電鍍廢水處理I藝改造的探索與實(shí)踐

珠三角是我國(guó)重要的電鍍加工基地集中帶，電鍍廢水含有鉻、鎳等第一類污染物，具有致畸、致 癌、致突變的特性，嚴(yán)重危害到人體健康和生態(tài)環(huán)境。東莞市某工業(yè)園電鍍廢水主要來源于金屬的表面處理，生產(chǎn)工藝主要涉及酸洗、堿洗、無氰鍍銅、鍍鎳、鍍鉻等，因此廢水含有大量的cu2+、ni2+、總cr等，由于處理工藝簡(jiǎn)單、設(shè)備陳舊，廢水中重金屬離子和 cod 濃度未能達(dá)標(biāo)排放。本文針對(duì)原有的電鍍廢水處理工藝，再已有工藝設(shè)備基礎(chǔ)上增加了膜生物反應(yīng)器（mbr）處理工段，改造了廢水處理工藝，使廢水出水達(dá)到廣東省電鍍水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)（db 44/1597-2015）有關(guān)要求，嚴(yán)守環(huán)境質(zhì)量底線。
1 實(shí)驗(yàn)部分
1.1 廢水水質(zhì)
本項(xiàng)目工業(yè)園電鍍廠于 2007 年成立并運(yùn)行，產(chǎn)生的電鍍廢水水量為 1200 m3/d，水質(zhì)數(shù)據(jù)如表 1所示。
1.2 工藝改造
該廠原有的電鍍廢水處理工藝是依據(jù)《電鍍污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（gb 21900－2008）和《廣東省水污染物排放限值》（db4426－2001）一級(jí)a標(biāo)準(zhǔn)的較嚴(yán)者設(shè)計(jì)，廢水處理工藝相對(duì)老舊且設(shè)備腐蝕比較嚴(yán)重，運(yùn)行不穩(wěn)定，已經(jīng)不能適應(yīng)廣東省新的電鍍污染物排放標(biāo)準(zhǔn)《電鍍水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（db44/1597－2015），故需對(duì)原有工藝進(jìn)行改造。
改造過程為了控制成本，充分利用已有的廢水處理工藝設(shè)備，改造方案為在綜合反應(yīng)池后添加混凝工段，并將砂濾池改造為沉淀池，由于出水水質(zhì)中 cod 偏高，在沉淀池后增加 mbr 處理工段。改造前后電鍍廢水處理工藝流程如圖1所示。
1.3 工藝參數(shù)
通過對(duì)混凝-mbr 等工段進(jìn)行小試，研究混凝段絮凝劑的投加量、mbr的水力停留時(shí)間及其超濾膜透過率等影響因素，探索改造工藝相關(guān)參數(shù)和該工藝的技術(shù)、經(jīng)濟(jì)可行性。
2 結(jié)果與討論
2.1 改造工藝分析
根據(jù)電鍍廢水處理廠 6個(gè)月的運(yùn)營(yíng)數(shù)據(jù)，原廢水處理工藝長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行的水質(zhì)如 2 表所示。
從 表 2 中可以看出，原廢水處理工藝中 cu2+、ni2+、總cr、codcr 均難以達(dá)標(biāo)排放，尤其是出水中殘留的cr6+平均達(dá)到1.8 mg/l，**標(biāo)較嚴(yán)重。究其原因?yàn)橄鄬?duì)分散且細(xì)小的 cr（oh）3沉淀顆粒了透過砂濾池，導(dǎo)致其分離效果不佳。
針對(duì)廢水處理的現(xiàn)狀，在綜合反應(yīng)池后增加絮凝池，通過投加高分子絮凝劑進(jìn)行混凝沉淀，廢水中的 cr（oh）3、cu（oh）2、ni（oh）2等通過吸附架橋和沉淀網(wǎng)捕作用，可形成較大的絮體，提高處理效率。廢水進(jìn)入 mbr 工段后，mbr 池中的活性污泥對(duì)重金屬離子有一定的吸附能力，活性污泥中的微生物對(duì)**物有較好的去除效果，且由于 mbr中的超濾膜能攔截殘留的細(xì)小絮體和沉淀物，可進(jìn)一步去除廢水中的重金屬離子和**物，從而確保廢水達(dá)標(biāo)排放。
2.2 混凝劑投加量對(duì)出水水質(zhì)的影響
投加石灰調(diào)整混凝池液ph至8~9，然后固定投加聚合氯化鋁（pac）25 mg/l，改變聚丙烯酰胺（pam）投加量，研究其對(duì)重金屬離子的去除影響，確定混凝劑較佳投加量，結(jié)果如圖 2所示。
可以看出，當(dāng)pam投加量達(dá)65 mg/l時(shí)，沉淀池出水中cu2+ 和ni2+含量為0.48 mg/l和0.42 mg/l，已能滿足廣東省地方標(biāo)準(zhǔn)《電鍍水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（db44/1597－2015）中有關(guān)的濃度排放限值，而總 cr 濃度為0.81 mg/l，還不能達(dá)標(biāo)排放。主要原因是高分子混凝劑pac和pam對(duì)cu2+和ni2+形成的絮體狀沉淀物具備吸附架橋作用從而可較好的在沉淀池中進(jìn)行沉淀，因此對(duì)鎳離子和銅離子有較好的去除效果?？俢r形成的絮狀沉淀物既分散又細(xì)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**標(biāo)，主要由以難以沉降的細(xì)小cr絮體沉淀物引起，因此需在混凝工段后增加 mbr工藝，繼續(xù)處理該污染物。
2.3 mbr水力停留時(shí)間對(duì)出水水質(zhì)的影響
mbr 工藝實(shí)質(zhì)上是活性污泥法與膜技術(shù)結(jié)合的一種廢水處理技術(shù)，既發(fā)揮活性污泥的吸附和降解功能，又利用了膜技術(shù)的分離能力?；钚晕勰嗵幚碇亟饘?gòu)U水機(jī)理較復(fù)雜，通常認(rèn)為活性污泥對(duì)重金屬的作用包括沉淀、吸附和胞內(nèi)吸附等。活性污泥的對(duì)重金屬離子的吸附效果與水力停留時(shí)間關(guān)系密切，停留時(shí)間越長(zhǎng)，活性污泥對(duì)重金屬離子的吸附效果越好。通過調(diào)整廢水進(jìn)水流量，改變廢水在 mbr 中的停留時(shí)間，通過測(cè)定上清液中重金屬離子濃度，研究廢水在 mbr工段的較佳停留時(shí)間。設(shè)定廢水停留時(shí)間分別為 2 h、4 h、6 h、8 h、10 h 和12 h，測(cè)試結(jié)果如圖3所示。
可以看出，當(dāng)停留時(shí)間為 2 h，出水中 cu2+濃度為 0.48 mg/l、ni2+濃度為0.42 mg/l、總 cr濃度 0.81 mg/l，去除效果有限。當(dāng)停留時(shí)間為6 h，出水中cu2+濃度為0.33 mg/l、ni2+濃度為 0.32 mg/l、總 cr濃度 0.41 mg/l，出水中各項(xiàng)重金屬離子濃度均符合 db44/1597－2015 中的有關(guān)限值。進(jìn)一步延長(zhǎng)停留時(shí)間，去除效果增加緩慢，但對(duì) mbr的建設(shè)規(guī)模要求較高，會(huì)增加投資成本，影響經(jīng)濟(jì)性。
2.4 mbr超濾膜透過率對(duì)出水水質(zhì)的影響
mbr 中 0.05 μm 厚度的超濾膜能較好的攔截經(jīng)混凝沉淀后的懸浮絮狀顆粒物。電鍍廢水經(jīng)綜合反應(yīng)、混凝沉淀后，廢水中ni2+、cu2+、總cr等污染物的含量分別為 0.33 mg/l，0.32 mg/l 和 0.41 mg/l。
采用聚酰胺材質(zhì)的簾式中控纖維超濾膜組件，控制壓力為 0.25 mpa，調(diào)整出水流量使濾液透過率分別為 0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9，探索較佳的透過率。不同透過率下的金屬離子濃度如圖 4 所示。
可以看出，濾液透過率越低則出水水質(zhì)越好，當(dāng)透過率為 0.7時(shí)，ni2+、cu2+、總 cr等污染物仍然有一個(gè)較好的去除效果 ，出水中 ni2+濃度為 0.255 mg/l、cu2+濃度為 0.27mg/l、總 cr 濃度為 0.328 mg/l，由于濃度積常數(shù)的原因，出水中有游離態(tài)的 ni2+、cu2+存在。
超濾膜對(duì)細(xì)小的重金屬沉淀顆粒物有較好的攔截作用 ，對(duì) ni2+ 、cu2+去除率分別為 20.31% 和19.09%，總 cr 也有 20% 的去除率。當(dāng)透過率為 0.8 和0.9時(shí)，從實(shí)驗(yàn)來看其出水水質(zhì)仍然較好，但過高的透過率會(huì)導(dǎo)致uf膜出現(xiàn)嚴(yán)重的濃差較化現(xiàn)象，加快膜的老化，加快超濾膜的更換速率，提高廢水處理成本。
3 結(jié)果對(duì)比
本項(xiàng)目屬于珠三角現(xiàn)有項(xiàng)目，自 2012 年 9 月 1日前環(huán)境影響評(píng)價(jià)文件獲得批準(zhǔn)。通過對(duì)工藝改造及其對(duì)混凝工段和水力停留時(shí)間的研究，使其出水水質(zhì)達(dá)到廣東省地方標(biāo)準(zhǔn)《電鍍水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（db 44/1597－2015）中污染物的排放限值。具體出水水質(zhì)如表 3 所示。
從表 3 可看出，該改造工藝的出水水質(zhì)能較好滿足廢水排放標(biāo)準(zhǔn)要求，工藝技術(shù)可行。
4 經(jīng)濟(jì)效益分析
該改造工藝運(yùn)行費(fèi)用主要包括電費(fèi)、試劑費(fèi)、超濾膜更換費(fèi)用、膜清洗費(fèi)用等，按單位體積廢水處理成本計(jì)算其經(jīng)濟(jì)性。其中，系統(tǒng)總裝機(jī)功率600 kw，耗電量 1496.8 kwh/d，單位水量耗電指標(biāo)1.248 kwh/m3，電費(fèi)單價(jià) 0.8 元/kwh，則電費(fèi)成本0.9984 元/m3。項(xiàng)目人工定員 8 人，人員月工資為3600元，則人員工資成本 0.8元/m3。試劑消耗包括石灰、pam、pac、naclo 等，相應(yīng)費(fèi)用合計(jì) 686.06元/d，試劑費(fèi)成本 0.57 元/m3。根據(jù)現(xiàn)有數(shù)據(jù)，超濾膜的更換及清洗費(fèi)用按 0.21元/m3計(jì)。則可計(jì)算電鍍廢水處理運(yùn)行成本 2.58 元/m3。同時(shí)考慮節(jié)省了砂濾池運(yùn)行和維護(hù)成本0.2 元/t，則改造工藝運(yùn)行總成本增加 2.38 元/t，該工藝經(jīng)改造后經(jīng)濟(jì)、技術(shù)可行。
5 結(jié)論
（1）充分利用電鍍廢水處理廠原有工藝，采用混凝沉淀－mbr工藝代替沙濾工段，改造后出水滿足廣東省地方標(biāo)準(zhǔn)《電鍍水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（db44/1597－2015）中污染物的排放限值，改造工藝從技術(shù)角度可行。 （2）對(duì)原有工藝進(jìn)行改造后，廢水處理的運(yùn)營(yíng)成本為 2.58 元/t，相較于原工藝增加 2.38 元/t，技術(shù)經(jīng)濟(jì)可行性較好
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