酸洗磷化廢水處理及回用工程實(shí)例分析

吳 斌

(煤科集團(tuán)杭州環(huán)保研究院有限公司，浙江 杭州 311201)

0 引言

磷化處理是常用于金屬表面處理的一種工藝，其過(guò)程是化學(xué)與電化學(xué)反應(yīng)形成磷酸鹽化學(xué)轉(zhuǎn)化膜的過(guò)程，在磷化處理之前，還需進(jìn)行脫脂、酸洗處理以去除金屬表面的油脂、氧化皮和銹蝕物等。因此，酸洗磷化廢水中主要含有鐵、酸、磷酸鹽及少量油脂。

不少地區(qū)對(duì)酸洗磷化行業(yè)廢水的處理及排放要求都比較高，在太湖流域甚至對(duì)新建的排放氮磷污染物的工業(yè)項(xiàng)目，不予環(huán)境準(zhǔn)入。因此，對(duì)酸洗磷化廢水進(jìn)行切實(shí)可行的回用處理，具有較為實(shí)際的意義。

針對(duì)酸洗磷化廢水，國(guó)內(nèi)已有不少成熟可靠的處理工藝，如“隔油+中和+氣浮+斜管沉淀”[1]，“二級(jí)中和+二級(jí)沉淀+氣浮+活性炭吸附”[2]，上述工藝處理之后的出水，均可達(dá)到《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB 8978—1996)中的一級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)。

酸洗磷化廢水處理后出水中污染物已大大降低，但是排入環(huán)境，仍會(huì)對(duì)環(huán)境造成影響。上述出水十分清澈，因此往往考慮回用。由于常規(guī)處理工藝出水的含鹽量較高，氯離子濃度往往在2 000 mg/L以上，電導(dǎo)率在4 000 μs/cm以上，如果直接回用于酸洗磷化工序，隨著鹽分的累積，必將影響產(chǎn)品質(zhì)量[4]。采用“超濾-反滲透”工藝對(duì)常規(guī)處理后的出水進(jìn)行脫鹽處理，處理后的出水回用于酸洗磷化工序，既可以保護(hù)環(huán)境，節(jié)約水資源，又不影響產(chǎn)品的質(zhì)量。本文對(duì)蕭山區(qū)某機(jī)械加工廠的酸洗磷化廢水處理工程實(shí)例進(jìn)行分析，旨在為相似工程應(yīng)用提供一定參考。

1 設(shè)計(jì)水質(zhì)水量

蕭山某機(jī)械加工企業(yè)是一家專(zhuān)門(mén)從事汽車(chē)配件、機(jī)械配件、電器配件的生產(chǎn)企業(yè)。在酸洗及磷化的漂洗過(guò)程中產(chǎn)生廢水，該廢水主要含有鐵離子、鹽酸、磷酸鹽等污染物，并含有少量懸浮物，其酸洗磷化車(chē)間的廢水量為20 m3/d，廢水原水水質(zhì)見(jiàn)表1。

表1 酸洗磷化原水水質(zhì)

2 廢水的預(yù)處理工藝

2.1 預(yù)處理工藝流程

根據(jù)酸洗磷化廢水的水質(zhì)特點(diǎn)，需要通過(guò)預(yù)處理將廢水pH調(diào)至中性，并去除絕大部分污染物質(zhì)后，方可進(jìn)入“超濾反滲透系統(tǒng)”，并且由于處理水量較小，采用間歇式操作更為簡(jiǎn)便，預(yù)處理工藝流程見(jiàn)圖1。

酸洗磷化廢水經(jīng)排水溝進(jìn)入隔油調(diào)節(jié)池內(nèi)，進(jìn)行水質(zhì)、水量調(diào)節(jié)，出水在提升泵的作用下進(jìn)入中和沉淀池，通過(guò)投加石灰乳進(jìn)行中和、混凝、沉淀，必要時(shí)投加聚丙烯酰胺(PAM)作為助凝劑，加快沉淀速度，提高處理效率，上清液打入生化池，在生化池內(nèi)進(jìn)行生物降解。生化池出水打入混凝沉淀池，投加聚合氯化鋁(PAC)，經(jīng)沉淀去除水中的SS，出水經(jīng)過(guò)活性炭吸附后進(jìn)入U(xiǎn)F原水箱，進(jìn)行后續(xù)深度處理。

系統(tǒng)內(nèi)的污泥依靠重力排入污泥濃縮池內(nèi)，污泥通過(guò)廂式壓濾機(jī)脫水后，委托處置。

2.2 主要構(gòu)(建)筑物、設(shè)備及設(shè)計(jì)參數(shù)

(1)調(diào)節(jié)池。規(guī)格為1.2 m×1.5 m×2.5 m，有效容積4.5 m3。耐腐蝕泵(FP40-32-125)2臺(tái)(一用一備)。

(2)中和沉淀池。利用酸堿中和、氫氧化物沉淀、同離子效應(yīng)及共沉淀等原理，用石灰乳作中和劑進(jìn)行中和沉淀處理，去除水中絕大部分的鐵離子、磷酸鹽等，規(guī)格為1.2 m×3.0 m×4.5 m，有效容積16 m3，1座，鋼砼結(jié)構(gòu)，間歇運(yùn)行。

(3)中間調(diào)節(jié)池。規(guī)格為1.3 m×3.0 m×2.5 m，有效容積10 m3，1座，鋼砼結(jié)構(gòu)。耐腐蝕泵(FP40-32-125)，2臺(tái)(一用一備)。

(4)SBR生化池。規(guī)格為1.7 m×3.0 m×4.5 m，有效容積23 m3，分為2格，交替運(yùn)行，鋼砼結(jié)構(gòu)。耐腐蝕泵(FP40-32-125)2臺(tái)。羅茨風(fēng)機(jī)(SSR50-50A)2臺(tái)(一用一備)。

(5)混凝沉淀池。通過(guò)投加PAC和PAM，混凝沉淀除去水中的細(xì)小懸浮物，規(guī)格為1.8 m×1.4 m×4.5 m，有效容積10 m3，1座，鋼砼結(jié)構(gòu)，間歇操作。

(6)污泥重力濃縮池。濃縮后污泥進(jìn)入板框壓濾機(jī)脫水，規(guī)格為1.8 m×1.4 m×4.5 m，有效容積10 m3，1座，鋼砼結(jié)構(gòu)。污泥泵(ISG25-125)2臺(tái)(一用一備)。板框壓濾機(jī)，過(guò)濾面積10 m2，1臺(tái)。螺桿泵(GF25-1)1臺(tái)。

(7)加藥箱。規(guī)格為1.0 m×1.0 m×1.5 m。加藥泵(IHG25-125A)2臺(tái)。攪拌機(jī)，轉(zhuǎn)速80 rpm，2臺(tái)。

(8)活性炭吸附塔。? 500 mm，H 4 937 mm，單塔活性炭填充量0.4 m3，采用木質(zhì)顆?；钚蕴?，粒徑1.5～2 mm，共2座。清水泵(ISG32-100)1臺(tái)。

2.3 預(yù)處理效果

經(jīng)過(guò)“隔油+中和沉淀+生化+混凝沉淀+活性炭吸附”工藝處理后，酸洗磷化廢水中絕大部分的污染物質(zhì)得以去除，出水清澈，連續(xù)3個(gè)多月的運(yùn)行及取樣分析，出水水質(zhì)見(jiàn)表2。

表2 預(yù)處理出水水質(zhì)

3 中水雙膜法處理工藝

由表2可以看出，經(jīng)過(guò)預(yù)處理之后，出水中CODCr、SS、TP，總鐵，石油類(lèi)等污染物質(zhì)均較低，但是電導(dǎo)率高達(dá)5 860～8 350 μs/cm，如不脫除水中的鹽分，難以持續(xù)回用。因此，采用“超濾-反滲透”工藝進(jìn)行深度脫鹽處理，處理工藝見(jiàn)圖2。

由于項(xiàng)目水量較少，超濾膜選用國(guó)產(chǎn)PP膜，能較好地適應(yīng)項(xiàng)目中水的水質(zhì)，換膜成本也較低；反滲透膜采用海德能抗污染膜。系統(tǒng)的回用率為70%，反滲透出水的電導(dǎo)率在50～150 μs/cm，低于酸洗磷化車(chē)間原先使用的自來(lái)水電導(dǎo)率(蕭山地區(qū)自來(lái)水電導(dǎo)率在200 μs/cm左右)，脫鹽率達(dá)98.3%～98.9%。經(jīng)過(guò)3個(gè)多月的運(yùn)行及取樣分析，反滲透出水水質(zhì)見(jiàn)表3。

表3 反滲透出水水質(zhì)

由上表可見(jiàn)，反滲透出水各項(xiàng)指標(biāo)均滿足《城市污水再生利用 工業(yè)用水水質(zhì)》(GB/T 19923—2005)中工藝與產(chǎn)品用水標(biāo)準(zhǔn)，完全可以回用做酸洗磷化的工藝用水。經(jīng)過(guò)對(duì)本項(xiàng)目“超濾-反滲透”系統(tǒng)1年多的運(yùn)行觀察，膜的化學(xué)清洗頻率為3～6個(gè)月，化學(xué)清洗后，系統(tǒng)的運(yùn)行壓力和出水量都能得以恢復(fù)，運(yùn)行較為穩(wěn)定。

4 直接運(yùn)行成本

系統(tǒng)處理費(fèi)用包括人工費(fèi)、電費(fèi)、藥劑費(fèi)、維修費(fèi)、膜更換費(fèi)等。

(1)人工費(fèi)：處理水量較少，操作人員為兼職1人，噸水人工費(fèi)為0.833元。

(2)電費(fèi)：噸水耗電為3.21 kW·h，電費(fèi)0.8元/kW·h，噸水電費(fèi)為2.568元。

(3)藥劑費(fèi)：包括石灰乳、PAC、PAM及膜處理所用的阻垢劑和酸堿等，噸水藥劑費(fèi)為1.725元。

(4)維修費(fèi)：按設(shè)備投資的3%計(jì)，噸水維修費(fèi)為0.657元。

(5)膜更換費(fèi)：膜運(yùn)行3年更換一次，噸水的膜更換費(fèi)為0.822元。

該系統(tǒng)直接運(yùn)行成本合計(jì)為6.605元/噸水。

處理之后70%的出水可以回用，代替原先使用的工業(yè)自來(lái)水，蕭山地區(qū)一般企業(yè)的工業(yè)用水價(jià)格為4.9元/噸水(包含供水價(jià)格和污水處理價(jià)格)，減去節(jié)省的自來(lái)水費(fèi)用后，實(shí)際的處理成本將大幅降低。

5 結(jié)論

酸洗磷化廢水經(jīng)“隔油+中和沉淀+生化+混凝沉淀+活性炭吸附”預(yù)處理，CODCr去除率達(dá)到70.7%～83.8%，TP去除率高達(dá)99.85%～99.92%。

再經(jīng)“超濾-反滲透”深度處理后，脫鹽率達(dá)到98.3%～98.9%，出水電導(dǎo)率在50～150 μs/cm，完全可以回用做酸洗磷化工藝用水，在保護(hù)環(huán)境，節(jié)約水資源的同時(shí)，降低企業(yè)的部分成本。

企業(yè)所在地區(qū)沒(méi)有市政污水管網(wǎng)，反滲透濃水經(jīng)收集后，運(yùn)送至附近污水處理廠進(jìn)行后續(xù)處理。