電鍍工業(yè)園區(qū)污水處理廠的設(shè)計(jì)與運(yùn)行

丁 聰，李少華，劉 鋒，2，祝妍華，趙 丹

（1.蘇州科技大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，江蘇蘇州215009；2.城市生活污水資源化利用技術(shù)國(guó)家地方聯(lián)合工程實(shí)驗(yàn)室，江蘇蘇州215009；3.蘇州高新區(qū)（虎丘區(qū)）環(huán)境監(jiān)察大隊(duì)，江蘇蘇州215009）

作為國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展組成的一個(gè)重要因素，電鍍行業(yè)仍是促進(jìn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要加工行業(yè)。在電鍍行業(yè)為社會(huì)創(chuàng)收經(jīng)濟(jì)效益的進(jìn)程上，它所產(chǎn)生的大量電鍍廢水是阻礙其發(fā)展的重要因素。隨著社會(huì)的進(jìn)步，電鍍廢水的排放標(biāo)準(zhǔn)越來(lái)越嚴(yán)格，同時(shí)伴隨著大量電鍍企業(yè)入園的發(fā)展趨勢(shì)〔1〕，電鍍工業(yè)園區(qū)的電鍍廢水處理廠也將面對(duì)廢水量更多、水質(zhì)更雜、污染物濃度更高、更難去除等問(wèn)題〔2〕。針對(duì)電鍍行業(yè)遇到的種種困難和挑戰(zhàn)，對(duì)現(xiàn)有的電鍍廢水處理廠進(jìn)行提標(biāo)改造是解決上述問(wèn)題最經(jīng)濟(jì)有效，也是最具有意義的方法。

江蘇省某電鍍工業(yè)園區(qū)入園企業(yè)日益增加，原有的污水處理系統(tǒng)難以使廢水達(dá)標(biāo)排放，為此在原有含鉻廢水的基礎(chǔ)上新建含氰廢水、含鎳廢水、酸堿廢水和脫脂廢水4 套預(yù)處理系統(tǒng)。采用“預(yù)處理+pH調(diào)節(jié)+Fenton+脫氣+混凝沉淀+A2O+混凝沉淀+轉(zhuǎn)盤(pán)濾池+臭氧催化氧化+UF 系統(tǒng)+RO 系統(tǒng)”處理工藝對(duì)綜合廢水進(jìn)行回用處理〔3〕。其中820 t/d 的淡水滿(mǎn)足《城市污水再生利用 工業(yè)用水水質(zhì)》（GB/T 19923—2005）回用標(biāo)準(zhǔn)，作為回用水用于車(chē)間設(shè)備清洗。780 t/d 的濃水通過(guò)“pH 調(diào)節(jié)+Fenton+脫氣+混凝沉淀+活性炭吸附+離子交換”工藝進(jìn)行深度處理，處理后的出水滿(mǎn)足《電鍍污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 21900—2008）中的表2 標(biāo)準(zhǔn)后排入長(zhǎng)江。

1 廢水特征

江蘇省某電鍍工業(yè)園區(qū)廢水處理廠主要接納的廢水種類(lèi)有5 種，本次提標(biāo)改造新建的預(yù)處理系統(tǒng)有4 種，依據(jù)該污水處理廠的實(shí)際運(yùn)行情況，5 種預(yù)處理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)進(jìn)水水量和水質(zhì)如表1 所示。

表1 回用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)進(jìn)水水質(zhì)水量

2 工程設(shè)計(jì)

電鍍廢水處理廠的綜合廢水回用系統(tǒng)處理規(guī)模為1 600 m3/d，其中新增的處理規(guī)模為1 340 m3/d。該電鍍廢水處理廠的酸堿廢水和含鎳廢水中，含有較高濃度的銅、鋅、鎳等重金屬；含氰廢水中的含氰化合物是一種致命的劇毒物；脫脂廢水中的有機(jī)物、總磷和油脂含量較高，處理難度較大。為此，針對(duì)各類(lèi)電鍍廢水先進(jìn)行單獨(dú)的預(yù)處理，當(dāng)預(yù)處理出水滿(mǎn)足《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 8978—1996）中的表1 標(biāo)準(zhǔn)后，再統(tǒng)一匯入綜合調(diào)節(jié)池進(jìn)行回用處理。

2.1 現(xiàn)有含鉻廢水處理

電鍍廢水處理廠原有的含鉻廢水預(yù)處理工藝如圖1 所示。

圖1 含鉻廢水預(yù)處理工藝流程

2.2 含氰廢水處理

2.2.1 處理工藝流程

含氰廢水的處理采用“堿性次氯酸鈉+酸性次氯酸鈉+混凝沉淀”工藝〔4〕，工藝流程如圖2 所示。

圖2 含氰廢水預(yù)處理工藝流程

含氰廢水進(jìn)入調(diào)節(jié)池，先進(jìn)行一級(jí)破氰反應(yīng)，通過(guò)pH 控制系統(tǒng)，用NaOH 溶液調(diào)整pH 到10～11 左右，再通過(guò)ORP 控制系統(tǒng)控制NaClO 溶液的投加量，使廢水中的ORP 在300～350 mV，攪拌反應(yīng)30 min。一級(jí)破氰反應(yīng)為：NaCN+NaClO+H2O=CNCl+2NaOH，CNCl+2NaOH=NaCNO+H2O+NaCl，二級(jí)破氰反應(yīng)用稀硫酸調(diào)整pH 到7～8，投加NaClO 溶液使ORP 保持在600～700 mV，攪拌反應(yīng)30 min。二級(jí)破氰反應(yīng)為：2NaCNO+3NaClO+H2O=3NaCl+2NaOH+N2↑+2CO2↑。

通過(guò)兩級(jí)破氰處理將廢水中的CN-轉(zhuǎn)化為N2和CO2，從而將CN-去除。

2.2.2 構(gòu)筑物設(shè)計(jì)

1#、2#、3#pH 調(diào)節(jié)池。尺寸1.0 m×1.0 m×5.5 m，有效容積5.0 m3，停留時(shí)間1 h。 配套設(shè)備：曝氣攪拌系統(tǒng)1 套，pH 在線檢測(cè)儀1 臺(tái)，氫氧化鈉加藥系統(tǒng)2 套，硫酸加藥系統(tǒng)1 套。

1#、2#破氰池。尺寸1.0 m×1.0 m×5.5 m，有效容積5.0 m3，停留時(shí)間1 h。 配套設(shè)備：曝氣攪拌系統(tǒng)1 套，ORP 在線檢測(cè)儀1 臺(tái)，次氯酸鈉加藥系統(tǒng)1 套。

1#混凝、絮凝池。尺寸1.0 m×1.0 m×5.5 m，有效容積5.0 m3，停留時(shí)間1 h。配套設(shè)備：折槳混合攪拌機(jī)1 臺(tái)，PAC、PAM 加藥系統(tǒng)各1 套。

2.3 含鎳廢水處理

2.3.1 處理工藝流程

含鎳廢水的處理，采用“Fenton+脫氣+混凝沉淀+石英砂過(guò)濾+離子交換”工藝〔5〕，工藝流程如圖3所示。

圖3 含鎳廢水預(yù)處理工藝流程

含鎳廢水主要來(lái)源于鍍鎳、化學(xué)鍍鎳等生產(chǎn)工序產(chǎn)生的漂洗水，其中化學(xué)鎳漂洗水中的金屬離子鎳為絡(luò)合態(tài)， 需要通過(guò)Fenton 高級(jí)氧化法進(jìn)行破絡(luò)，再進(jìn)行混凝沉淀，沉淀池出水再經(jīng)過(guò)離子交換〔6〕，進(jìn)一步去除廢水中金屬離子。

2.3.2 構(gòu)筑物設(shè)計(jì)

4#pH 調(diào)節(jié)池/1#Fenton 池/1#脫氣池。尺寸3.0 m×3.0 m×5.5 m，分4 格，有效容積45 m3，停留時(shí)間5.6 h，處理規(guī)模7.5 m3/h。配套設(shè)備：曝氣攪拌系統(tǒng)4 套，pH、ORP 在線檢測(cè)儀各1 臺(tái)，硫酸、雙氧水、硫酸亞鐵、焦亞硫酸鈉加藥系統(tǒng)各1 套。

1#石英砂過(guò)濾器。尺寸D=1.2 m、H=1.4 m，進(jìn)水量7.5 m3/h，濾速5～8 m/h，沖洗時(shí)間4～6 min，材質(zhì)碳鋼+FRP。配套設(shè)備：反沖洗泵2 臺(tái)，多路閥門(mén)1 套。

1#樹(shù)脂離子交換塔。尺寸D=1.0 m、H=2.0 m，進(jìn)水量7.5 m3/h，濾速10～15 m/h，材質(zhì)碳鋼+FRP。配套設(shè)備：杜笙離子交換樹(shù)脂1 000 L，樹(shù)脂再生設(shè)備1套，再生廢液桶1 個(gè)。

2.4 酸堿廢水處理

2.4.1 處理工藝流程

酸堿廢水的處理采用“混凝沉淀+Fenton+脫氣+混凝沉淀”工藝〔7〕，工藝流程如圖4 所示。

圖4 酸堿廢水預(yù)處理工藝流程

酸堿廢水提升至pH 調(diào)節(jié)池，控制pH 在7.5～8，進(jìn)行混凝沉淀。上清液回調(diào)pH 至3 左右，再進(jìn)行Fenton 高級(jí)氧化。之后回調(diào)pH 至8.5 左右進(jìn)行沉淀，上清液進(jìn)行二次混凝沉淀并在絮凝池中投加重捕劑深度去除重金屬。

2.4.2 構(gòu)筑物設(shè)計(jì)

5#、6#pH 調(diào)節(jié)池。尺寸3.0 m×2.0 m×5.5 m，有效容積30 m3，停留時(shí)間0.75 h，處理規(guī)模40.5 m3/h。配套設(shè)備：曝氣攪拌系統(tǒng)1 套，pH 在線檢測(cè)儀1 臺(tái)，硫酸加藥系統(tǒng)1 套，氫氧化鈉加藥系統(tǒng)2 套。

2#混凝、絮凝池。尺寸2.0 m×2.0 m×5.5 m，有效容積20 m3，停留時(shí)間0.5 h，處理規(guī)模40.5 m3/h。配套設(shè)備：折槳混合攪拌機(jī)1 臺(tái)，PAC、PAM 加藥系統(tǒng)1 套。

7#pH 調(diào)節(jié)池/2#Fenton 池/2#脫氣池。尺寸7.0 m×4.0 m×5.5 m，有效深度5.0 m，分6 格，有效容積140 m3，停留時(shí)間4.25 h（pH 調(diào)整0.75 h、Fenton 氧化2.25 h、脫氣1.25 h），處理規(guī)模40.5 m3/h。配套設(shè)備：曝氣攪拌系統(tǒng)6 套，pH、ORP 在線檢測(cè)儀各1 臺(tái)，硫酸、雙氧水、硫酸亞鐵、焦亞硫酸鈉加藥系統(tǒng)各1 套。

2.5 脫脂廢水處理

2.5.1 處理工藝流程

脫脂廢水的處理采用“破乳+混凝沉淀+Fenton+脫氣+混凝沉淀”工藝〔8〕，工藝流程如圖5 所示。

圖5 脫脂廢水預(yù)處理工藝流程

脫脂廢水中有機(jī)物、油脂及總磷含量過(guò)高，首先調(diào)整廢水的pH 至酸性，使后續(xù)投加的破乳劑能發(fā)揮最大效應(yīng)，油水分離后，自流進(jìn)入混凝反應(yīng)池，充分混合反應(yīng)。沉淀后的清水進(jìn)行Fenton 高級(jí)氧化，之后回調(diào)pH 至8.5 后，再次進(jìn)行混凝沉淀。

2.5.2 構(gòu)筑物設(shè)計(jì)

8#pH 調(diào)節(jié)池/1#破乳池。尺寸3.0 m×1.5 m×5.5 m，分兩格，有效容積22.5 m3，停留時(shí)間2.7 h，處理規(guī)模8.3 m3/h。配套設(shè)備：曝氣攪拌系統(tǒng)1 套，pH 在線檢測(cè)儀1 臺(tái)，硫酸、破乳劑加藥系統(tǒng)各1 套。

9#、10#pH 調(diào)節(jié)池/3#混凝、絮凝池。尺寸1.5 m×1.5 m×5.5 m，有效容積11.25 m3，停留時(shí)間1.35 h，處理規(guī)模8.3 m3/h。配套設(shè)備：折槳混合攪拌機(jī)1 臺(tái)，pH 在線檢測(cè)儀1 臺(tái)，氫氧化鈉、PAC、PAM 加藥系統(tǒng)1 套。

11#pH 調(diào)節(jié)池/3#Fenton 池/3#脫氣池。尺寸3.0 m×3.0 m×5.5 m，分4 格，有效容積45 m3，停留時(shí)間5.4 h（pH 調(diào)整1.35 h、Fenton 氧化4.0 h、脫氣1.35 h），處理規(guī)模8.3 m3/h，結(jié)構(gòu)鋼砼半地上建造。配套設(shè)備：曝氣攪拌系統(tǒng)4 套，pH、ORP 在線檢測(cè)儀各1 臺(tái)，硫酸、雙氧水、硫酸亞鐵、焦亞硫酸鈉加藥系統(tǒng)各1 套。

2.6 綜合廢水處理

2.6.1 處理工藝流程

綜合廢水的處理，采用“pH 調(diào)節(jié)+Fenton+脫氣+混凝沉淀+A2O+混凝沉淀+轉(zhuǎn)盤(pán)濾池+臭氧催化氧化+UF+RO”工藝。其中產(chǎn)生的濃水采用“pH 調(diào)節(jié)+Fenton+脫氣+混凝沉淀+活性炭吸附+離子交換”的工藝進(jìn)行深度處理，綜合廢水的工藝流程如圖6所示。

圖6 綜合廢水處理工藝流程

考慮到電鍍園電鍍廢水的水質(zhì)特性，特將中水回用系統(tǒng)設(shè)置在生化處理工段之后，保證中水回用系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。各類(lèi)廢水經(jīng)過(guò)預(yù)處理之后，匯入綜合廢水調(diào)節(jié)池，調(diào)節(jié)pH 后進(jìn)行Fenton 氧化去除廢水中較難降解的有機(jī)物，對(duì)Fenton 氧化后上清液進(jìn)行混凝沉淀降低其濁度和色度，沉淀后的上清液通過(guò)A2O 工藝，以去除廢水中的有機(jī)物、氮、磷等。而后在進(jìn)入轉(zhuǎn)盤(pán)濾池前再次進(jìn)行混凝沉淀，纖維轉(zhuǎn)盤(pán)濾池對(duì)SS 和重金屬有較好的去除效果，隨后進(jìn)行臭氧催化氧化進(jìn)一步去除廢水中的氰化物和金屬離子。處理后的廢水進(jìn)入中水回用膜系統(tǒng)，通過(guò)精密過(guò)濾、UF、RO 等膜處理，使處理的出水達(dá)到回用標(biāo)準(zhǔn)。同時(shí)膜系統(tǒng)產(chǎn)生的濃水通過(guò)Fenton 和混凝將廢水中的難降解物質(zhì)進(jìn)行分解并絮凝沉淀去除，出水再經(jīng)過(guò)活性炭吸附和樹(shù)脂吸附后達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)，排入長(zhǎng)江。

2.6.2 構(gòu)筑物設(shè)計(jì)

4#Fenton 池/4#脫氣池。尺寸10.0 m×6.0 m×5.5 m，分6 格，有效容積300 m3，停留時(shí)間4.5 h（Fenton 氧化3.0 h、脫氣1.5 h），處理規(guī)模66 m3/h。配套設(shè)備：曝氣攪拌系統(tǒng)7 套，ORP 在線檢測(cè)儀各1 臺(tái)，硫酸、雙氧水、硫酸亞鐵、焦亞硫酸鈉加藥系統(tǒng)各1 套。

12#pH 調(diào)節(jié)池/4#混凝、絮凝池。尺寸3.0 m×3.0 m×5.5 m，有效容積45 m3，停留時(shí)間0.7 h，處理規(guī)模66 m3/h。配套設(shè)備：折槳混合攪拌機(jī)1 臺(tái)，pH 在線檢測(cè)儀1 臺(tái)，氫氧化鈉、PAC、PAM 加藥系統(tǒng)1 套。

1#厭氧水解池。 尺寸18.0 m×9.0 m×5.0 m，分2格，有效容積729 m3，停留時(shí)間11 h，處理規(guī)模66 m3/h。配套設(shè)備：水下攪拌機(jī)4 臺(tái)，ORP 在線測(cè)定儀2 臺(tái)，醋酸鈉加藥系統(tǒng)1 套。

1#A/O 池。尺寸45.0 m×9.0 m×5.0 m，分5 格，有效容積1 822 m3，停留時(shí)間27 h（缺氧5.5 h、好氧21.5 h），回流比2.5，處理規(guī)模66 m3/h。配套設(shè)備：水下攪拌機(jī)2 臺(tái)，甲醇投加系統(tǒng)1 套，羅茨風(fēng)機(jī)2 臺(tái)（1 用1 備），DN 215 微孔曝氣頭720 個(gè)，溶氧在線測(cè)定儀2 臺(tái)，硝化液回流泵3 臺(tái)（2 用1 備）。

1#纖維轉(zhuǎn)盤(pán)濾池。尺寸4.0 m×6.0 m×5.0 m，有效深度4.5 m，處理規(guī)模66 m3/h。配套設(shè)備：纖維轉(zhuǎn)盤(pán)1 套。

1#臭氧催化氧化池。尺寸4.0 m×6.0 m×8.0 m，有效容積144 m3，停留時(shí)間2.2 h，回流比8∶1，處理規(guī)模66 m3/h。配套設(shè)備：板式臭氧發(fā)生器1 臺(tái)，屹桐牌Ⅰ型臭氧催化填料36 m3，屹桐牌Ⅱ型臭氧催化填料36 m3，D=215 mm 鈦合金曝氣盤(pán)96 個(gè)，循環(huán)泵3 臺(tái)（2 用1 備），尾氣破壞裝置1 套。

中水回用系統(tǒng)。處理規(guī)模34 m3/h。配套設(shè)備：預(yù)處理系統(tǒng)1 套，包括砂濾罐2 只，尺寸D 2 000 mm×3 000 mm，碳濾罐2 只，尺寸D 2 000 mm×3 000 mm，精密過(guò)濾器2 只，尺寸D 600 mm×1 300 mm；超濾膜系統(tǒng)1 套，包括超濾膜AQU200-H-100K，36 支；反滲透系統(tǒng)1 套，包括高壓泵4 臺(tái)（2 用2 備），Q=33 m3/h，H=160 m，N=30 kW，反滲透膜BW30-8040，60支（2 組并聯(lián)），膜清洗系統(tǒng)1 套。

濃水深度處理系統(tǒng)。1#回用濃水水池/13#pH 調(diào)節(jié)池。尺寸8.0 m×7.0 m×5.5 m，其中pH 調(diào)節(jié)池尺寸8.0 m×2.0 m×5.5 m，分4 格，總有效容積280 m3，停留時(shí)間7.0 h（pH 調(diào)節(jié)時(shí)間1.2 h），處理規(guī)模40 m3/h。配套設(shè)備：曝氣攪拌系統(tǒng)5 套，差分式pH 在線檢測(cè)儀2 臺(tái)，硫酸加藥系統(tǒng)2 套。

5#Fenton 池/5#脫氣池。尺寸10.0 m×6.0 m×5.5 m，有效深度5.0 m，分6 格，有效容積320 m3，停留時(shí)間8.0 h，處理規(guī)模40 m3/h。 配套設(shè)備：曝氣攪拌系統(tǒng)7 套，ORP 在線檢測(cè)儀各1 臺(tái)，硫酸、雙氧水、硫酸亞鐵、焦亞硫酸鈉加藥系統(tǒng)各1 套。

1#pH 砂濾罐。尺寸D=1.6 m、H=2.5 m，處理規(guī)模32.5 m3/h。配套設(shè)備：活性炭6 m3。

1#樹(shù)脂罐。數(shù)量2 個(gè)，尺寸D=1.6 m、H=2.5 m，處理規(guī)模32.5 m3/h。配套設(shè)備：陽(yáng)離子樹(shù)脂5 m3，再生水箱5 m3，再生水泵1臺(tái)。

3 處理效果

穩(wěn)定運(yùn)行1 a，期間委托第三方檢測(cè)機(jī)構(gòu)定期對(duì)進(jìn)出水水質(zhì)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)結(jié)果如表2 所示。

由表2 可知，工藝總氰、總鎳、總銅、總鋅的去除率均大于95%，回用系統(tǒng)出水滿(mǎn)足《城市污水再生利用 工業(yè)用水水質(zhì)》（GB/T 19923—2005）回用標(biāo)準(zhǔn)，濃水系統(tǒng)的出水滿(mǎn)足《電鍍污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB21900—2008）中的表2 標(biāo)準(zhǔn)，達(dá)標(biāo)排入長(zhǎng)江。

表2 各類(lèi)廢水處理效果 mg/L

該項(xiàng)目工程總投資1 046.3 萬(wàn)元。其中土建費(fèi)用主要用于新增預(yù)處理組合池、綜合處理深度處理組合池、收集組合池、回用池、輔助用房等共計(jì)588.8萬(wàn)元；設(shè)備材料費(fèi)為362.1 萬(wàn)元；運(yùn)輸安裝費(fèi)用36.2萬(wàn)元，綜合稅金為59.2 萬(wàn)元。各工藝的運(yùn)行費(fèi)用如表3 所示，其中公共運(yùn)行成本為1 600 t/d 綜合廢水的回用處理和濃水處理的運(yùn)行成本。

表3 各工藝運(yùn)行成本 元/m3

4 結(jié)論

經(jīng)過(guò)1 a 的穩(wěn)定運(yùn)行數(shù)據(jù)可知，含氰、含鎳、酸堿、脫脂廢水通過(guò)各自的預(yù)處理后，氰、鎳、銅、鋅和石油類(lèi)的去除率分別達(dá)到98.82%、99.18%、95.32%、96.67%、94.74%，通過(guò)“pH 調(diào)節(jié)+Fenton+脫氣+混凝沉淀+A2O+混凝沉淀+轉(zhuǎn)盤(pán)濾池+臭氧催化氧化+UF系統(tǒng)+RO 系統(tǒng)”的回用處理系統(tǒng)后，SS、COD、氨氮、TN、TP、氰、Ni、Cr、Cu、Zn、石油類(lèi)等指標(biāo)滿(mǎn)足《城市污水再生利用 工業(yè)用水水質(zhì)》（GB/T 19923—2005）標(biāo)準(zhǔn)。通過(guò)“pH 調(diào)節(jié)+Fenton+脫氣+混凝沉淀+活性炭吸附+離子交換”的濃水處理系統(tǒng)后，上述指標(biāo)滿(mǎn)足《電鍍污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB21900—2008）中的表2 標(biāo)準(zhǔn)。

通過(guò)此工程實(shí)例穩(wěn)定運(yùn)行1 a 的狀況可知，該工程設(shè)計(jì)在實(shí)際應(yīng)用中有較好的實(shí)用性，為該電鍍園區(qū)取得了較高的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)和環(huán)境效益，同時(shí)也為日后的電鍍工業(yè)園區(qū)建立電鍍廢水處理廠并制定完善的運(yùn)維制度提供了較好的樣本。