廢乳液處理工藝的設計及改進

趙 闖

(中色科技股份有限公司，河南洛陽471039)

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廢乳液處理工藝的設計及改進

趙 闖

(中色科技股份有限公司，河南洛陽471039)

文章以國內(nèi)某銅加工廠廢乳液處理工藝為基礎，深入分析了原工藝的局限性，通過工藝比選，結(jié)合工程實際情況，提出了切實可行的改進措施，改造后的處理工藝在技術(shù)及經(jīng)濟上合理可行，處理后水質(zhì)達到國家排放標準。

廢乳液；處理；工藝；改進

乳化液潤滑劑一般較多用于銅加工熱軋、粗軋生產(chǎn)過程。由于乳化液是一種水油混合潤滑劑，水既是冷卻劑又是載油劑，所以乳化液的冷卻性能較好。由于乳化液使用過程中自身的穩(wěn)定性、抗污染能力及乳化液維護等原因，乳化液要定期更換，更換下來的乳化液需經(jīng)處理達標后外排。

1 工程現(xiàn)狀

現(xiàn)有廢乳液處理站是2008年設計并投入運行的，主要處理工藝為，調(diào)節(jié)池→破乳槽→兩級組合式高效氣?。粴飧〕爻鏊c廠區(qū)含酸廢水合并處理，最終外排。該系統(tǒng)存在的主要問題有，破乳效果不理想，影響氣浮單元的處理；對廢液的水質(zhì)參數(shù)缺乏監(jiān)測手段；處理流程短，出水含油量較高；SS、CODcr去除率較低，處理水質(zhì)不達標(主要是CODcr及石油類指標超標)。

現(xiàn)有系統(tǒng)目前處于停運狀態(tài)，業(yè)主決定將廢乳液處理系統(tǒng)在現(xiàn)有基礎上進行改造，并將廢乳液進行單獨處理后外排，出水必須達到《污水綜合排放標準》(GB8978-1996)中的一級排放標準。

2 廢水量及水質(zhì)特征

廢乳液每個月部分排放，每次排放量為20m3，一年約有240m3；另每年廢乳液完全更換一次，更換排放量為400m3，即每年需處理的廢乳液的量為640m3。

在銅加工廠使用的乳化液通常都是水包油型(即O/W型)。其中乳化油含量占2%～5%，水含量占95%～98%。因為其中乳化劑的作用，油以細微的顆粒高度分散在水中，其粒徑大都在0.1～2μm之間。根據(jù)相關(guān)資料及以往的工程經(jīng)驗，廢乳液原水水質(zhì)及排放指標值見表1。

表1 廢乳液處理設計進出水水質(zhì)

注：表中“/”表示數(shù)值較高，無法測定。

3 工藝設計

3．1 處理規(guī)模

由于本項目乳化廢液的排放是周期性的，因此可采用先把廢乳液全部排放到調(diào)節(jié)池中貯存起來，后續(xù)處理工藝則采用小流量連續(xù)運行處理的方式，這樣可減小處理設備的規(guī)格，從而使設備投資和工程造價顯著降低。

現(xiàn)有廢乳液處理系統(tǒng)的處理規(guī)模為0．5m3/h，根據(jù)實際情況及業(yè)主要求，改造后的廢乳液處理系統(tǒng)的處理規(guī)模提高至1．5m3/h。

3.2 廢乳液處理工藝的比較及選擇

3.2.1 工藝比較

廢乳液的水質(zhì)特點和排放要求是決定廢乳液處理工藝的重要因素，合理的廢液處理工藝是建立在對廢液特性掌握的基礎之上。

廢乳液處理首先要將廢乳液中的油分離出來，以減輕后續(xù)工段的處理壓力，同時減少系統(tǒng)的運行費用。

破乳方法有化學破乳(破乳劑)、加熱破乳、電解法破乳、加酸破乳等。此外還有一些物理處理方法如混合、震蕩、微波、過濾以及微生物處理等，實際過程中一般是多種方法同時進行。

目前常用的廢乳液處理工藝主要有兩種：一種是“化學破乳+沉淀+電解破乳+氣浮+過濾+曝氣生物碳濾池+接觸氧化”的處理工藝(以下簡稱工藝A)；另一種是“預熱(加熱破乳)+紙帶過濾+陶瓷膜過濾(過濾破乳)”的處理工藝(以下簡稱工藝B)。工藝A出水能夠直接達到《污水綜合排放標準》(GB8978-1996)中的一級排放標準；工藝B出水只能達到《污水綜合排放標準》(GB8978-1996)中的三級排放標準，需并入其他處理系統(tǒng)再進行深度處理才能保證系統(tǒng)最終出水水質(zhì)達標。

工藝A的直接運行成本為藥劑費用(破乳劑、絮凝劑、混凝劑、氧化劑)和電費，根據(jù)以往工程經(jīng)驗，每噸廢乳液的直接處理成本在10～15元之間。整個系統(tǒng)運行穩(wěn)定，處理能力不會隨著時間的推移而下降，操作維護方便。

工藝B對廢乳液的預處理要求很高，首先要將廢乳液升溫至60℃左右。實際運行中，為了達到較好的運行效果，往往將廢乳液升溫至80℃左右，以提高廢乳液中乳化油的分離效率，同時也為了降低陶瓷膜通量的衰減速率，提高系統(tǒng)的產(chǎn)水率。根據(jù)國內(nèi)某大型銅加工企業(yè)的實際運行數(shù)據(jù)，將1t廢乳液從20℃升溫至60℃，折合處理成本為40～50元/t(電加熱)。陶瓷膜組件運行一段時間后，膜通量下降，需要通過酸洗、堿洗和水洗來恢復膜通量，保證系統(tǒng)的處理量。此過程中產(chǎn)生大量的酸堿廢水，需中和后外排至廠區(qū)其他廢水處理系統(tǒng)進行深度處理。即使采用陶瓷膜處理系統(tǒng)，不預熱，通過酸法破乳和紙帶過濾后，通過陶瓷膜進行處理，除人工和設備折舊外，每噸廢乳液的直接處理成本約39元，運行費用很高。另陶瓷膜壽命一般在3年左右，到時間后，即使通過頻繁清洗，陶瓷膜的處理能力也難以提高，此時就需要整體更換。由于陶瓷膜處理系統(tǒng)的集成度很高，可替代性較差，每次更換的成本也很高，以處理能力為1m3/h的陶瓷膜處理系統(tǒng)為例，每次陶瓷膜更換的費用約10萬元左右。

3.2.2 工藝選擇

根據(jù)上述兩種廢乳液處理工藝的對比，考慮到現(xiàn)場實際情況、運行費用、一次投資、設施利舊、外排水質(zhì)指標等因素，本方案最終確定選用工藝A。改造后的工藝流程如圖1所示。

圖1 改進后的廢乳液處理工藝流程圖Fig.1 Flow chart of improved waste emulsion treatment process

3．3 主要處理設施

3．3．1 調(diào)節(jié)池

業(yè)主提供的基礎資料顯示每年廢乳液整體更換排放量為400m3，為滿足生產(chǎn)需要，在原有調(diào)節(jié)池(有效容積為272m3)基礎上新增調(diào)節(jié)池一座(有效容積為150m3)，以保證業(yè)主生產(chǎn)更換乳液的需要。兩個調(diào)節(jié)池底部可連通，通過閘門來隔斷。調(diào)節(jié)池內(nèi)設液位測量、控制系統(tǒng)，保證運行平穩(wěn)。

調(diào)節(jié)池上設有兩套除油裝置，處理能力120L/h，地上設置，定期運轉(zhuǎn)以去除調(diào)節(jié)池上層浮油。廢乳液提升泵利舊。

3．3．2 破乳裝置

由破乳槽、刮渣機、廢乳液提升泵和組合加藥裝置組成。調(diào)節(jié)池內(nèi)匯集的廢乳液經(jīng)提升泵提升進入破乳槽，同時投加多種破乳藥劑，使廢水中的大部分機械雜質(zhì)及灰份鹽析凝聚成較大顆粒。經(jīng)破乳后的廢液由控制閥門調(diào)節(jié)流量后自流入離心機中。破乳槽兩個，鋼防腐材質(zhì)，單槽反應時間3.0h，單槽有效容積4.5 m3。

3．3．3 離心機

將傳統(tǒng)工藝中的沉淀裝置改為離心機，減少了污泥壓濾裝置，增強了污泥脫水效果。破乳后的廢液進入離心機，將破乳處理階段處理出來的懸浮物離心分離，避免其沉積在電解槽中，對后續(xù)處理造成影響。分離出的污泥外運處置，廢水自流進入中間水箱(現(xiàn)有破乳槽改造)。設置兩臺離心機，單機處理能力1.5m3/h，304材質(zhì)。

3．3．4 電解裝置

由電解槽、電解控制柜、電極組成。廢液進入槽體內(nèi)電極電解區(qū)，由電解電控柜輸出經(jīng)變壓整流的直流電流和直流電壓，電極采用多極板組合的形式，提高與廢液的接觸面積。廢乳液在設計電流的作用下，完成電解電浮的工作要求，其中的乳油和水進一步分離。電浮后的廢液自行溢流進氣浮裝置。

該項目設計的電解槽主要特點是結(jié)構(gòu)緊湊、占地面積小、容易操作、節(jié)省投資，通過調(diào)節(jié)槽電壓和電流，可以適應一定的水質(zhì)和水量變化。電解槽1個，鋼防腐材質(zhì)，反應時間2.0h，單槽有效容積3 m3。

3．3．5 組合氣浮裝置

由氣浮槽體、刮渣機、溶氣泵、溶氣罐、空氣壓縮機、釋放器和電控柜組成。氣浮槽體內(nèi)設置混合反應區(qū)、溶氣水接觸區(qū)、分離區(qū)、浮渣槽和清水區(qū)。廢液進入氣浮時向氣浮的進水區(qū)投加PAC和PAM絮凝劑，以凝絮電解后廢液中的懸浮物，在氣浮的混合反應區(qū)內(nèi)形成較大的礬花，提高氣浮的分離效果。

現(xiàn)有廢乳液處理系統(tǒng)有兩套處理能力為0.5 m3/h的組合式高效氣浮系統(tǒng)，還有一套處理能力為5m3/h的氣浮設備處于閑置狀態(tài)，考慮到盡量利用原有處理設施的原則，本次廢乳液處理系統(tǒng)改造中的氣浮設備均利舊。

根據(jù)現(xiàn)場實際情況，本方案擬采用兩級氣浮，一級氣浮為原兩套處理能力為0.5m3/h的氣浮設備并聯(lián)運行，二級氣浮采用原處理能力為5m3/h的氣浮設備。兩級氣浮設備之間通過管道連接，自流進水。

3．3．6 中間水池

氣浮設備出水最后自流進入中間水池。為了保證處理后的出水達標，本工藝設置機械過濾器和曝氣碳生物濾池等深度處理設施，中間水池是為了深度處理正常運行而設置，中間水池(有效容積10m3)配套過濾泵兩臺(Q=3m3/h，H=35m，P=1．5kW)，一用一備，將氣浮池出水提升進入機械過濾器。另選用反沖洗泵1臺(Q=30m3/h，H=35m，P=4kW)，用于機械過濾器、曝氣碳生物濾池的反沖洗。

3．3．7 機械過濾器

該過濾器由濾器本體、多孔濾板、石英砂濾料和本體控制系統(tǒng)組成。作為曝氣生物碳單元的預處理設施，用于濾除氣浮處理未能浮選去除的極微小的懸浮雜質(zhì)。濾后水進入曝氣碳生物濾池。設計采用1套砂濾器，處理能力1．5m3/h，鋼防腐。

3．3．8 曝氣碳生物濾池

是用來去除廢液中殘存的有機物，由濾池、活性碳濾層、風機、本體水和氣控制系統(tǒng)組成。濾池分為6格，底部裝入2～32mm有效粒徑的卵石作為承托層；在承托層上裝填顆?；钚蕴?；層高1300mm，在活性碳層底部設置多孔布氣管。6個分格的布氣為并聯(lián)設置，進氣量由各控制閥調(diào)節(jié)。濾池的進水和出水采用串聯(lián)形式，即待濾水先進入第一格的濾層上部，穿過活性碳層和承托層，在底部經(jīng)管道引入第二格的上部，以此串聯(lián)流動工作。正常工作時，水流和氣流逆向?qū)α?，池?nèi)處于流動床工作狀態(tài)，使生物菌種具有良好的生存繁殖和代謝環(huán)境。

由于水中不斷進入有機物和風機提供的新鮮氧氣，生成以好氧菌種為主的生物膜，吸附在活性碳的微孔中，不斷繁殖，降解水中的有機物，老的生物膜死亡脫落，新的生物膜生成繁殖，不斷進行新陳代謝，達到凈化水質(zhì)目的。濾后水達標排放。曝氣碳生物濾池單元，處理能力1.5m3/h，鋼襯玻璃鋼材質(zhì)。

3．3．9 接觸氧化

作為把關(guān)工藝，在接觸氧化池中投加強氧化劑，通過強氧化劑的作用進一步去除殘存的有機物，確保系統(tǒng)最終出水水質(zhì)達標，可視具體情況將接觸氧化投入使用。設計采用一套接觸氧化裝置，處理能力1.5m3/h，鋼防腐。

3．3．10加藥系統(tǒng)

主要包括氧化劑、破乳劑、混凝劑、絮凝劑等藥劑的配制和投加設施。該項目考慮新增PAC投加系統(tǒng)、PAM投加系統(tǒng)、破乳劑投配系統(tǒng)、氧化劑投配系統(tǒng)各1套。

4 改進效果對比

處理設施充分利舊，對現(xiàn)有廢乳液處理工藝進行改進，效果對比見表2。

表2 改進前后效果對比

5 結(jié)論

通過分析現(xiàn)有處理設施的現(xiàn)狀，結(jié)合業(yè)主的要求，提出了切實可行的改進方案，處理設施充分利舊，節(jié)省了一次性投資。

采用“化學破乳+離心分離+電解破乳+氣浮+過濾+曝氣生物碳濾池+接觸氧化”的處理工藝在技術(shù)及經(jīng)濟上是可行的，處理水質(zhì)達到《污水綜合排放標準》(GB8978-1996)中的一級排放標準。

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《有色金屬加工》征稿簡則

《有色金屬加工》由中國有色金屬工業(yè)協(xié)會和洛陽有色金屬加工設計研究院聯(lián)合主辦，洛陽有色金屬加工設計研究院負責編輯出版，為全國有色金屬行業(yè)優(yōu)秀期刊。本刊已入選《中國學術(shù)期刊(光盤版)》、《中文科技期刊數(shù)據(jù)庫(全文版)》、《中國核心期刊(遴選)數(shù)據(jù)庫》、CNKI中國期刊全文數(shù)據(jù)庫(全文版)，并為美國《化學文摘》收錄。

《有色金屬加工》創(chuàng)刊于1972年，2001年開始公開發(fā)行，雙月刊，國際標準刊號：ISSN 1671-6795，國內(nèi)統(tǒng)一刊號：CN 11-4742/TF。本刊以推動科技發(fā)展和社會進步為宗旨，側(cè)重刊登國內(nèi)外有色金屬(鋁、鎂、銅、鉛、鋅、鎳、錫、鋰、鈦、鎢、鉬等)加工相關(guān)領域的新工藝、新設備、新技術(shù)、新材料、新應用等有關(guān)方面的文章及信息。凡與上述有關(guān)的科學論文、研究成果、生產(chǎn)技術(shù)和綜述評論等，均歡迎投稿。

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Design and Improvement of Waste Emulsion Treatment Process

ZHAO Chuang

(China Nonferrous Metals Processing Technology Co., Ltd., Luoyang 471039, China)

Based on the waste emulsion treatment process applied in some domestic copper processing plant, the paper analyzed the limitations of previous process; combined with the actual project, it proposed practical improvement measures; it pointed out that the revamped process is technically and economically feasible, treated water quality can meet the national discharge standards.

waste emulsion; treatment; process; improvement

2015-02-03

趙闖(1983-)，男，工程師，主要從事有色金屬加工行業(yè)給排水的設計、研究和項目管理工作。

X703

B

1671-6795(2015)03-0062-04