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電鍍工業園區污水處理廠的設計與運行

2020-08-19信息來源 : 工業水處理

作為國民經濟發展組成的一個重要因素,電鍍行業仍是促進經濟發展的重要加工行業。在電鍍行業為社會創收經濟效益的進程上,它所產生的大量電鍍廢水是阻礙其發展的重要因素。

隨著社會的進步,電鍍廢水的排放標準越來越嚴格,同時伴隨著大量電鍍企業入園的發展趨勢,電鍍工業園區的電鍍廢水處理廠也將面對廢水量更多、水質更雜、污染物濃度更高、更難去除等問題。針對電鍍行業遇到的種種困難和挑戰,對現有的電鍍廢水處理廠進行提標改造是解決上述問題最經濟有效,也是最具有意義的方法。

江蘇省某電鍍工業園區入園企業日益增加,原有的污水處理系統難以使廢水達標排放,為此在原有含鉻廢水的基礎上新建含氰廢水、含鎳廢水、酸堿廢水和脫脂廢水4套預處理系統。采用“預處理+pH調節+Fenton+脫氣+混凝沉淀+A2O+混凝沉淀+轉盤濾池+臭氧催化氧化+UF系統+RO系統”處理工藝對綜合廢水進行回用處理。其中820 t/d的淡水滿足《城市污水再生利用工業用水水質》(GB/T 19923—2005)回用標準,作為回用水用于車間設備清洗。780 t/d的濃水通過“pH調節+Fenton+脫氣+混凝沉淀+活性炭吸附+離子交換”工藝進行深度處理,處理后的出水滿足《電鍍污染物排放標準》(GB 21900—2008)中的表1標準后排入長江。

1 廢水特征

江蘇省某電鍍工業園區廢水處理廠主要接納的廢水種類有5種,本次提標改造新建的預處理系統有4種,依據該污水處理廠的實際運行情況,5種預處理系統的設計進水水量和水質如表 2所示。

2 工程設計

電鍍廢水處理廠的綜合廢水回用系統處理規模為1 600 m3/d,其中新增的處理規模為1 340 m3/d。

該電鍍廢水處理廠的酸堿廢水和含鎳廢水中,含有較高濃度的銅、鋅、鎳等重金屬;含氰廢水中的含氰化合物是一種致命的劇毒物;脫脂廢水中的有機物、總磷和油脂含量較高,處理難度較大。

為此,針對各類電鍍廢水先進行單獨的預處理,當預處理出水滿足《污水綜合排放標準》(GB 8978—1996)中的表 1標準后,再統一匯入綜合調節池進行回用處理。

2.1 現有含鉻廢水處理

電鍍廢水處理廠原有的含鉻廢水預處理工藝如圖 1所示。

2.2 含氰廢水處理

(1)處理工藝流程

含氰廢水的處理采用“堿性次氯酸鈉+酸性次氯酸鈉+混凝沉淀”工藝,工藝流程如圖 2所示。

含氰廢水進入調節池,先進行一級破氰反應,通過pH控制系統,用NaOH溶液調整pH到10~11左右,再通過ORP控制系統控制NaClO溶液的投加量,使廢水中的ORP在300~350 mV,攪拌反應30 min。

一級破氰反應為:NaCN+NaClO+H2O=CNCl+2NaOH,CNCl+2NaOH=NaCNO+H2O+NaCl,二級破氰反應用稀硫酸調整pH到7~8,投加NaClO溶液使ORP保持在600~700 mV,攪拌反應30 min。二級破氰反應為:2NaCNO+3NaClO+H2O=3NaCl+2NaOH +N2↑+2CO2↑。

通過兩級破氰處理將廢水中的CN-轉化為N2和CO2,從而將CN-去除。

(2)構筑物設計

1#、2#、3#pH調節池。尺寸1.0 m×1.0 m×5.5 m,有效容積5.0 m3,停留時間1 h。配套設備:曝氣攪拌系統1套,pH在線檢測儀1臺,氫氧化鈉加藥系統2套,硫酸加藥系統1套。

1#、2#破氰池。尺寸1.0 m×1.0 m×5.5 m,有效容積5.0 m3,停留時間1 h。配套設備:曝氣攪拌系統1套,ORP在線檢測儀1臺,次氯酸鈉加藥系統1套。

1#混凝、絮凝池。尺寸1.0 m×1.0 m×5.5 m,有效容積5.0 m3,停留時間1 h。配套設備:折槳混合攪拌機1臺,PAC、PAM加藥系統各1套。

2.3 含鎳廢水處理

(1)處理工藝流程

含鎳廢水的處理,采用“Fenton+脫氣+混凝沉淀+石英砂過濾+離子交換”工藝,工藝流程如圖 3所示。

含鎳廢水主要來源于鍍鎳、化學鍍鎳等生產工序產生的漂洗水,其中化學鎳漂洗水中的金屬離子鎳為絡合態,需要通過Fenton高級氧化法進行破絡,再進行混凝沉淀,沉淀池出水再經過離子交換,進一步去除廢水中金屬離子。

(2)構筑物設計

4#pH調節池/1#Fenton池/1#脫氣池。尺寸3.0 m×3.0 m×5.5 m,分4格,有效容積45 m3,停留時間5.6 h,處理規模7.5 m3/h。配套設備:曝氣攪拌系統4套,pH、ORP在線檢測儀各1臺,硫酸、雙氧水、硫酸亞鐵、焦亞硫酸鈉加藥系統各1套。

1#石英砂過濾器。尺寸D=1.2 m、H=1.4 m,進水量7.5 m3/h,濾速5~8 m/h,沖洗時間4~6 min,材質碳鋼+FRP。配套設備:反沖洗泵2臺,多路閥門1套。

1#樹脂離子交換塔。尺寸D=1.0 m、H=2.0 m,進水量7.5 m3/h,濾速10~15 m/h,材質碳鋼+FRP。配套設備:杜笙離子交換樹脂1 000 L,樹脂再生設備1套,再生廢液桶1個。

2.4 酸堿廢水處理

(1)處理工藝流程

酸堿廢水的處理采用“混凝沉淀+Fenton+脫氣+混凝沉淀”工藝,工藝流程如圖 4所示。

酸堿廢水提升至pH調節池,控制pH在7.5~8,進行混凝沉淀。上清液回調pH至3左右,再進行Fenton高級氧化。之后回調pH至8.5左右進行沉淀,上清液進行二次混凝沉淀并在絮凝池中投加重捕劑深度去除重金屬。

(2)構筑物設計

5#、6#pH調節池。尺寸3.0 m×2.0 m×5.5 m,有效容積30 m3,停留時間0.75 h,處理規模40.5 m3/h。配套設備:曝氣攪拌系統1套,pH在線檢測儀1臺,硫酸加藥系統1套,氫氧化鈉加藥系統2套。

2#混凝、絮凝池。尺寸2.0 m×2.0 m×5.5 m,有效容積20 m3,停留時間0.5 h,處理規模40.5 m3/h。配套設備:折槳混合攪拌機1臺,PAC、PAM加藥系統1套。

7#pH調節池/2#Fenton池/2#脫氣池。尺寸7.0 m×4.0 m×5.5 m,有效深度5.0 m,分6格,有效容積140 m3,停留時間4.25 h(pH調整0.75 h、Fenton氧化2.25 h、脫氣1.25 h),處理規模40.5 m3/h。配套設備:曝氣攪拌系統6套,pH、ORP在線檢測儀各1臺,硫酸、雙氧水、硫酸亞鐵、焦亞硫酸鈉加藥系統各1套。

2.5 脫脂廢水處理

(1)處理工藝流程

脫脂廢水的處理采用“破乳+混凝沉淀+Fenton+脫氣+混凝沉淀”工藝,工藝流程如圖 5所示。

脫脂廢水中有機物、油脂及總磷含量過高,首先調整廢水的pH至酸性,使后續投加的破乳劑能發揮最大效應,油水分離后,自流進入混凝反應池,充分混合反應。沉淀后的清水進行Fenton高級氧化,之后回調pH至8.5后,再次進行混凝沉淀。

(2)構筑物設計

8#pH調節池/1#破乳池。尺寸3.0 m×1.5 m×5.5 m,分兩格,有效容積22.5 m3,停留時間2.7 h,處理規模8.3 m3/h。配套設備:曝氣攪拌系統1套,pH在線檢測儀1臺,硫酸、破乳劑加藥系統各1套。

9#、10#pH調節池/3#混凝、絮凝池。尺寸1.5 m× 1.5 m×5.5 m,有效容積11.25 m3,停留時間1.35 h,處理規模8.3 m3/h。配套設備:折槳混合攪拌機1臺,pH在線檢測儀1臺,氫氧化鈉、PAC、PAM加藥系統1套。

11#pH調節池/3#Fenton池/3#脫氣池。尺寸3.0 m×3.0 m×5.5 m,分4格,有效容積45 m3,停留時間5.4 h(pH調整1.35 h、Fenton氧化4.0 h、脫氣1.35 h),處理規模8.3 m3/h,結構鋼砼半地上建造。配套設備:曝氣攪拌系統4套,pH、ORP在線檢測儀各1臺,硫酸、雙氧水、硫酸亞鐵、焦亞硫酸鈉加藥系統各1套。

2.6 綜合廢水處理

(1)處理工藝流程

綜合廢水的處理,采用“pH調節+Fenton+脫氣+混凝沉淀+A2O+混凝沉淀+轉盤濾池+臭氧催化氧化+UF+RO”工藝。其中產生的濃水采用“pH調節+ Fenton+脫氣+混凝沉淀+活性炭吸附+離子交換”的工藝進行深度處理,綜合廢水的工藝流程如圖 6所示。

考慮到電鍍園電鍍廢水的水質特性,特將中水回用系統設置在生化處理工段之后,保證中水回用系統的穩定運行。各類廢水經過預處理之后,匯入綜合廢水調節池,調節pH后進行Fenton氧化去除廢水中較難降解的有機物,對Fenton氧化后上清液進行混凝沉淀降低其濁度和色度,沉淀后的上清液通過A2O工藝,以去除廢水中的有機物、氮、磷等。

而后在進入轉盤濾池前再次進行混凝沉淀,纖維轉盤濾池對SS和重金屬有較好的去除效果,隨后進行臭氧催化氧化進一步去除廢水中的氰化物和金屬離子。處理后的廢水進入中水回用膜系統,通過精密過濾、UF、RO等膜處理,使處理的出水達到回用標準。同時膜系統產生的濃水通過Fenton和混凝將廢水中的難降解物質進行分解并絮凝沉淀去除,出水再經過活性炭吸附和樹脂吸附后達到排放標準,排入長江。

(2)構筑物設計

4#Fenton池/4#脫氣池。尺寸10.0 m×6.0 m×5.5 m,分6格,有效容積300 m3,停留時間4.5 h(Fenton氧化3.0 h、脫氣1.5 h),處理規模66 m3/h。配套設備:曝氣攪拌系統7套,ORP在線檢測儀各1臺,硫酸、雙氧水、硫酸亞鐵、焦亞硫酸鈉加藥系統各1套。

12#pH調節池/4#混凝、絮凝池。尺寸3.0 m×3.0 m×5.5 m,有效容積45 m3,停留時間0.7 h,處理規模66 m3/h。配套設備:折槳混合攪拌機1臺,pH在線檢測儀1臺,氫氧化鈉、PAC、PAM加藥系統1套。

1#厭氧水解池。尺寸18.0 m×9.0 m×5.0 m,分2格,有效容積729 m3,停留時間11 h,處理規模66 m3/h。配套設備:水下攪拌機4臺,ORP在線測定儀2臺,醋酸鈉加藥系統1套。

1#A/O池。尺寸45.0 m×9.0 m×5.0 m,分5格,有效容積1 822 m3,停留時間27 h(缺氧5.5 h、好氧21.5 h),回流比2.5,處理規模66 m3/h。配套設備:水下攪拌機2臺,甲醇投加系統1套,羅茨風機2臺(1用1備),DN 215微孔曝氣頭720個,溶氧在線測定儀2臺,硝化液回流泵3臺(2用1備)。

1#纖維轉盤濾池。尺寸4.0 m×6.0 m×5.0 m,有效深度4.5 m,處理規模66 m3/h。配套設備:纖維轉盤1套。

1#臭氧催化氧化池。尺寸4.0 m×6.0 m×8.0 m,有效容積144 m3,停留時間2.2 h,回流比8:1,處理規模66 m3/h。配套設備:板式臭氧發生器1臺,屹桐牌Ⅰ型臭氧催化填料36 m3,屹桐牌Ⅱ型臭氧催化填料36 m3,D=215 mm鈦合金曝氣盤96個,循環泵3臺(2用1備),尾氣破壞裝置1套。

中水回用系統。處理規模34 m3/h。配套設備:預處理系統1套,包括砂濾罐2只,尺寸D 2 000 mm× 3 000 mm,碳濾罐2只,尺寸D 2 000 mm×3 000 mm,精密過濾器2只,尺寸D 600 mm×1 300 mm;超濾膜系統1套,包括超濾膜AQU200-H-100K,36支;反滲透系統1套,包括高壓泵4臺(2用2備),Q=33 m3/h,H=160 m,N=30 kW,反滲透膜BW30-8040,60支(2組并聯),膜清洗系統1套。

濃水深度處理系統。1#回用濃水水池/13#pH調節池。尺寸8.0 m×7.0 m×5.5 m,其中pH調節池尺寸8.0 m×2.0 m×5.5 m,分4格,總有效容積280 m3,停留時間7.0 h(pH調節時間1.2 h),處理規模40 m3/h。配套設備:曝氣攪拌系統5套,差分式pH在線檢測儀2臺,硫酸加藥系統2套。

5#Fenton池/5#脫氣池。尺寸10.0 m×6.0 m×5.5 m,有效深度5.0 m,分6格,有效容積320 m3,停留時間8.0 h,處理規模40 m3/h。配套設備:曝氣攪拌系統7套,ORP在線檢測儀各1臺,硫酸、雙氧水、硫酸亞鐵、焦亞硫酸鈉加藥系統各1套。

1#pH砂濾罐。尺寸D=1.6 m、H=2.5 m,處理規模32.5 m3/h。配套設備:活性炭6 m3。

1#樹脂罐。數量2個,尺寸D=1.6 m、H=2.5 m,處理規模32.5 m3/h。配套設備:陽離子樹脂5 m3,再生水箱5 m3,再生水泵1臺。

3 處理效果

穩定運行1 a,期間委托第三方檢測機構定期對進出水水質進行監測,監測結果如表1所示。

由表 1可知,工藝總氰、總鎳、總銅、總鋅的去除率均大于95%,回用系統出水滿足《城市污水再生利用工業用水水質》(GB/T 19923—2005)回用標準,濃水系統的出水滿足《電鍍污染物排放標準》(GB 21900—2008)中的表 2標準,達標排入長江。

該項目工程總投資1 046.3萬元。其中土建費用主要用于新增預處理組合池、綜合處理深度處理組合池、收集組合池、回用池、輔助用房等共計588.8萬元;設備材料費為362.1萬元;運輸安裝費用36.2萬元,綜合稅金為59.2萬元。各工藝的運行費用如表 3所示,其中公共運行成本為1 600 t/d綜合廢水的回用處理和濃水處理的運行成本。

4 結論

經過1 a的穩定運行數據可知,含氰、含鎳、酸堿、脫脂廢水通過各自的預處理后,氰、鎳、銅、鋅和石油類的去除率分別達到98.82%、99.18%、95.32%、96.67%、94.74%,通過“pH調節+Fenton+脫氣+混凝沉淀+A2O+混凝沉淀+轉盤濾池+臭氧催化氧化+UF系統+RO系統”的回用處理系統后,SS、COD、氨氮、TN、TP、氰、Ni、Cr、Cu、Zn、石油類等指標滿足《城市污水再生利用工業用水水質》(GB/T 19923—2005)標準。通過“pH調節+Fenton+脫氣+混凝沉淀+活性炭吸附+離子交換”的濃水處理系統后,上述指標滿足《電鍍污染物排放標準》(GB21900—2008)中的表 2標準。

通過此工程實例穩定運行1 a的狀況可知,該工程設計在實際應用中有較好的實用性,為該電鍍園區取得了較高的經濟、社會和環境效益,同時也為日后的電鍍工業園區建立電鍍廢水處理廠并制定完善的運維制度提供了較好的樣本。

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