)模
根據(jù)建設(shè)方提供的水量情況并適當(dāng)考慮變化系數(shù)，設(shè)計(jì)處理規(guī)模為240 t/d，24 h連續(xù)運(yùn)行，其中120 t回用于生產(chǎn)，另外120 t達(dá)到《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB 8978—1996)三級(jí)標(biāo)準(zhǔn)后排放。
2.2 廢水水質(zhì)
該廢水水質(zhì)特點(diǎn)為：水質(zhì)波動(dòng)較大，廢水中無機(jī)物較多，可生化性較差，含有大量磷酸鹽和表面活性劑等。設(shè)計(jì)進(jìn)、出水水質(zhì)指標(biāo)見表 1。
3 廢水處理工藝流程
汽車工業(yè)廢水含有磷酸鹽、重金屬離子和油類物質(zhì)，生化性較差，目前國內(nèi)外一般采用物化法進(jìn)行預(yù)處理，后續(xù)采用生物處理工藝達(dá)標(biāo)排放，較其他方法具有處理效果穩(wěn)定、運(yùn)行成本低、操作維護(hù)簡單等特點(diǎn)，能有效解決汽車涂裝廢水的污染問題〔2, 3〕。但對于汽車工業(yè)廢水處理后回用于生產(chǎn)用水的工程實(shí)例報(bào)道較少。
該工程采用以下工藝流程：由脫脂廢水、磷化廢水、噴漆廢水和電泳廢水組成的綜合廢水混和后先經(jīng)混凝氣浮，然后加堿調(diào)節(jié)pH至合適范圍，加入混凝劑、絮凝劑，使廢水中的金屬離子生成絮體;隨后廢水進(jìn)入物化沉淀池，在重力作用下固液分離，調(diào)節(jié)上清液pH到6～9;后續(xù)生物處理階段采用缺氧、好氧工藝，通過微生物的作用去除污水中的有機(jī)物、氨氮等使污水得到凈化，然后廢水進(jìn)入生化沉淀池，在重力作用下固液分離，上清液經(jīng)砂濾器、炭濾器、超濾、保安過濾器和反滲透深度處理后回用于生產(chǎn)，反滲透濃水達(dá)到《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB 8978—1996)三級(jí)標(biāo)準(zhǔn)后排放。工藝流程如圖 1所示。
圖 1 工藝流程
4 主要處理構(gòu)筑物與設(shè)備
4.1 調(diào)節(jié)池
該池用于收集脫脂廢水、磷化廢水、噴漆廢水和電泳廢水等機(jī)械加工廢水，對各廢水進(jìn)行均質(zhì)均量，避免廢水的濃度負(fù)荷對后段工藝造成沖擊，保證處理效果。調(diào)節(jié)池設(shè)提升泵2臺(tái)，1用1備，設(shè)液位控制儀3套。通過液位控制提升泵，高位啟動(dòng)，低位停止，超高、超低位報(bào)警。另在池底設(shè)置曝氣攪拌裝置，使廢水充分混合，同時(shí)避免厭氧細(xì)菌滋生而產(chǎn)生異味。該池采用鋼砼結(jié)構(gòu)，地下式，工藝尺寸為9 000 mm×6 000 mm×4 500 mm ，有效停留時(shí)間21.6 h。
4.2 pH調(diào)整池
向該池加入堿調(diào)節(jié)至適合廢水中礦物油破乳的pH范圍。調(diào)節(jié)池設(shè)攪拌設(shè)施1套，藥劑投加裝置1套，pH控制器1套。堿的投加量受pH控制，由pH控制器自動(dòng)實(shí)現(xiàn)。該池采用鋼結(jié)構(gòu)，鋼結(jié)構(gòu)內(nèi)部環(huán)氧防腐，工藝尺寸為2 000 mm×2 000 mm×3 000 mm，有效停留時(shí)間1 h。
4.3 加藥反應(yīng)池
投加CaCl2、聚合氯化鋁(PAC)和聚丙烯酰胺(PAM)并機(jī)械攪拌，使廢水中的膠體以絮凝劑為凝聚核心，通過混凝劑的水解、吸附、架橋等作用，將懸浮物凝結(jié)為大的顆粒物。該池采用鋼砼結(jié)構(gòu)，設(shè)攪拌機(jī)設(shè)施1套，藥劑投加裝置1套。工藝尺寸為1 000 mm×1 000 mm×2 000 mm，有效停留時(shí)間1 h。
4.4 氣浮池
氣浮池由接觸池和分離池組成。廢水在接觸池內(nèi)與來自溶氣罐的溶氣水混合，析出的微小氣泡與廢水中的污染物接觸并附聚在一起，通過分離池的作用使附聚體浮于水面，得以刮除，而處理后的廢水從擋板下側(cè)流出進(jìn)入中和反應(yīng)槽。氣浮池采用鋼結(jié)構(gòu)，內(nèi)部FRP防腐，包含1套溶氣系統(tǒng)、1臺(tái)刮渣機(jī)、1臺(tái)空壓機(jī)以及1套電控設(shè)備。工藝尺寸為5 000 mm×2 000 mm×2 500 mm，有效停留時(shí)間2 h。
4.5 混凝池
向混凝池中投加聚合氯化鋁(PAC)，使細(xì)小懸浮物生成絮體。該池內(nèi)設(shè)機(jī)械攪拌設(shè)施1套，另設(shè) 1套混凝劑投加裝置，采用鋼結(jié)構(gòu)，鋼結(jié)構(gòu)內(nèi)部環(huán)氧防腐，工藝尺寸為2 000 mm×2 000 mm×3 000 mm ，有效停留時(shí)間1 h。
4.6 絮凝池
絮凝池投加聚丙烯酰胺(PAM)，使絮體顆粒增大，沉降速度加快。內(nèi)設(shè)機(jī)械攪拌設(shè)施1套，另設(shè)1套絮凝劑投加裝置，采用鋼結(jié)構(gòu)，鋼結(jié)構(gòu)內(nèi)部環(huán)氧防腐，工藝尺寸為2 000 mm×2 000 mm×3 000 mm，有效停留時(shí)間1 h。
4.7 物化沉淀池
采用斜管式沉淀池，處理能力大，處理效率高，停留時(shí)間短。經(jīng)混凝和絮凝處理后的廢水進(jìn)入該池，在重力作用下進(jìn)行固液分離，絮體自然沉淀，上清液則進(jìn)入下一道處理工藝，泥渣進(jìn)入污泥池處理。該池采用鋼結(jié)構(gòu)，設(shè)置斜管填料1套，排泥泵2臺(tái)，1用1備，工藝尺寸為2 000 mm×4 000 mm×4 000 mm。
4.8 缺氧池
缺氧條件下，廢水中的大分子有機(jī)物在微生物水解酶的作用下降解為小分子物質(zhì)，增強(qiáng)了可生化性，同時(shí)反硝化細(xì)菌在缺氧條件下生存和增殖，達(dá)到脫氮效果。缺氧池內(nèi)置穿孔曝氣裝置1套，采用鋼砼結(jié)構(gòu)，工藝尺寸為4 000 mm×7 500 mm×4 500 mm，有效停留時(shí)間12 h。
4.9 好氧池
經(jīng)過缺氧處理后的廢水進(jìn)入好氧池，進(jìn)行充氧曝氣，此時(shí)水中好氧菌占絕對優(yōu)勢，并具有較好的活性。各種微生物在好氧條件下充分利用廢水中的有機(jī)物質(zhì)，在溶解氧為2～4 mg/L時(shí)進(jìn)行好氧生物反應(yīng)(自身的新陳代謝作用)，將污水中大量有機(jī)物轉(zhuǎn)化為CO2和H2O，同時(shí)將氨氮轉(zhuǎn)化為硝酸鹽氮的形式。曝氣池活性污泥維持在2 500～4 000 mg/L。缺氧池與好氧池構(gòu)成缺氧-好氧二段工藝組合，即A/O工藝，可以達(dá)到較好的脫氮效果。設(shè)混合液回流泵2臺(tái)，1用1備。好氧池為鋼砼結(jié)構(gòu)，工藝尺寸為7 500 mm×8 000 mm×4 500 mm，有效停留時(shí)間24 h。
4.10 生化沉淀池
經(jīng)過好氧曝氣池處理后的廢水進(jìn)入生化沉淀池進(jìn)行固液分離，上清液達(dá)標(biāo)排放，部分污泥回流到好氧曝氣池，剩余污泥進(jìn)入污泥池處理。設(shè)污泥回流泵2臺(tái)，1用1備。該池采用豎流式沉淀池，鋼砼結(jié)構(gòu)，工藝尺寸為D 4 000 mm×5 500 mm。
4.11 中間水箱
生化沉淀池出水自流進(jìn)入中間水箱儲(chǔ)存，由水泵提升到后續(xù)工藝段作進(jìn)一步處理，設(shè)提升泵2臺(tái)，1用1備，中間水箱采用10 m3的PE水箱。
4.12 砂濾器
經(jīng)過砂濾器過濾，廢水中直徑較小的顆粒物等得以去除，保證后續(xù)處理工藝的正常運(yùn)行。過濾器的濾料在工作一段時(shí)間后會(huì)產(chǎn)生污染物積聚，需要定期進(jìn)行反沖洗，以保證其工作質(zhì)量，反沖洗水將回到調(diào)節(jié)池重新處理。砂濾器凈空尺寸D 1 600 mm×2 000 mm(1套)，過濾速度5 m/h，濾層高度1.6 m，投放濾料為2.0～4.75 mm和0.21~0.42 mm精制石英砂。砂濾器自動(dòng)反沖洗，每套設(shè)氣動(dòng)閥6個(gè)，反沖洗頻率1次/d，反沖洗歷時(shí)8 min。
4.13 炭濾器
炭濾器可過濾和吸附直徑較小的懸浮物、有機(jī)物等，能很大程度地去除廢水中的剩余污染物，以此保證后續(xù)工藝穩(wěn)定運(yùn)行。炭濾器凈空尺寸D 1 600 mm×2 000 mm(1套)，過濾速度5 m/h，濾層高度1.6 m，投放濾料為顆?；钚蕴俊?/p>
4.14 超濾系統(tǒng)
超濾系統(tǒng)選用天津膜天膜科技股份有限公司UOFⅣ型外壓式中空纖維超濾膜，數(shù)量6支，單支膜產(chǎn)水量1.86 t/h，面積40 m2，25 ℃平均水通量50 L/(m2·h)，工作壓力0.03～0.15 MPa，材質(zhì)為PVDF，外殼材質(zhì)UPVC，外形尺寸D 90 mm×1 106 mm;機(jī)架1套，材質(zhì)Q235A;反洗水箱與過濾水箱共用;反洗水泵選用立式多級(jí)離心泵，2臺(tái)，1用1備，材質(zhì)SUS304;清洗水箱與反滲透共用;清洗水泵與反滲透共用;清洗液過濾器與反滲透共用。
4.15 過濾水箱
超濾系統(tǒng)出水自流進(jìn)入過濾水箱儲(chǔ)存，經(jīng)高壓水泵提升到后續(xù)工藝段作進(jìn)一步處理，設(shè)高壓水泵2臺(tái)，1用1備，過濾水箱采用10 m3的PE水箱。
4.16 保安過濾器
保安過濾器可去除濁度為1度以上的細(xì)小微粒，滿足后續(xù)工序?qū)M(jìn)水的要求。該項(xiàng)目設(shè)有5 μm過濾器截留上述過濾器的穿透物，保護(hù)反滲透膜。
4.17 反滲透系統(tǒng)
選用美國陶氏公司BW30-400-FR型反滲透膜，數(shù)量10支，單支膜產(chǎn)水量1.0 t/h，工作壓力1.2～1.5 MPa，材質(zhì)為芳香聚酰胺(簡稱PA)，膜殼材質(zhì)SUS304。機(jī)架1套，材質(zhì)Q235A。在壓力驅(qū)動(dòng)下，水通過高度選擇性的反滲透膜，水中的無機(jī)鹽、有機(jī)物、硬度離子、細(xì)菌等與水分離，去除率達(dá)98%～99%，反滲透系統(tǒng)產(chǎn)水率為50%。
4.18 回用水箱
經(jīng)反滲透系統(tǒng)處理后的出水儲(chǔ)存后回用，回用水箱采用10 m3的PE水箱。
5 工藝控制要點(diǎn)和系統(tǒng)運(yùn)行情況
脫脂廢水、磷化廢水、噴漆廢水和電泳廢水等機(jī)械加工廢水的有機(jī)物濃度較高，且含有礦物油、懸浮物和氮磷等污染物。通過氣浮和混凝沉淀處理可將COD降低到700 mg/L左右，生物系統(tǒng)(缺氧和好氧工藝)可將COD降低到70 mg/L左右，出水可穩(wěn)定達(dá)標(biāo)排放。實(shí)際運(yùn)行時(shí)首先投加NaOH將廢水pH調(diào)至8.5～9.0，然后按照3、5、1.0 mL/L的投加量分別加入5%(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，下同)的CaCl2溶液、10%的聚合氯化鋁和5%的聚丙烯酰胺溶液，混合反應(yīng)60 min后進(jìn)入氣浮池，氣浮出水按6、1.5 mL/L投加量分別投加10%的聚合氯化鋁和5%的聚丙烯酰胺溶液，混凝沉淀出水最后進(jìn)入生物處理系統(tǒng)，生化出水經(jīng)砂濾器、炭濾器、超濾、保安過濾器和反滲透深度處理后回用于生產(chǎn)，反滲透濃水可達(dá)到GB 8978—1996三級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。該工程已穩(wěn)定運(yùn)行4 a多，從實(shí)際檢測結(jié)果來看，反滲透產(chǎn)水COD穩(wěn)定在32～45 mg/L，電導(dǎo)率穩(wěn)定在18～42 μS/cm，可滿足生產(chǎn)用水水質(zhì)要求;反滲透濃水COD穩(wěn)定在128～302 mg/L，SS穩(wěn)定在26～51 mg/L，達(dá)到GB 8978—1996三級(jí)標(biāo)準(zhǔn)后達(dá)標(biāo)排放，其主要水質(zhì)指標(biāo)如表 2所示。
6 結(jié)論
(1)對汽車工業(yè)廢水采用氣浮—混凝沉淀—生物法—反滲透工藝深度處理后部分回用是可行的，反滲透產(chǎn)水滿足生產(chǎn)工藝用水要求，反滲透濃水達(dá)到GB 8978—1996三級(jí)標(biāo)準(zhǔn)要求。(2)氣浮工藝控制要點(diǎn)為：進(jìn)水pH控制在8.5～9.0，然后按照3、5、1.0 mL/L的投加量分別加入5%的CaC12溶液、10%的聚合氯化鋁和5%的聚丙烯酰胺溶液，混合反應(yīng)時(shí)間為1 h。(3)物化混凝工藝控制要點(diǎn)為：分別按照6、1.5 mL/L投加10%的聚合氯化鋁和5%的聚丙烯酰胺溶液，混凝和絮凝反應(yīng)時(shí)間均為1 h。(4)該工程廢水處理量為240 t/d，工程總投資為282萬元，一次性投資較高。在未考慮設(shè)備折舊的情況下，日常運(yùn)行成本為3.6～4.2元/t。(5)運(yùn)行實(shí)踐結(jié)果表明，該項(xiàng)目較為適宜的回用率為50%，將汽車工業(yè)廢水處理與回用有機(jī)結(jié)合起來，既大量減少污染排放，又能節(jié)約水資源，可以取得良好的經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效應(yīng)和環(huán)境效益，節(jié)能減排效果十分明顯。
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