電鍍表面處理中心含鉻污水預(yù)處理工藝

1、引言

電鍍作為機(jī)械裝備制造、電子信息等領(lǐng)域的重要配套環(huán)節(jié)，決定區(qū)域裝備設(shè)備制造水平先進(jìn)性，尤其在智能化制造時(shí)代，有著極其重要的作用。然而我國電鍍行業(yè)尚以大量消耗資源的粗放型經(jīng)營為特點(diǎn)，部分企業(yè)由于疏于監(jiān)管，超標(biāo)排污現(xiàn)象偶有發(fā)生，未經(jīng)處理達(dá)標(biāo)的電鍍廢水排入河道、池塘，滲入地下，對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重的污染和危害，重金屬污染已成為電鍍行業(yè)重要的特征污染物。電鍍生產(chǎn)過程中排放的重金屬主要以絡(luò)合形態(tài)存在，由于水質(zhì)復(fù)雜且波動(dòng)性大，因此電鍍廢水是最難處理的工業(yè)廢水之一。目前，電鍍廢水的處理主要有化學(xué)法、物理法、物理化學(xué)法和生物法等方法。

目前，某行政區(qū)內(nèi)已有8家電鍍企業(yè)，但布局分散、規(guī)模小，傳統(tǒng)工藝占主導(dǎo)，部分領(lǐng)域電鍍工藝完全依靠外協(xié)解決，給下游企業(yè)帶來了較大的成本壓力，同時(shí)影響地區(qū)相關(guān)產(chǎn)業(yè)的綜合競爭力。根據(jù)區(qū)域發(fā)展實(shí)際情況及后期規(guī)劃，擬將區(qū)域現(xiàn)有分散的電鍍企業(yè)進(jìn)行集中化規(guī)?；芾?，同時(shí)引進(jìn)部分區(qū)內(nèi)亟需的電鍍種類，更好地滿足周邊地區(qū)制造業(yè)對(duì)電鍍行業(yè)的需求。因此，區(qū)域內(nèi)擬投資建設(shè)表面處理中心，實(shí)現(xiàn)電鍍行業(yè)集群化、規(guī)范化發(fā)展的客觀需要，也有利于滿足不斷擴(kuò)張的電鍍市場需求，提升地區(qū)產(chǎn)業(yè)綜合競爭力，促進(jìn)經(jīng)濟(jì)高質(zhì)量發(fā)展。

2、污水處理設(shè)計(jì)

2.1 設(shè)計(jì)處理水質(zhì)水量

根據(jù)周邊地區(qū)電鍍市場容量及區(qū)域發(fā)展規(guī)劃，表面處理中心擬引進(jìn)各類滾鍍、掛鍍鋅生產(chǎn)線、鍍銅、鎳、鉻生產(chǎn)線、酸洗磷化、化學(xué)鍍、鍍貴金屬、電解拋光生產(chǎn)線等自動(dòng)化電鍍生產(chǎn)線150～250條，總表面處理面積為311～518萬m2/年。

參考相關(guān)規(guī)范中關(guān)于電鍍廢水的常見分類情況。廢水處理站的廢水分為9類：含鉻廢水、化學(xué)鎳廢水、含鎳廢水、含銅含磷廢水、含銀含氰廢水、酸堿廢水、混合廢水、初期雨水、生活污水。根據(jù)金屬表面處理中心電鍍面積折算，項(xiàng)目產(chǎn)生的廢水總量為1378000～1554000m3/年，同時(shí)按照表面處理中心各個(gè)電鍍線自來水使用量折算廢水產(chǎn)生量，廢水總量為4570m3/d。金屬表面處理中心廢水處理站廢水設(shè)計(jì)總量為5000m3/d?？紤]項(xiàng)目實(shí)際建設(shè)過程中，存在項(xiàng)目入駐時(shí)間不一，生產(chǎn)排放廢水量及水質(zhì)的波動(dòng)的情況，廢水處理站分兩期建設(shè)，一期、二期設(shè)計(jì)處理規(guī)模分別為2500m3/d。本次以2500m3/d處理規(guī)模為例開展設(shè)計(jì)。

參考同類工程經(jīng)驗(yàn)，含鉻廢水約占總廢水量的14％，此次設(shè)計(jì)水量為350m3/d，廢水進(jìn)出水設(shè)計(jì)指標(biāo)如表1所示。

2.2 污水處理工藝流程及說明

2.2.1 還原系統(tǒng)

2.2.1.1 調(diào)節(jié)池

含鉻廢水主要來源于鍍鉻、鈍化、化學(xué)鍍鉻、陽極化處理等工藝，廢水中污染物主要為六價(jià)鉻、三價(jià)鉻、銅、鐵等金屬離子和硫酸等；鈍化、陽極化處理等廢水還含有被鈍化的金屬離子以及部分添加劑、光亮劑等。一般廢水中六價(jià)鉻濃度在200mg/L以下，pH值為4～6。

含鉻廢水先經(jīng)調(diào)節(jié)池收集，達(dá)到穩(wěn)定水量及水質(zhì)的目的，調(diào)節(jié)池設(shè)計(jì)停留時(shí)間大于8h。含鉻廢水調(diào)節(jié)池利用穿孔曝氣的方式，對(duì)進(jìn)水進(jìn)行混合。水池配套液位計(jì)，帶信號(hào)傳輸，液位計(jì)與進(jìn)水泵聯(lián)動(dòng)，同時(shí)了解并調(diào)節(jié)系統(tǒng)處理水量，在進(jìn)水泵后端設(shè)置流量計(jì)。含鉻廢水經(jīng)收集，均衡水質(zhì)水量后，經(jīng)泵提升進(jìn)入含鉻廢水還原池。

2.2.1.2 還原池

還原沉淀法是目前應(yīng)用較為廣泛的含鉻廢水處理方法?；驹硎窃谒嵝詶l件下向廢水中加入還原劑，將Cr6+還原成Cr3+。然后再加入氫氧化鈉或代堿劑，使其在堿性條件下生成氫氧化鉻沉淀，從而去除鉻離子。該類廢水中兼有Cr3+、Cr6+離子及其他金屬離子，為使Cr6+還原為Cr3+在后續(xù)工段中去除，首先投加酸調(diào)節(jié)pH至2、3之間（由在線pH儀自動(dòng)控制投加量），再投加還原劑將Cr6+還原為Cr3+在后續(xù)工段中去除，ORP控制在250mV以下（由在線ORP儀自動(dòng)控制投加量）。還原池設(shè)計(jì)停留時(shí)間為1h，利用攪拌器對(duì)還原池進(jìn)行攪拌，保證廢水與藥劑充分接觸。鉻還原反應(yīng)方程式如下：

2.2.2 兩級(jí)反應(yīng)沉淀系統(tǒng)

2.2.2.1 一級(jí)反應(yīng)沉淀池

經(jīng)還原后的廢水中污染因子為三價(jià)鉻，同時(shí)還有部分其他的金屬離子，根據(jù)在堿性條件下，三價(jià)鉻及銅離子會(huì)生成氫氧化物沉淀的原理，調(diào)節(jié)反應(yīng)pH環(huán)境，達(dá)到去除廢水中重金屬離子的目的。一級(jí)反應(yīng)沉淀池包括調(diào)堿池、PAC池、PAM池及沉淀池，設(shè)計(jì)水力停留時(shí)間為30min。

（1）調(diào)堿池。

廢水進(jìn)入調(diào)堿池，通過加藥系統(tǒng)在調(diào)堿池投加氫氧化鈉，根據(jù)氫氧化物沉淀形成及再溶解所需pH值，氫氧化鉻沉淀開始pH值為6.8，沉淀開始溶解pH值為12，同時(shí)氫氧化鉻溶度積為7x10－31。為此，調(diào)堿池加堿后，Cr3+與廢水中的堿性物質(zhì)反應(yīng)生成細(xì)小的氫氧化物顆粒，最終去除，反應(yīng)方程式如下：

（2）PAC、PAM池。

投加PAC和PAM與廢水充分進(jìn)行絮凝反應(yīng)，使銅離子、Cr3+沉淀分離，PAC池和PAM池的水力停留時(shí)間為30min。

（3）一級(jí)沉淀池。

混凝反應(yīng)后的混合廢水進(jìn)入一級(jí)沉淀池沉淀，達(dá)到固液分離的目的。一級(jí)沉淀池污泥經(jīng)污泥泵進(jìn)入污泥池濃縮暫存。一級(jí)沉淀池設(shè)計(jì)污泥表面負(fù)荷低于0.7m3/m2?h。

2.2.2.2 二級(jí)反應(yīng)沉淀池

為保證含鉻廢水重金屬的處理效果，增設(shè)二級(jí)反應(yīng)沉淀系統(tǒng)。

（1）重捕劑池。

通過投加重捕劑，進(jìn)一步去除廢水中重金屬離子。重捕反應(yīng)pH范圍在10～11。反應(yīng)池設(shè)計(jì)停留時(shí)間為30min，配套不銹鋼襯塑攪拌器重捕后的廢水，進(jìn)入PAM池。

（2）PAM池。

PAM池的增設(shè)是為了提高重金屬沉淀物的沉淀效果。反應(yīng)池設(shè)計(jì)停留時(shí)間為30min，配套不銹鋼襯塑攪拌器，攪拌速度在15r/min，慢速攪拌，滿足混合溶液混合的條件，同時(shí)不打破助凝形成的釩花。

（3）二級(jí)沉淀池。

混凝反應(yīng)后的廢水進(jìn)入二級(jí)沉淀池沉淀，達(dá)到固液分離的目的。二級(jí)沉淀池污泥經(jīng)污泥泵進(jìn)入污泥池濃縮后進(jìn)入污泥脫水系統(tǒng)。二級(jí)沉淀池設(shè)計(jì)污泥表面負(fù)荷低于0.7m3/m2*h。兩級(jí)反應(yīng)沉淀后，系統(tǒng)出水經(jīng)膜過濾后進(jìn)入后續(xù)生化處理系統(tǒng)。

系統(tǒng)廢水后端設(shè)置中間罐，配套出水在線監(jiān)測裝置，避免一類污染物進(jìn)入生化處理系統(tǒng)（圖1）。

2.3 主要構(gòu)筑物設(shè)計(jì)參數(shù)和設(shè)備選型

含鉻廢水主要重金屬污染物為六價(jià)鉻、銅離子，廢水pH值為4～6。含鉻廢水經(jīng)調(diào)節(jié)池收集后，經(jīng)還原池反應(yīng)，在酸性環(huán)境中，利用焦亞硫酸鈉將六價(jià)鉻轉(zhuǎn)化為三價(jià)鉻。廢水還原后經(jīng)兩級(jí)混凝沉淀反應(yīng)，達(dá)到去除鉻和銅離子的目的。經(jīng)預(yù)處理后，重金屬得到有效處置，預(yù)處理后的含鉻廢水進(jìn)入后續(xù)生化處理系統(tǒng)的調(diào)節(jié)池。

（1）調(diào)節(jié)池。

設(shè)計(jì)容積175m3，污水停留時(shí)間11h，池體尺寸：L7mxW5mxH5m，配套穿孔曝氣系統(tǒng)1套，含鉻廢水提升泵2臺(tái)（參數(shù)：流量15m3/h，揚(yáng)程10m，功率2.2kW），流量計(jì)1只，液位計(jì)1只。

（2）還原池。

設(shè)計(jì)容積：15m3，污水停留時(shí)間1h，池體尺寸：L1mxW3mxH5m，配套攪拌器2臺(tái)（功率1.1kW），pH調(diào)節(jié)裝置1套，還原劑投加裝置1套。

（3）一級(jí)反應(yīng)沉淀池。

設(shè)計(jì)容積180m3，污泥表面負(fù)荷：0.5m3/m2?h，池體尺寸：L6mxW6mxH5m，配套設(shè)備刮泥機(jī)1臺(tái)（功率：0.75kW），污泥泵2臺(tái)（參數(shù)：流量15m3/h，揚(yáng)程15m，功率3kW），調(diào)堿池（容積：12m3、污水停留時(shí)間48min、池體尺寸L1mxW2.4mxH5.0m），pH值調(diào)節(jié)裝置1套，PAC池（容積12m3、污水停留時(shí)間48min、池體尺寸L1mxW2.4mxH5.0m），攪拌器1臺(tái)（1.5kW），PAC加藥裝置1套，PAM池（容積12m3，污水停留時(shí)間48min，池體尺寸L1mxW2.4mxH5.0m），PAM加藥裝置1套。

（4）二級(jí)反應(yīng)沉淀池。

設(shè)計(jì)容積180m3（污泥表面負(fù)荷0.5m3/m2?h，池體尺寸：L6mxW6mxH5m），配套設(shè)備刮泥機(jī)1臺(tái)（功率：0.75kW），污泥泵2臺(tái)（參數(shù)：流量15m3/h，揚(yáng)程15m，功率3kW），重捕池（容積12m3，污水停留時(shí)間48min，池體尺寸L1xW2.4xH5.0m），攪拌器1臺(tái)（1.5kW），重捕劑加藥裝置1套，PAM池（容積12m3，污水停留時(shí)間48min，池體尺寸L1mxW2.4mxH5.0m），攪拌器1臺(tái)（1.5kW），PAM加藥裝置1套。

（5）膜過濾系統(tǒng)。

設(shè)計(jì)容積40m3（池體尺寸：L2mxW2.5mxH4.0m，膜通量：20L/m2?h），膜清洗系統(tǒng)1套，清洗藥劑2套，穿孔曝氣系統(tǒng)1套，膜過濾出水泵2臺(tái)（參數(shù)：流量15m3/h，揚(yáng)程15m，功率2.2kW）流量計(jì)1只，鉻/六價(jià)鉻在線監(jiān)測設(shè)備1臺(tái)，流量計(jì)1只。

3、廢水處置效果分析

根據(jù)《電鍍污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》要求，預(yù)處理出水金屬鉻需達(dá)到相應(yīng)的處理標(biāo)準(zhǔn)。同時(shí)，為保證生化處理的穩(wěn)定性，廢水經(jīng)物化預(yù)處理后總鉻指標(biāo)也需滿足生化要求。故針對(duì)離子態(tài)鉻，沉淀完全的情況下，計(jì)算鉻離子殘留離子濃度，計(jì)算數(shù)值見表2。

表2數(shù)據(jù)為理論數(shù)值，沉淀法中要求沉淀完全程度大于99.9％，而沉淀完全與否是根據(jù)反應(yīng)達(dá)平衡后，沉淀的溶解度來判斷。影響沉淀溶解度的主要因素有以下幾種：同離子效應(yīng)、異離子效應(yīng)（鹽效應(yīng)）、酸效應(yīng)、配位效應(yīng)，以上因素使沉淀的溶解度增大的現(xiàn)象。實(shí)際反應(yīng)過程中，由于以上因素影響不可避免，殘留離子濃度會(huì)高于理論計(jì)算值，但實(shí)際污染物鉻出水濃度仍然遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于排放濃度。

4、結(jié)論

本文根據(jù)實(shí)地調(diào)研資料及當(dāng)?shù)厍闆r，結(jié)合項(xiàng)目設(shè)計(jì)對(duì)某表面處理中心含鉻廢水預(yù)處理進(jìn)行初步設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)總體工藝路線為“調(diào)節(jié)+還原反應(yīng)+二級(jí)沉淀+膜超濾”，設(shè)計(jì)出水總鉻指標(biāo)滿足《電鍍污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB21900－2008）表2標(biāo)準(zhǔn)，該工程設(shè)計(jì)方案對(duì)于含鉻電鍍廢水治理具有一定的應(yīng)用推廣作用。（來源：（江蘇龍環(huán)環(huán)境科技有限公司咨詢?nèi)?/span>