淺談含鉻、含鎳及綜合電鍍廢水處理

淺談含鉻、含鎳及綜合電鍍廢水處理

昆山機(jī)械公司是一家專業(yè)生產(chǎn)自行車零件的外國投資企業(yè)。在生產(chǎn)過程中，必須配備各種振動研磨、裝配、皮膜、電、其他表面處理過程，以產(chǎn)生大量含有重金屬和環(huán)保添加劑的生產(chǎn)廢水。除此之外,在涂裝、脫脂及陽極等工藝中還會產(chǎn)生大量含有磷酸鹽和氨氮的綜合廢水。這些污水必須經(jīng)過嚴(yán)格處理后才能排放,否則將對周圍的環(huán)境造成嚴(yán)重污染〔1-2〕。1廢水水質(zhì)與水量在企業(yè)生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的廢水主要包括:含鉻廢水、含鎳廢水以及綜合廢水(脫脂、陽極、電泳及涂裝廢水)等。在這些廢水中,重金屬主要為Cr6+和Ni2+。各類廢水水質(zhì)與水量如表1所示。根據(jù)廠方提供的設(shè)計資料,各股廢水均按照1m3/h的處理能力進(jìn)行設(shè)計。處理后水質(zhì)需達(dá)到《電鍍污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB21900—2008)要求,即:pH為6~9、COD≤50mg/L、SS≤30mg/L、Ni2+≤0.1mg/LCr6+≤0.1mg/L。其中氨氮和TP采用更為嚴(yán)格的《江蘇太湖地區(qū)城鎮(zhèn)污水處理廠及重點工業(yè)行業(yè)主要污染物排放限值》(DB32/1072—2007)(以下簡稱太湖標(biāo)準(zhǔn))要求,即:氨氮≤5mg/L、TP≤0.5mg/L。2廢水綜合處理該廠產(chǎn)生的3種生產(chǎn)廢水,水量水質(zhì)差異較大,因此,整個工藝在設(shè)計上采用分類處理,分別回用或排放,具體工藝路線如下:(1)含鉻廢水處理。在含鉻漂洗液中,金屬鉻主要是以Cr3+和Cr6+兩種形式存在。為了徹底去除重金屬鉻離子,工藝首先采用pH/ORP控制器使pH控制在2.5~3.0,氧化還原電位控制在300~350mV的酸性條件下,利用NaHSO3將Cr6+還原成Cr3+,然后通過投加NaOH和絮凝劑,控制pH在10~11,使Cr3+生成沉淀而將其除去。產(chǎn)生的污泥脫水后外運資源化處理。(2)含鎳廢水處理。通過定量投加NaOH和混凝劑PAC,并調(diào)節(jié)pH為8.5~9.5,可使廢水中的Ni2+在堿性條件下生成氫氧化鎳的沉淀絮體。然后投加PAM后再通過沉淀池進(jìn)行泥水分離。泥水分離后的上清液進(jìn)入到后續(xù)的鎳鉻中和池繼續(xù)處理,沉淀污泥則采用壓濾機(jī)脫水后外運資源化處理。由于部分出水要進(jìn)行回用,因此,對已除去大部分鉻鎳的含鉻含鎳廢水合并后繼續(xù)進(jìn)行深度處理,以滿足生產(chǎn)工藝對回用水質(zhì)的要求。采用多介質(zhì)過濾—活性炭吸附—精密過濾器—UF超濾—RO系統(tǒng),處理后的水回用于制程及初級純水用水。為了進(jìn)一步提高對廢水中重金屬鉻鎳離子的去除效果,降低后續(xù)UF超濾及RO系統(tǒng)的負(fù)荷,工程采用錳鹽對普通活性炭進(jìn)行改性,形成負(fù)載活性二氧化錳的活性炭,同時在活性炭濾料中加入一定配比的鐵屑,在增強(qiáng)活性炭吸附能力的同時,具有一定的原電池結(jié)構(gòu),從而提高對廢水中有機(jī)物、色度以及重金屬鉻鎳離子的去除效果。(3)綜合廢水處理。該廢水中存在大量的磷酸鹽與氨氮,在進(jìn)行生物處理之前需要采用化學(xué)法除去部分的磷酸鹽。對于剩余的磷酸鹽和氨氮,則可通過缺氧-好氧工藝(A/O法)進(jìn)行脫除。為了提高工藝脫氮效率,工程采用了新型A/O法,即:A池和O池內(nèi)均添加組合填料,用以固定脫氮所需的反硝化菌與硝化菌。取消原工藝的內(nèi)回流系統(tǒng),改為由沉淀池出水回流到A池,回流量可以降低30%~50%。同時,污泥回流由原回流到A池改為回流到O池。A/O法處理后的綜合廢水經(jīng)沉淀后,再通過多介質(zhì)過濾塔-活性炭吸附系統(tǒng)進(jìn)行深度處理。為了進(jìn)一步提高對廢水中有機(jī)物和色度的去除率,活性炭吸附塔采用與含鉻鎳廢水處理工藝中類似的改性活性炭-鐵屑處理方法。出水進(jìn)入回用水池用于前制程用水或達(dá)標(biāo)排放。具體處理工藝如圖1所示。3主要結(jié)構(gòu)和設(shè)計參數(shù)3.1廢水水質(zhì)及預(yù)處理(1)鉻系均質(zhì)池。用于調(diào)節(jié)含鉻廢水的水質(zhì)與水量,使進(jìn)入后續(xù)構(gòu)筑物的水質(zhì)均勻穩(wěn)定。尺寸5250mm×4500mm×3000mm,1座,地下式鋼混結(jié)構(gòu),有效容積63m3。內(nèi)壁采用纖維強(qiáng)化塑料進(jìn)行防腐,池內(nèi)采用鼓風(fēng)曝氣進(jìn)行攪拌。(2)鉻系還原池。亞硫酸氫鈉還原速度較快,用藥量相對較小,產(chǎn)生的污泥量較少〔3-4〕,考慮成本和后續(xù)處理費用,采用了亞硫酸氫鈉作為Cr6+的還原劑。尺寸1200mm×1200mm×3000mm,1座,地上式鋼混結(jié)構(gòu),有效容積3.8m3。內(nèi)壁采用纖維強(qiáng)化塑料防腐。(3)鉻系滯留池。鉻系滯留池用于延長Cr6+還原時間,使反應(yīng)更加徹底。規(guī)格、數(shù)量及材質(zhì)均同鉻系還原池。(4)鉻系混凝池。采用加藥機(jī)定量投加NaOH和混凝劑PAC,使廢水中的Cr3+在堿性條件下生成氫氧化鉻的沉淀絮體。尺寸1200mm×1200mm×3400mm,1座,地上式鋼混結(jié)構(gòu),有效容積4.3m3。內(nèi)壁采用纖維強(qiáng)化塑料防腐。(5)鉻系絮凝池。向絮凝池內(nèi)投加助凝劑PAM以促進(jìn)氫氧化鉻沉淀絮體的繼續(xù)增大,形成大顆粒的氫氧化鉻絮體。尺寸1200mm×1200mm×3000mm,1座,地上式鋼混結(jié)構(gòu),有效容積3.8m3。內(nèi)壁采用纖維強(qiáng)化塑料防腐。(6)鉻系沉淀池。為氫氧化鉻絮體進(jìn)行泥水分離提供靜置環(huán)境。尺寸8000mm×2650mm×6000mm,1座,半地上式鋼混結(jié)構(gòu),有效容積120m3。內(nèi)壁采用纖維強(qiáng)化塑料防腐,池內(nèi)設(shè)PP沉淀斜管。泥水分離后的上清液進(jìn)入到后續(xù)的鎳鉻中和池繼續(xù)處理。沉淀污泥則采用壓濾機(jī)脫水后外運資源化。3.2綜合廢水預(yù)處理的工藝流程(1)鎳系均質(zhì)池。對含鎳廢水進(jìn)行水質(zhì)水量調(diào)節(jié)。尺寸7000mm×4500mm×3000mm,1座,地下式鋼混結(jié)構(gòu),有效容積85m3。內(nèi)壁采用纖維強(qiáng)化塑料防腐。(2)鎳系混凝池。采用加藥機(jī)定量投加NaOH和混凝劑PAC。尺寸1775mm×1775mm×3000mm,1座,地上式鋼混結(jié)構(gòu),有效容積8.5m3。內(nèi)壁采用纖維強(qiáng)化塑料防腐。(3)鎳系絮凝池。絮凝劑PAM采用加藥機(jī)向絮凝池內(nèi)定量投加,機(jī)械攪拌。尺寸1775mm×1775mm×3000mm,1座,地上式鋼混結(jié)構(gòu),有效容積8.5m3。內(nèi)壁采用纖維強(qiáng)化塑料防腐。(4)鎳系沉淀池。尺寸8000mm×3800mm×6000mm,1座,半地上式鋼混結(jié)構(gòu),有效容積173m3。內(nèi)壁采用纖維強(qiáng)化塑料防腐,池內(nèi)設(shè)PP沉淀斜管。沉淀污泥采用壓濾機(jī)脫水后外運資源化處理。泥水分離后的上清液進(jìn)入后續(xù)的鎳鉻中和池繼續(xù)處理。(5)鎳鉻中和池。中和池用以匯集鉻系、鎳系沉淀池出水。采用加藥機(jī)定量投加H2SO4調(diào)整pH至中性,內(nèi)設(shè)機(jī)械攪拌。尺寸1800mm×1800mm×6000mm,1座,半地上式鋼混結(jié)構(gòu),有效容積18m3。內(nèi)壁采用纖維強(qiáng)化塑料防腐。(6)多介質(zhì)過濾塔。過濾塔主要用于去除廢水中粒徑大于20μm的懸浮物以及膠體等浮游性雜質(zhì)。尺寸D1500mm×2200mm,1套,地上直立式纖維強(qiáng)化塑料結(jié)構(gòu)。反沖洗強(qiáng)度采用25m3/(m2·h),系統(tǒng)工作壓力控制在0.2~0.4MPa,濾速10~20m/h。過濾器濾料由上向下依次為:500mm厚、粒徑1~2mm的無煙煤;500mm厚、粒徑2~4mm的無煙煤;400mm厚、粒徑4~8mm的石英砂;200mm厚的礫石墊層。(7)活性炭吸附塔?；钚蕴课剿粌H具有過濾懸浮物的功能,還能去除常規(guī)手段難以去除的某些有機(jī)或無機(jī)污染物,尤其是一些具有臭味或顏色的有機(jī)物,以及重金屬等物質(zhì)。尺寸D1500mm×2200mm,1套,地上直立式纖維強(qiáng)化塑料結(jié)構(gòu),濾速10~20m/h。活性炭粒徑2~4mm,填充高度1.8m。(8)精密過濾器。用以截留廢水中殘存的懸浮物,降低后續(xù)工序的處理負(fù)荷。尺寸D450mm×800mm,1套,地上式不銹鋼材質(zhì),過濾精度為100μm。(9)UF超濾系統(tǒng)。超濾系統(tǒng)可進(jìn)一步去除廢水中的乳化油、膠體等懸浮物,超濾后的濃縮液排至綜合廢水pH調(diào)整池。超濾膜采用外壓式PP材質(zhì)的0.1~0.2μm中空纖維膜元件。運行方式為錯流過濾、氣水反沖洗方式,全自動運行。12根膜組件,膜面積45m2/根。若進(jìn)水水質(zhì)較差,跨膜壓差超過0.15MPa時,需要進(jìn)行反沖洗,反沖洗水采用加酸堿及NaClO的混合液,反洗后的出水進(jìn)入鎳系均質(zhì)池重新處理。(10)RO反滲透系統(tǒng)。反滲透作為一種高效膜分離技術(shù),能通過對進(jìn)料中的水和某些離子進(jìn)行分離,實現(xiàn)對原料的濃縮和純化。反滲透的出水作為鍍件漂洗水或其他工藝水使用。未透過膜的含金屬等無機(jī)離子的廢水,排至綜合廢水pH調(diào)整池。反滲透裝置采用聚酰胺復(fù)合材料的膜元件50根,膜面積30m2/根,按照一級兩段3∶2設(shè)計,設(shè)計通量15L/(m2·h),設(shè)計產(chǎn)水量20m3/h,設(shè)計回收率不小于70%。3.3含鎳廢水的預(yù)處理(1)綜合均質(zhì)池。尺寸12500mm×5500mm×3000mm,1座,地下式鋼混結(jié)構(gòu),有效容積185m3。內(nèi)壁采用纖維強(qiáng)化塑料防腐。(2)pH調(diào)整池。池內(nèi)定量投加NaOH,控制pH為9.5~11,機(jī)械攪拌。尺寸2300mm×2300mm×3000mm,1座,地上式鋼混結(jié)構(gòu),有效容積14.5m3。內(nèi)壁采用纖維強(qiáng)化塑料防腐。(3)混凝池。為了去除綜合廢水中含有的大量磷酸鹽,池內(nèi)采用加藥機(jī)定量加入除磷粉。尺寸2300mm×2300mm×3000mm,1座,地上式鋼混結(jié)構(gòu),有效容積14.5m3。內(nèi)壁采用纖維強(qiáng)化塑料防腐。(4)絮凝池。池內(nèi)投加PAM以促進(jìn)磷酸鹽絮體的增大,機(jī)械攪拌。尺寸2300mm×2300mm×3000mm,1座,地上式鋼混結(jié)構(gòu),有效容積14.5m3。內(nèi)壁采用纖維強(qiáng)化塑料防腐。(5)綜合初沉池。含磷酸鹽絮體的綜合廢水在這里進(jìn)行泥水分離,下沉污泥采用泵抽吸后排至綜合污泥濃縮池。出水進(jìn)入綜合pH池進(jìn)行pH調(diào)整。尺寸12500mm×3100mm×6000mm,1座,半地上式鋼混結(jié)構(gòu),有效容積220m3。內(nèi)壁采用纖維強(qiáng)化塑料防腐。(6)綜合pH池。定量投加H2SO4調(diào)整pH至中性后,出水進(jìn)入兼氧池。尺寸2300mm×2300mm×3000mm,1座,地上式鋼混結(jié)構(gòu),有效容積14.5m3。內(nèi)壁采用纖維強(qiáng)化塑料防腐。(7)缺氧池(A池)。經(jīng)綜合pH池處理后的廢水在這里進(jìn)行反硝化脫氮,同時降解部分有機(jī)物。尺寸4200mm×2300mm×6000mm,1座,半地上式鋼混結(jié)構(gòu),有效容積55m3。填料體積約40m3。池內(nèi)溶解氧DO控制在0.5mg/L以下,污泥濃度MLSS控制在3000~5000mg/L。(8)接觸氧化池(O池)。在對綜合廢水中有機(jī)物進(jìn)行脫除的同時,利用培養(yǎng)的硝化菌對廢水中氨氮進(jìn)行硝化,使氨態(tài)氮轉(zhuǎn)化為硝態(tài)氮。尺寸4200mm×2300mm×6000mm,2座,半地上式鋼混結(jié)構(gòu),有效容積110m3,填料體積約80m3。池體底部采用曝氣盤進(jìn)行鼓風(fēng)曝氣。池內(nèi)DO控制在2~4mg/L,MLSS控制在3000~5000mg/L。(9)終沉池。為O池出水進(jìn)行泥水分離提供靜置環(huán)境,出水中的一部分作為A池反硝化的氮源,其余大部分進(jìn)入后續(xù)工藝。下沉污泥部分回流至O池,其余部分采用泵抽吸后排至污泥濃縮池。尺寸8000mm×3800mm×6000mm,1座,半地上式鋼混結(jié)構(gòu),有效容積167m3。(10)多介質(zhì)過濾塔。尺寸D1800mm×2200mm,2套,地上直立式纖維強(qiáng)化塑料結(jié)構(gòu)。反沖洗強(qiáng)度采用25m3/(m2·h),系統(tǒng)工作壓力控制在0.2~0.4MPa,濾速10~20m/h。濾料結(jié)構(gòu)與含鎳廢水過濾塔中的濾料結(jié)構(gòu)相同。(11)活性炭過濾器。尺寸D1800mm×2200mm,2套,地上直立式纖維強(qiáng)化塑料結(jié)構(gòu),濾速10~20m/h?；钚蕴繕?gòu)造同含鎳廢水中活性炭吸附塔。(12)排放回用水池。暫存處理水,部分回用于制程用水,剩余達(dá)標(biāo)排放。尺寸4200mm×3550mm×6000mm,1座,半地上式鋼混結(jié)構(gòu),有效容積85m3。3.4半地上式鋼混結(jié)構(gòu)及蒸發(fā)預(yù)處理(1)含鉻含鎳廢水污泥處理。含鉻與含鎳廢水處理過程中產(chǎn)生的污泥分別儲存在不同的濃縮池中,濃縮后的污泥采用半自動廂式壓濾機(jī)進(jìn)行脫水。污泥濃縮池單體尺寸1800mm×1500mm×6000mm,2座,半地上式鋼混結(jié)構(gòu),單體有效容積15m3。內(nèi)壁采用纖維強(qiáng)化塑料防腐。壓濾機(jī)2臺,PP板框,功率1.5kW,型號XMYJ16/630-UB,杭州金潤永昌過濾機(jī)有限公司。(2)綜合廢水污泥處理。污泥濃縮池尺寸4600mm×3600mm×6000mm,1座,半地上式鋼混結(jié)構(gòu),有效容積95m3。內(nèi)壁采用纖維強(qiáng)化塑料防腐。半自動廂式壓濾機(jī)2臺,PP板框,功率1.5kW,型號XMYJ30/800-UB,杭州金潤永昌過濾機(jī)有限公司。4系統(tǒng)的調(diào)試和處理效果4.1生化系統(tǒng)的調(diào)試與確定(1)含鉻廢水處理調(diào)試。在調(diào)試過程中,含鉻廢水的處理分為兩步:第一步:當(dāng)含鉻廢水進(jìn)入還原池后,通過定量投加H2SO4,并借助pH儀控制pH為2.5~3.0,然后投加還原劑NaHSO3,同時控制氧化還原電位ORP為300~350mV,此時,廢水中的Cr6+會在酸性條件下被還原為Cr3+。第二步:含Cr3+的廢水進(jìn)入混凝池后,通過投加NaOH、絮凝劑PAC與助凝劑PAM,控制pH在10~11,使Cr3+生成沉淀而將其除去。除鉻后的廢水進(jìn)入鎳鉻中和池作進(jìn)一步處理。(2)含鎳廢水處理調(diào)試。含鎳廢水首先進(jìn)入混凝池后,通過加藥機(jī)定量投加NaOH和混凝劑PAC,調(diào)節(jié)pH為8.5~9.5后,可生成氫氧化鎳的沉淀絮體。然后在絮凝池內(nèi)定量投加絮凝劑PAM后,細(xì)小的氫氧化鎳絮體會逐漸聚集變大,最后在沉淀池內(nèi)通過重力作用將氫氧化鎳沉淀絮體除去。除鎳后的廢水與除鉻后的廢水共同進(jìn)入鉻鎳中和池進(jìn)行pH的調(diào)整。調(diào)試過程中采用加藥機(jī)投加H2SO4調(diào)整pH至中性。廢水隨后進(jìn)入后續(xù)的多介質(zhì)過濾塔以除去懸浮物以及膠體等浮游性雜質(zhì)。在調(diào)試過程中,根據(jù)過濾塔的出水水質(zhì)調(diào)整反沖洗時間與頻率。過濾后的廢水在活性炭吸附塔中會進(jìn)一步進(jìn)行重金屬鉻鎳離子的吸附去除。由于對傳統(tǒng)的活性炭進(jìn)行了改性,活性炭對廢水中鉻鎳離子的吸附能力大大增加,可達(dá)普通活性炭吸附能力的5~10倍。另外,活性炭中還添加了一定量的鐵屑,在吸附塔中會形成一定量的原電池,而原電池的形成,對廢水中的發(fā)色基團(tuán)及部分有機(jī)物具有很好的去除作用。調(diào)試過程中的數(shù)據(jù)也說明,經(jīng)過活性炭吸附后的廢水,其出水水質(zhì)大大提高。廢水中的重金屬離子及有機(jī)物含量已經(jīng)達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)。為了滿足企業(yè)對回用水水質(zhì)的要求,活性炭處理后的廢水還要繼續(xù)采用UF超濾系統(tǒng)和RO系統(tǒng)進(jìn)一步處理。(3)綜合廢水處理調(diào)試。綜合廢水的處理分為兩步,第一步是通過在混凝池內(nèi)定量投加除磷粉和助凝劑PAM,并控制pH為9.5~11,可除去廢水中大部分的磷酸鹽。每噸廢水投加除磷粉3~5kg,PAM每噸廢水投加0.09~0.12kg。除磷粉的具體投加量根據(jù)出水中TP含量的變化由人工設(shè)定后,采用自動加藥機(jī)定量投加。除去大部分磷酸鹽的綜合廢水經(jīng)過pH調(diào)整后進(jìn)入到后續(xù)的生化段。在生化系統(tǒng)調(diào)試之前,采用生活污水處理廠的濃縮池中的污泥進(jìn)行接種。其中A池接種量為20kg/m3,O池接種量為5kg/m3。在馴化初期,主要以化學(xué)法處理后的原水為處理對象并添加部分營養(yǎng)元素進(jìn)行馴化。并每隔一天進(jìn)行排水和補(bǔ)充新鮮水。A池和O池最初每天的處理水量不超過50m3/d,一個月后,水量逐漸增加。當(dāng)生化系統(tǒng)對COD去除率達(dá)到60%時,開始進(jìn)行連續(xù)進(jìn)出水。生化系統(tǒng)出水指標(biāo)每周測定1~2次,主要測定指標(biāo)為COD、pH、氨氮與TP。對于A池特別要注意出水DO的控制,要保證A池處于比較理想的缺氧狀態(tài)。另外,從終沉池回流的硝化液中DO不超過0.5mg/L,否則要調(diào)整O池曝氣量。在調(diào)試生化系統(tǒng)的后期,要減少物化系統(tǒng)出水指標(biāo)波動以免對生化系統(tǒng)造成嚴(yán)重影響。生化系統(tǒng)的