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電鍍廢水處理工藝改造實驗分析

    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(dá)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(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。

   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(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。

   通過對混凝-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。

   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。

   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，超標(biāo)較嚴(yán)重。究其原因為相對分散且細(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(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有機物，從而確保廢水達(dá)標(biāo)排放。

   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，研究其對重金屬離子的去除影響，確定混凝劑最佳投加量。

   可以看出，當(dāng)PAM投加量達(dá)65 mg/L時，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，因此對鎳離子和銅離子有較好的去除效果?？侰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仍然超標(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。

   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?；钚晕勰嗵幚碇亟饘購U水機理較復(fù)雜，通常認(rèn)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(jìn)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。

   可以看出，當(dāng)停留時間為 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(jì)性。

   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，探索最佳的透過率。

   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，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 0.255 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。

   超濾膜對細(xì)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。

   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(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。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。

   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(jì)性。

   其中，系統(tǒng)總裝機功率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(hù)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(jì)、技術(shù)可行。

（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(jìn)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(jì)可行性較好。

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