某工業園區電鍍廢水處理工藝改造的實驗與探索
摘 要: 為解決工業園區電鍍廢水處理后水質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和經濟技術可行性。結果表明，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,改造工藝技術可行性較好。
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建設生態文明是中華民族永續發展的千年大計,黨的十九大報告強調,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環境；廣東省是經濟大省，電鍍行業發展非常迅猛，但電鍍廢水不達標排放現象時有發生，嚴重污染了區域和地方環境，有效地防治污染是建設幸福廣東的必然要求[１] ；珠海市某工業園擁有一批電鍍企業，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+ ,經過簡單的化學法處理之后,集中到該工業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、設備陳舊等原因，導致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。
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1 原工藝及存在問題 環保網站www.aa-cctv.com
1.1 原有工藝
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1.1.1 原有工藝流程
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原廢水處理工藝流程,見圖1。 www.aa-cctv.com
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1.1.2 原工藝進水狀況
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該工業園電鍍廠排放廢水，重金屬離子濃度很高，且酸性較強，具體水質狀況，見表 １。
1.1.3 原工藝出水狀況
根據水處理站實測數據，原廢水處理工藝長期穩定運行的出水水質，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 水質波動較大
該廢水處理站進水水質隨生產線生產產品的變化而變化，波動較大，水質不穩定。鍍銅、鍍鎳和鍍鉻業務量取決于市場的變化，從長期來看，各重金屬離子濃度隨業務量的改變而波動，增加了廢水的復雜程度。
1.2.2 進水水量超過設計規模
隨著企業生產規模的擴大，廢水水量從120m3/ｄ增長至240m3/ｄ，但廢水處理站規模沒有隨之擴大，導致廢水處理站構筑物容積不足，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，且水質波動較大，重金屬離子過濾效果差，導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、化學處理和生物處理等處理方法相結合的工藝，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，化學反應—MBR工藝，化學反應—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和原有工藝，既要考慮技術可行性，又要考慮經濟可行性。
混凝沉淀—微濾/MF—反滲透/RO工藝能較好的滿足技術可行性的要求，出水水質很好，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]化學反應—MBR工藝本身也具有較好的技術可行性，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雜[４]。因而化學反應—混凝沉淀—ＵＦ/超濾具有更好的經濟和技術可行性。
2.2 確定推薦方案
根據以上方案比選可知，選擇如下組合工藝：化學反應—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，據觀察發現，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;其次是過濾效果不好，在混合反應階段，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，導致總Cr嚴重超標，CU2+ 、Ni2+等沉淀物也部分滲出，出水水質常有超標現象。選擇化學反應—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
以綜合反應池出水后的處理工段改造為研究對象，在綜合反應池后添加混凝工段，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可行性和操作參數，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，實驗水規模為0.5m3/ｈ，混凝-沉淀-ＵＦ等改造工段在實驗小試環境下開展研究與探索，以CU2+、總Cr、Ni2+去除效果為依據，以最佳操作參數為研究對象，開展實驗研究。
3 結果與討論
3.1 混凝工段運行參數實驗
該電鍍廢水中的總Cr平均濃度高達135ｍｇ/Ｌ，pH２~４之間；經化學還原后流入綜合反應池，投加石灰量大概為100ｇ/Ｌ。取化學反應池后的出水0.5m3，先調整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+形成的化學沉淀物為絮體狀，本身會產生沉淀物網捕作用，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。采用聚酰胺材質的超濾膜組件，在壓力為０.25ＭPa，調整出水開關，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，但過高的透過率會導致UF/超濾膜濃差極化嚴重，加快膜的老化，最終惡化出水水質，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 結果對比分析
3.3.1 水質結果分析
改造后的出水水質對比，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，工藝技術可行。
3.3.2 經濟分析
該改造工藝主要增加混凝反應池，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，以及相關電費等，假設基建構筑物使用壽命為20年，根據市場價格測算，運行成本增加０.８元/ｔ；加上原化學處理段成本１.２元/ｔ，廢水處理總成本為２元/ｔ。
4 結論
（1）根據珠海市某工業園區電鍍廢水處理工藝及進水水質現狀，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，經濟可行性較好。
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