佛山順德某五金噴涂公司磷化廢水處理工藝分析研究

王 蓉，王正忠

(廣東睿博建筑設(shè)計研究有限公司，廣東 清遠 511515)

磷化(phosphorization)是一種化學(xué)與電化學(xué)反應(yīng)構(gòu)成磷酸鹽化學(xué)轉(zhuǎn)化膜的進程，在含有錳、鐵、鋅的磷酸鹽溶液中進行化學(xué)處置，使金屬表面生成一層難溶于水的磷酸鹽保護膜的方法，叫做金屬的磷酸鹽處理，簡稱磷化[1]。經(jīng)磷化處理的金屬材料及其制品表面形成浸入性磷酸鹽膜層，其中磷化膜層為微孔結(jié)構(gòu)，厚度一般在5～20 μm，膜的顏色一般由暗灰到黑灰色，與基體結(jié)合牢固。機械工業(yè)經(jīng)常使用磷化作為零件的保護層．磷化膜首要用作涂料的底層、金屬冷加工時的潤滑層、金屬表面保護層和用作機電硅鋼片的絕緣處置、壓鑄模具的防粘處置等。磷化處理是金屬表面涂裝重要的預(yù)進程，鋼鐵工件磷化處理后能明顯提高底材與漆膜的附著力，提高彎曲或沖擊性能，同時提高漆膜的抗腐能力，并且工藝設(shè)備簡單、操作方便、成本低廉，生產(chǎn)效率高，磷化處理工藝應(yīng)用于工業(yè)已有90多年的歷史，大致可以分為三個時期：奠定磷化技術(shù)基礎(chǔ)時期、磷化技術(shù)迅速發(fā)展時期和廣泛應(yīng)用時期[2]。

磷化處理工藝一般包括磷洗除油、熱水漂洗、冷水漂洗、酸洗除銹、二次冷水漂洗及磷化等幾個步驟[3]。在其過程中，主要產(chǎn)生堿洗廢水、漂洗廢水、酸洗廢液及磷化廢液等四種廢水。

1 磷化廢水的工程實例

1.1 磷化廢水的水質(zhì)

表1 設(shè)計進出水水質(zhì)

佛山順德某五金噴涂公司，是一家金屬表面代理代加工酸洗的企業(yè)。對體積大的加工件，進行打砂處置，細(xì)件進行酸洗磷化處置。該生產(chǎn)工藝過程中會排放一定量的廢水。主要污染物為磷酸鹽和COD等。工程規(guī)模為5 m3/h。設(shè)計進出水水質(zhì)指標(biāo)見表1。

1.2 磷化廢水處理的工藝流程

針對排水現(xiàn)狀，確定重點處理污染物為COD和磷，本工程采用化學(xué)沉淀工藝對酸洗磷化廢水進行處置，面對廢水污染較嚴(yán)重的情況，采用二次化學(xué)沉淀。處理工藝流程如圖1所示。

圖1 廢水處理流程

調(diào)節(jié)池安裝pH控制儀，設(shè)計電路與加藥泵聯(lián)動，當(dāng)酸洗磷化廢水加入，pH儀器檢測到水質(zhì)為酸性時，發(fā)送信號給加藥泵，加藥系統(tǒng)工作，經(jīng)加藥泵提升，先投放NaOH，池底安裝的曝氣管運作，攪動水池混合水樣，調(diào)節(jié)pH值，控制混凝沉淀的最佳pH值為8.5～9.0，混凝反應(yīng)后，經(jīng)pH控制儀器檢測后，聯(lián)動其他加藥泵，投放CaCl2、PAC、PAM。CaCl2與水中磷酸鹽產(chǎn)生反應(yīng)，發(fā)生如下反應(yīng)：Na2HPO4+CaCl2=CaHPO4+2NaCl。析出白色沉淀。

PAC(聚合氧化鋁)主要作為聚合劑，適用水質(zhì)廣泛，而且投加后對于水質(zhì)其他影響較少，而廣泛應(yīng)用于廢水處理工藝中。

PAM(聚丙烯酰胺)為非離子型高分子有機絮凝劑，能在顆粒間構(gòu)成更大的絮體，由此產(chǎn)生的巨大表面吸附作用。配合PAC能夠提高水中懸浮顆粒的絮凝效果，凈水能力提高20%。PAC、PAM主要作用都為去除水中COD和顆粒懸浮物，而PAC還有部分去除色度的能力，其中PAM作為有機絮凝劑，需要注意在投加時，不能過量，否則會影響最終COD的去除效果，導(dǎo)致COD反彈，出水不達標(biāo)。

廢水經(jīng)調(diào)節(jié)池進行一次混凝沉淀后，經(jīng)過氣動隔膜泵，提升至壓濾機，因為污泥經(jīng)濃縮、消化后，尚有約95%～97%的含水率，體積仍很大。污泥脫水可進一步去除污泥中的空隙水和毛細(xì)水，減少其體積。經(jīng)過脫水處理，污泥含水率能降低到70%～80%，其體積為原體積的1/10～1/4，有利于后續(xù)運輸和處置。通過板框壓濾機進行固液分離，污泥按壓成泥餅輸送到污泥池，而濾液從壓濾機自流入中間池。

通過提升泵，廢水由中間池提升至反應(yīng)槽，進行二次混凝沉淀，經(jīng)過與一次沉淀一樣的工序后，廢水在斜板沉淀槽短暫停留，利用層流原理，斜板沉淀槽能提高沉淀處理能力，比一般沉淀池處理能力提高7～10倍。懸浮物經(jīng)由斜板沉淀至設(shè)備底部。而上清液經(jīng)上方出口排放至砂濾過濾后排放至三角流量堰達標(biāo)排出。而斜板沉淀槽底泥經(jīng)由下方出口抽送到壓濾機進行固液分離。

1.3 主要設(shè)計參數(shù)

(1)調(diào)節(jié)池：設(shè)計尺寸為3×3×2.5 m，有效水深2 m，有效容積18 m3，停留時間2 h，能夠滿足設(shè)計要求。

(2)壓濾機：過濾容積100 L。按照設(shè)計水量5 m3/h，根據(jù)相同工程數(shù)據(jù)計算，含濕泥量約為15%，濕泥量為0.75 m3，壓濾機過濾能力可以滿足設(shè)計要求。

(3)中間池：中間池主要作用為停留上一級處理后的廢水，減緩水流速度，給下一級處理設(shè)備提供緩沖時間。設(shè)計尺寸為3×2.5×2 m，有效水深1.6 m，有效容積12 m，設(shè)計停留時間2 h，滿足設(shè)計要求。

(4)斜板沉淀槽：斜板沉淀槽是根據(jù)淺池沉淀理論設(shè)計出的一種高效組合式沉淀池，也稱為淺池沉淀池。在沉降區(qū)域設(shè)置很多密集的斜管或斜板，使水中懸浮雜質(zhì)在斜板或斜管中進行沉淀，水沿斜板上升流動，分離出的泥渣在重力的作用下，沿斜板向下滑至池底，再集中排出。這種池子可以提高沉淀效率50%～60%，在同面積上可以提高處置能力3～5倍。按照實際需要設(shè)備尺寸為3960×1760×3200 mm，根據(jù)設(shè)計要求，底部斜角坡度設(shè)計為45°，沉淀區(qū)面積為8 m2。進水口流速為1.11 m/s，布水管流速為0.088 m/s。

(5)砂濾：砂濾是以天然石英砂，通常還有錳砂和無煙煤作為濾料的水過濾處理工藝過程。砂粒粒徑一般為0.5～1.2 mm，不均勻系數(shù)為2。經(jīng)常使用于經(jīng)澄清(沉淀)處理后的給水處置或污水經(jīng)二級處理后的深度處置。按照原水和出水水質(zhì)要求可具有不同的濾層厚度和過濾速率。主要作用是截留水中的大分子固體微粒和膠體，使水澄清。錳砂可以去除水中的鐵離子。

將砂濾加在整個工藝的最后，進行最后的過濾，優(yōu)化處理效果。

2 處理效果和分析

2.1 監(jiān)測結(jié)果

從表2可以看出，酸洗磷化廢水經(jīng)過處理后，完全符合表3排放標(biāo)準(zhǔn)。

表2 監(jiān)測結(jié)果及排放

表3 《電鍍水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(DB-44/1597-2015)

2.2 結(jié)果分析

在本次工程中主要采用化學(xué)沉淀法處理酸洗磷化廢水，從表2監(jiān)測結(jié)果可知，該工藝對各污染物指標(biāo)均能達到較理想的去除率，其中對磷的去除率，平均能達到80%以上，達到了設(shè)計的預(yù)期目標(biāo)，實現(xiàn)廢水的達標(biāo)排放。

其中，在斜板沉淀池，沒有投加藥物，卻實現(xiàn)了污染物指標(biāo)的下降，主要的原因為上一級反應(yīng)后，產(chǎn)生的懸浮物凝聚沉淀，而檢測選取的為排放的上清液。而通過砂濾更精細(xì)的過濾，部分細(xì)小的懸浮物也被去除，導(dǎo)致最后三角流量堰取樣檢驗時，污染指標(biāo)的小幅度下降，優(yōu)化了工藝的處理效果。

為了實現(xiàn)酸洗磷化廢水的達標(biāo)排放，各處理單元都起到了重要的作用，其中控制反應(yīng)pH值條件以及使其充分混勻是非常關(guān)鍵的。