電鍍廢水處理工藝改造技術(shù)

　　珠三角是我國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，由于處理工藝簡單、設(shè)備陳舊，廢水中重金屬離子和COD濃度未能達標(biāo)排放。本文針對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，使廢水出水達到廣東省電鍍水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)(DB44/1597-2015)有關(guān)要求，嚴(yán)守環(huán)境質(zhì)量底線。

　　1、實驗部分

　　1.1 廢水水質(zhì)

　　本項目工業(yè)園電鍍廠于2007年成立并運行，產(chǎn)生的電鍍廢水水量為1200m3/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)》(GB21900-2008)和《廣東省水污染物排放限值》(DB4426-2001)一級A標(biāo)準(zhǔn)的較嚴(yán)者設(shè)計，廢水處理工藝相對老舊且設(shè)備腐蝕比較嚴(yán)重，運行不穩(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)，故需對原有工藝進行改造。

　　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)

　　通過對混凝-MBR等工段進行小試，研究混凝段絮凝劑的投加量、MBR的水力停留時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個月的運營數(shù)據(jù)，原廢水處理工藝長期穩(wěn)定運行的水質(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均難以達標(biāo)排放，尤其是出水中殘留的Cr6+平均達到1.8mg/L，超標(biāo)較嚴(yán)重。究其原因為相對分散且細小的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。廢水進入MBR工段后，MBR池中的活性污泥對重金屬離子有一定的吸附能力，活性污泥中的微生物對有機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小絮體和沉淀物，可進一步去除廢水中的重金屬離子和有機物，從而確保廢水達標(biāo)排放。

　　2.2 混凝劑投加量對出水水質(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)25mg/L，改變聚丙烯酰胺(PAM)投加量，研究其對重金屬離子的去除影響，確定混凝劑最佳投加量，結(jié)果如圖2所示?？梢钥闯觯?dāng)PAM投加量達65mg/L時，沉淀池出水中Cu2+和Ni2+含量為0.48mg/L和0.42mg/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0.81mg/L，還不能達標(biāo)排放。主要原因是高分子混凝劑PAC和PAM對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行沉淀，因此對鎳離子和銅離子有較好的去除效果。總Cr形成的絮狀沉淀物既分散又細小，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(biāo)，主要由以難以沉降的細小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水力停留時間對出水水質(zhì)的影響

　　MBR工藝實質(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。活性污泥處理重金屬廢水機理較復(fù)雜，通常認為活性污泥對重金屬的作用包括沉淀、吸附和胞內(nèi)吸附等?；钚晕勰嗟膶χ亟饘匐x子的吸附效果與水力停留時間關(guān)系密切，停留時間越長，活性污泥對重金屬離子的吸附效果越好。通過調(diào)整廢水進水流量，改變廢水在MBR中的停留時間，通過測定上清液中重金屬離子濃度，研究廢水在MBR工段的最佳停留時間。設(shè)定廢水停留時間分別為2h、4h、6h、8h、10h和12h，測試結(jié)果如圖3所示?？梢钥闯觯?dāng)停留時間為2h，出水中Cu2+濃度為0.48mg/L、Ni2+濃度為0.42mg/L、總Cr濃度0.81mg/L，去除效果有限。當(dāng)停留時間為6h，出水中Cu2+濃度為0.33mg/L、Ni2+濃度為0.32mg/L、總Cr濃度0.41mg/L，出水中各項重金屬離子濃度均符合DB44/1597-2015中的有關(guān)限值。進一步延長停留時間，去除效果增加緩慢，但對MBR的建設(shè)規(guī)模要求更高，會增加投資成本，影響經(jīng)濟性。

　　2.4 MBR超濾膜透過率對出水水質(zhì)的影響

　　MBR中0.05μm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0.33mg/L，0.32mg/L和0.41mg/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0.25MPa，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，探索最佳的透過率。不同透過率下的金屬離子濃度如圖4所示?？梢钥闯?，濾液透過率越低則出水水質(zhì)越好，當(dāng)透過率為0.7時，Ni2+、Cu2+、總Cr等污染物仍然有一個較好的去除效果，出水中Ni2+濃度為0.255mg/L、Cu2+濃度為0.27mg/L、總Cr濃度為0.328mg/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。

　　超濾膜對細小的重金屬沉淀顆粒物有較好的攔截作用，對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，從實驗結(jié)果來看其出水水質(zhì)仍然較好，但過高的透過率會導(dǎo)致UF膜出現(xiàn)嚴(yán)重的濃差極化現(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)果對比

　　本項目屬于珠三角現(xiàn)有項目，自2012年9月1日前環(huán)境影響評價文件獲得批準(zhǔn)。通過對工藝改造及其對混凝工段和水力停留時間的研究，使其出水水質(zhì)達到廣東省地方標(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。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)濟效益分析

　　該改造工藝運行費用主要包括電費、試劑費、超濾膜更換費用、膜清洗費用等，按單位體積廢水處理成本計算其經(jīng)濟性。其中，系統(tǒng)總裝機功率600kW，耗電量1496.8kWh/d，單位水量耗電指標(biāo)1.248kWh/m3，電費單價0.8元/kWh，則電費成本0.9984元/m3。項目人工定員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)費用合計686.06元/d，試劑費成本0.57元/m3。根據(jù)現(xiàn)有數(shù)據(jù)，超濾膜的更換及清洗費用按0.21元/m3計。則可計算電鍍廢水處理運行成本2.58元/m3。同時考慮節(jié)省了砂濾池運行和維護成本0.2元/t，則改造工藝運行總成本增加2.38元/t，該工藝經(jīng)改造后經(jīng)濟、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)對原有工藝進行改造后，廢水處理的運營成本為2.58元/t，相較于原工藝增加2.38元/t，技術(shù)經(jīng)濟可行性較好。(來源：廣東環(huán)境保護工程職業(yè)學(xué)院)