小型加工企業(yè)工業(yè)污水零排放研究與實(shí)踐

印明，謝賽，于淼

（北京天地瑪珂電液控制系統(tǒng)有限公司，北京 101300）

污水處理技術(shù)一直在化工行業(yè)、大型污水排放企業(yè)、高端工業(yè)園區(qū)以及大型生活社區(qū)等成熟應(yīng)用，但每日廢液排放不足5t 的小型加工企業(yè)工業(yè)污水的處理設(shè)備目前仍處于初期發(fā)展階段。

目前應(yīng)用最多且自動(dòng)化程度較高的小處理量污水處理設(shè)備是發(fā)展較早且價(jià)格昂貴的進(jìn)口“蒸發(fā)器”類產(chǎn)品，其采用的蒸發(fā)工藝在廢水回收再利用率上由于受原料液體濃度限制，想單純通過蒸發(fā)工藝實(shí)現(xiàn)工業(yè)污水“零排放”還是力不從心的。

本文以筆者公司工業(yè)污水處理站為研究對(duì)象，從污水原料分析、總體設(shè)計(jì)方案、詳細(xì)技術(shù)方案、設(shè)備運(yùn)行自動(dòng)化實(shí)踐等多維度開展技術(shù)研究，不僅在實(shí)際應(yīng)用中取得良好的效果，并為小型加工企業(yè)提供可參考的污水處理解決方案。

1 污水原料分析

作為小型加工制造企業(yè)，所產(chǎn)生的工業(yè)廢水主要有以下幾個(gè)類型：

（1）金屬零部件清洗后排放的超聲波清洗液和清水混合物：水基溶液濃度1%，pH=7 ～8，日均排放量為900L，無味，混有浮油及雜物；

（2）液壓產(chǎn)品檢驗(yàn)產(chǎn)生的乳化液：水基溶液濃度5%，pH=7 ～8，日均排放量為30L，有臭味，混有浮油及雜物。

（3）機(jī)械加工設(shè)備加工過程冷卻所使用的切削液：水基溶液濃度10%，pH=7 ～8，日均排放量15L，有臭味，混有浮油及雜物。

2 污水處理系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)

工業(yè)污水“零排放”是指無限地減少污染物和能源排放直至到零的活動(dòng)，但實(shí)際上因?yàn)楣I(yè)用水過程中需要加入很多化學(xué)成分或原料，并在生產(chǎn)過程中混進(jìn)很多雜質(zhì)，以目前現(xiàn)有的技術(shù)想要做到無任何廢棄物產(chǎn)生是有一定局限性的。

所以廣義上講工業(yè)廢水“零排放”是指工業(yè)廢水經(jīng)過重復(fù)使用后，將水中的鹽類和污染物經(jīng)過物化分解，絮凝壓濾或濃縮結(jié)晶后以固體和濃縮液的形式送垃圾處理廠填埋或?qū)⑵浠厥兆鳛橛杏玫幕ぴ匣厥帐褂?，而處理后的再生水可達(dá)到99%的回收再利用率再次回用，將節(jié)能減排達(dá)到極致。

圖1 小型加工企業(yè)的工業(yè)污水“零排放”工藝方案

本方案綜合考慮污水來料狀態(tài)、工藝效率和能源消耗，以達(dá)到99%的回收再利用率為目標(biāo)，設(shè)計(jì)并規(guī)劃符合小型加工企業(yè)的工業(yè)污水“零排放”的方案，如圖1 所示。

總體設(shè)計(jì)方案由3 種水處理工藝結(jié)合實(shí)現(xiàn)，首先工業(yè)污水通過物化法處理單元生成《三級(jí)排放GBT31962-2015 表1 A 級(jí)》標(biāo)準(zhǔn)的三級(jí)水和少量的固廢，三級(jí)水進(jìn)入蒸餾法處理單元進(jìn)行蒸發(fā)處理，產(chǎn)出蒸餾水和濃縮液，濃縮液的上清液強(qiáng)制循環(huán)回流入三級(jí)水箱并再次進(jìn)入蒸發(fā)器蒸發(fā)，直至達(dá)到設(shè)定的蒸發(fā)限值，蒸餾水經(jīng)過膜過濾處理單元，凈化成滿足《城市雜用水GB/T18920-2002》標(biāo)準(zhǔn)的再生水。

再生水可回用于車間，也可按相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)用于沖廁、道路清掃或園林綠化等。整套方案會(huì)產(chǎn)生不足1%的固廢和濃縮液，通過具有合格危廢處理資質(zhì)的單位集中處理。

3 詳細(xì)技術(shù)方案設(shè)計(jì)

3.1 物化法處理單元

表1 廢水進(jìn)水水質(zhì)

生產(chǎn)車間收集來的各種廢液混合液水質(zhì)濃度指標(biāo)如表1 所示，廢液通過耐腐蝕氟塑料泵提升入隔油池，加入破乳劑進(jìn)行表面活性劑破除，加入絮凝劑將分離物絮凝，在線檢測(cè)儀表自動(dòng)控制加入調(diào)整劑調(diào)節(jié)pH 值和COD (Chemical Oxygen Demand)，廢液經(jīng)各反應(yīng)槽處理后溢流進(jìn)油水分離氣浮機(jī)，經(jīng)過油水分離和氣浮，進(jìn)一步去除浮油和降低COD，氣浮的浮渣和浮油經(jīng)過刮板分離器進(jìn)入浮渣桶。凈水通過臭氧殺菌裝置處理后達(dá)到三級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)GB/T31962-2015 表1 A 級(jí)，排入三級(jí)水桶，反應(yīng)槽沉淀液和浮渣桶內(nèi)廢液經(jīng)過板框壓濾機(jī)壓出泥餅交專業(yè)公司處理。此處理工藝未用碳吸附過濾，避免產(chǎn)生新的固廢，通過實(shí)踐測(cè)得，處理后三級(jí)水各項(xiàng)指標(biāo)可滿足表2 中的限值要求。

表2 三級(jí)水水質(zhì)

3.2 蒸餾法處理單元

綜合考慮節(jié)能、回收再利用率及自動(dòng)化程度，蒸餾器選用帶有強(qiáng)制循環(huán)MVR((Mechanical Vapor Recompression)蒸發(fā)器。與原液接觸的過流部位需選用抗腐蝕、抗高溫的特殊材料，特殊材料主要有316L 、2205 和鈦合金等。鈦合金主要應(yīng)用于具有強(qiáng)酸或強(qiáng)堿等高腐蝕的化工材料進(jìn)行蒸發(fā)，并且價(jià)格昂貴。我廠原液PH 值7-9，腐蝕性較低，所以蒸發(fā)器過流部位材料在2205 和316L 上選擇。為比較兩種材質(zhì)的性能，將2205 和316L 兩種材料同時(shí)進(jìn)行加溫耐腐蝕試驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)溫度70℃，浸泡時(shí)長(zhǎng)160 個(gè)小時(shí)，通過試驗(yàn)結(jié)果表明，兩者表面附著絮凝物，可擦拭去除，切片表面完好無腐蝕，實(shí)驗(yàn)效果如圖2 所示，但2205 具有更高的耐腐蝕性能，由此考慮蒸發(fā)器過流部位材料選用2205。

圖2 過流材料實(shí)驗(yàn)結(jié)果

表3 再生水主要水質(zhì)

MVR 蒸餾系統(tǒng)原理如圖3 所示，待蒸發(fā)液在原料泵加壓后經(jīng)冷凝水預(yù)熱器再進(jìn)入MVR 強(qiáng)制循環(huán)蒸發(fā)器內(nèi)，蒸發(fā)器管內(nèi)的原料與管外加熱蒸汽換熱使原料沸騰蒸發(fā)，蒸發(fā)產(chǎn)生的水蒸氣夾帶部分液滴進(jìn)入分離器，分離器把水蒸氣中的液滴從蒸汽中分離出去，并形成二次蒸汽進(jìn)入壓縮機(jī)，水蒸氣被壓縮后溫度和壓力升高，較高溫度的水蒸氣進(jìn)入蒸發(fā)器換熱管外面，與管內(nèi)原料換熱，水蒸氣放出潛熱被冷凝為冷凝水，冷凝水在換熱器的換熱管底部匯集后進(jìn)入冷凝水罐，冷凝水通過冷凝水泵加壓后進(jìn)入管式換熱器預(yù)熱原料后后排出系統(tǒng)外。

圖3 MVR 蒸餾器原理示意圖

圖4 為通過MVR 蒸餾器后三級(jí)水樣的變化效果。蒸發(fā)后的蒸餾水無色透明，蒸發(fā)后的濃縮液顏色加深，少量結(jié)晶析出，均為絮狀物，用手指可輕易碾碎，結(jié)晶后掛壁風(fēng)險(xiǎn)低。經(jīng)過pH 值檢測(cè)，pH 值在7 ～8 之間，偏弱酸性，腐蝕能力低。蒸發(fā)效率為97.1%，少量結(jié)晶沉底，上層液清澈可繼續(xù)蒸發(fā)。

圖4 蒸發(fā)后的蒸餾水和濃縮液

3.3 RO 膜過濾處理單元

第三級(jí)處理系統(tǒng)采用RO(Reverse Osmosis)反滲透過濾膜系統(tǒng)，RO 膜過濾處理單元是為了將一次蒸餾出的蒸餾水再次深入凈化，去除揮發(fā)的組分（氨氮、二氧化碳和有機(jī)物），使再生水滿足《城市雜用水GB/T18920-2002》標(biāo)準(zhǔn)，這種高品質(zhì)的再生水不僅可回用于車間，同樣可用于沖廁、道路清掃或園林綠化等城市用水環(huán)節(jié)。

蒸餾水中已經(jīng)去除了容易使RO 膜堵塞的鈣、鎂、鐵等鹽類等不揮發(fā)組分，增加了RO 膜的使用壽命，保障了RO 膜的出水效率。通過現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)，本系統(tǒng)再生水水質(zhì)指標(biāo)如表3 所示。

4 結(jié)語

圖5 污水處理系統(tǒng)

通過對(duì)小型加工企業(yè)的工業(yè)污水“零排放”的技術(shù)研究和實(shí)踐，筆者企業(yè)于2020 年1 月20 日規(guī)劃并建設(shè)“零排放”污水處理站，目前已投入使用，如圖5所示。該污水處理系統(tǒng)處理效率150L/h，出水效率大于99%，終端出水指標(biāo)滿足《城市雜用水GB/T18920-2002》標(biāo)準(zhǔn)，達(dá)到設(shè)計(jì)要求。該設(shè)施的建成為小型加工企業(yè)污水處理“零排放”提供了借鑒參考。