汽車涂裝廢水處理工程設(shè)計實例

田興，高秀梅，張羽，王飛龍

（1.蘇州建設(shè)交通高等職業(yè)技術(shù)學(xué)校 工程管理系，江蘇 蘇州 215000；2.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 環(huán)境學(xué)院，哈爾濱150090；3.蘇州蘇凈環(huán)保工程有限公司，江蘇 蘇州 215000）

天津某汽車工廠每日排放廢水約2 000 m3，主要包括汽車涂裝廢水和廠區(qū)全部生活污水（包括經(jīng)過隔油池預(yù)處理的食堂污水和化糞池預(yù)處理的衛(wèi)生間污水）。其中涂裝廢水主要由脫脂、酸洗、磷化等前處理廢水，電泳廢水和噴漆廢水組成［1］，廢水中含有酸性或堿性物質(zhì)、油類物質(zhì)、表面活性劑、磷酸鹽、有機(jī)物和少量重金屬離子等污染物。

涂裝工藝廢水種類較多，成分復(fù)雜，水量水質(zhì)變化大，可生化性差，處理難度大［2］。目前國內(nèi)涂裝廢水處理工藝主要有物化法、生化法、物化＋生化法［3－7］。本文結(jié)合天津某汽車廠廢水處理的工程實踐，對分質(zhì)物化預(yù)處理＋生化法組合工藝的應(yīng)用進(jìn)行詳細(xì)介紹。

1 處理水量及水質(zhì)

1.1 處理水量

根據(jù)廢水產(chǎn)生來源和水質(zhì)不同，將其劃分為磷化廢水、酸堿廢水、電泳廢水、生活污水4類，所有廢水的穩(wěn)定產(chǎn)生量約為83.5 m3／h，最大量約為105 m3／h，設(shè)計處理能力取96 m3／h，其各自水量見表1。

1.2 設(shè)計進(jìn)出水水質(zhì)

磷化廢水主要污染物為磷和鎳；電泳廢水主要污染物為COD、懸浮物和石油類；酸堿廢水主要為表調(diào)廢水和沖洗水，含有少量的金屬離子和酸堿以及懸浮物；生活污水主要污染物為氨氮和COD。設(shè)計進(jìn)水水質(zhì)按同類工廠運行數(shù)據(jù)確定，處理后出水水質(zhì)達(dá)到GB／T 18920—2002《城市污水再生利用城市雜用水水質(zhì)》表1要求，用于沖廁、綠化及道路沖洗。設(shè)計進(jìn)出水水質(zhì)見表2。

表1 不同種廢水處理量Tab.1 Treatment capacities of different kinds of wastewater

表2 設(shè)計進(jìn)出水水質(zhì)Tab.2 Design influent and effluent water quality

2 處理工藝流程

2.1 工藝流程選擇

目前，處理涂裝廢水的方法主要有物化法（包括混凝沉淀法、混凝氣浮法）、化學(xué)氧化法、微電解法、生物處理法、膜分離法以及各種方法的有效組合［8］。針對本工程涂裝廢水種類多、成分復(fù)雜、可生化性差的特點，采用分質(zhì)預(yù)處理與二級生化處理相結(jié)合的工藝，可有效去除各類污染物，處理費用也較低。

2.2 工藝流程說明

各股廢水分別收集，并進(jìn)行預(yù)處理后，再進(jìn)入綜合廢水處理系統(tǒng)進(jìn)行生化處理，處理后廢水進(jìn)行回用。廢水處理工藝流程見圖1。

圖1 廢水處理工藝流程Fig.1 Process flow of wastewater treatment

（1）磷化廢水預(yù)處理系統(tǒng)。磷化廢液由涂裝車間進(jìn)入磷化廢液槽，槽內(nèi)設(shè)攪拌器，均質(zhì)后的磷化廢液進(jìn)入磷化廢水槽與磷化廢水相混合，槽內(nèi)設(shè)機(jī)械攪拌，進(jìn)行水質(zhì)調(diào)節(jié)。磷化廢水槽出水提升至磷化反應(yīng)槽，槽內(nèi)設(shè)4格，第1格內(nèi)投加NaOH對pH值進(jìn)行預(yù)調(diào)。第2格內(nèi)投加石灰乳調(diào)節(jié)pH值至10～11，在此pH值下，廢水中的Ni2+與OH－生成Ni（OH）2；廢水中以正磷酸鹽形式存在的磷，與石灰乳反應(yīng)生成羥基磷酸鈣（Ca5（PO4）3OH）。Ni（OH）2與Ca5（PO4）3OH均難溶于水，形成沉淀。后2格分別投加PAC、PAM，設(shè)機(jī)械攪拌，進(jìn)行混凝反應(yīng)。反應(yīng)槽出水進(jìn)入沉淀槽，進(jìn)行泥水分離，污泥提升至物化污泥槽，上清液流入pH調(diào)整槽。在pH調(diào)整槽內(nèi)設(shè)Ni在線監(jiān)測儀，當(dāng)Ni數(shù)值超標(biāo)時，回流至磷化廢水槽，當(dāng)Ni數(shù)值達(dá)標(biāo)時，提升至綜合廢水系統(tǒng)中間水池。

（2）電泳廢水預(yù)處理系統(tǒng)。電泳廢液由涂裝車間進(jìn)入電泳廢液槽，槽內(nèi)設(shè)攪拌器，均質(zhì)后的電泳廢液進(jìn)入電泳廢水槽與電泳廢水相混合，槽內(nèi)設(shè)機(jī)械攪拌，進(jìn)行水質(zhì)調(diào)節(jié)。電泳廢水槽出水提升至電泳反應(yīng)槽，槽內(nèi)設(shè)4格，分別投加PAC、石灰乳、NaOH和石灰乳、PAM。此工段主要是通過混凝絮凝，去除廢水中的懸浮物。反應(yīng)槽出水進(jìn)入沉淀槽，進(jìn)行泥水分離，污泥提升至物化污泥槽，上清液流入酸堿廢水槽。

（3） 酸堿廢水預(yù)處理系統(tǒng)。酸堿廢水與上述經(jīng)過預(yù)處理后的電泳廢水在酸堿廢水收集槽內(nèi)混合后，提升進(jìn)入酸堿反應(yīng)槽。槽內(nèi)設(shè)4格，分別投加NaOH、石灰乳、PAC、PAM，進(jìn)行混凝反應(yīng)。經(jīng)過反應(yīng)槽反應(yīng)后，廢水進(jìn)入沉淀槽，進(jìn)行泥水分離，污泥提升至物化污泥槽，上清液流入pH調(diào)整槽，調(diào)節(jié)pH值后進(jìn)入中間水池。

（4）綜合廢水處理系統(tǒng)。涂裝廢水經(jīng)過上述的3套系統(tǒng)，廢水中的磷、重金屬、懸浮物等污染物基本得以去除。物化系統(tǒng)無法對廢水中溶解性的COD進(jìn)行去除，因此在綜合系統(tǒng)中，設(shè)置1套生化系統(tǒng)，對COD進(jìn)行去除。預(yù)處理后的涂裝廢水和經(jīng)過格柵、調(diào)節(jié)池處理后的生活污水在中間水池內(nèi)攪拌混勻后，由泵提升至生化系統(tǒng)，先后經(jīng)過厭氧、缺氧、好氧處理。微生物在厭氧與好氧狀態(tài)下，進(jìn)行釋磷和吸磷，實現(xiàn)磷的去除；在好氧與缺氧狀態(tài)下，進(jìn)行硝化與反硝化作用，達(dá)到脫氮目的；在好氧狀態(tài)下，進(jìn)行COD的降解。生化系統(tǒng)出水經(jīng)MBR膜進(jìn)行泥水分離后進(jìn)入回用水池。

3 主要構(gòu)筑物及設(shè)計參數(shù)

（1）磷化廢液槽。1座，尺寸為7.0 m×5.7 m×5.5 m，材質(zhì)為SUS316L，同時作為磷化廢水事故池。內(nèi)設(shè)雙曲面攪拌機(jī)，轉(zhuǎn)速為20 r／min；設(shè)廢液提升泵2臺，1用1備，選用1寸氣動泵。

（2）磷化廢水槽。1座，尺寸為5.5 m×3.5 m×5.5 m，材質(zhì)為SUS316L。內(nèi)設(shè)雙曲面攪拌機(jī)，轉(zhuǎn)速為20 r／min；設(shè)廢水提升泵2臺，1用1備，選用2寸氣動泵。

（3）磷化反應(yīng)槽。1座，尺寸為3.0 m×3.0 m×3.0 m，材質(zhì)為SUS316L，停留時間大于60 min，分為4格，依次投加NaOH、Ca（OH）2、PAC、PAM，每格設(shè)攪拌機(jī)，除PAM反應(yīng)攪拌機(jī)轉(zhuǎn)速為40 r／min外，其余均為86 r／min。工藝控制參數(shù)：第1格內(nèi)，投加NaOH將pH值調(diào)至8.5～9.5；第2格內(nèi)，投加石灰乳將pH值調(diào)至10～11；第3格內(nèi)，PAC投加量為100 mg／L；第4格內(nèi)，PAM投加量為10 mg／L。

（4）磷化沉淀槽。選用蘭美拉沉淀池，1座，尺寸為3.3 m×2.0 m×3.0 m，有效容積為16.5 m3，材質(zhì)為碳鋼，內(nèi)襯玻璃鋼防腐，設(shè)計水量為20 m3／h，表面負(fù)荷為3.0 m3／（m2·h）。選用氣動泵排泥，排泥方式為9 min（開啟）／1 h（關(guān)閉）。

（5）磷化pH調(diào)整槽。1座，尺寸為3.0 m×3.0 m×3.0 m，有效容積為22.5 m3，材質(zhì)為碳鋼，內(nèi)襯玻璃鋼防腐，停留時間為60 min，pH值控制在7.5～8.5之間。設(shè)提升泵2臺，1用1備，流量為20 m3／h，揚(yáng)程為10 m。

（6）電泳廢液槽。1座，尺寸為7.0 m×5.7 m×5.5 m，有效容積為200 m3，材質(zhì)為SUS316L，同時作為電泳廢水事故池。內(nèi)設(shè)雙曲面攪拌機(jī)，轉(zhuǎn)速為20 r／min；設(shè)廢液提升泵2臺，1用1備，選用1寸氣動泵。

（7）電泳廢水槽。1座，尺寸為5.5 m×3.5 m×5.5 m，有效容積為100 m3，材質(zhì)為SUS316L。內(nèi)設(shè)雙曲面攪拌機(jī)，轉(zhuǎn)速為20 r／min；設(shè)廢水提升泵2臺，1用1備，選用2寸氣動泵。

（8）電泳反應(yīng)槽。1座，尺寸為6.0 m×1.5 m×3.0 m，有效容積為22.5 m3，材質(zhì)為SUS304，停留時間為0.9 h，分為4格，分別投加PAC、石灰乳、NaOH和石灰乳、PAM，每格設(shè)攪拌機(jī)，除PAM反應(yīng)攪拌機(jī)轉(zhuǎn)速為40 r／min外，其余均為86 r／min。工藝控制參數(shù)：第1格內(nèi)，PAC投加量為100 mg／L；第2格內(nèi)，投加石灰乳將pH值調(diào)至9.5～10.5；第3格內(nèi)，投加NaOH和石灰乳調(diào)節(jié)pH值至10.5～11.5；第4格內(nèi)，PAM投加量為10 mg／L。

（9）電泳沉淀槽。采用豎流式沉淀池，2座，尺寸為φ4.0 m×5.0 m，有效容積為40 m3，材質(zhì)為碳鋼，內(nèi)襯玻璃鋼防腐，設(shè)計水量為12.5 m3／h，表面負(fù)荷為1.0 m3／（m2·h）。選用氣動泵排泥，排泥方式為12 min（開啟）／1 h（關(guān)閉）。

（10）酸堿廢水槽。2座，尺寸為7.0 m×4.5 m×4.0 m，有效容積為110 m3，材質(zhì)為SUS316L。內(nèi)設(shè)雙曲面攪拌機(jī)，轉(zhuǎn)速為20 r／min；設(shè)廢水提升泵3臺，2用1備，選用3寸氣動泵。

（11）酸堿反應(yīng)槽。2座，尺寸為6.0 m×1.5 m×4.0 m，有效容積為31.5 m3，材質(zhì)為SUS316L，停留時間大于60 min，分為4格，分別投加NaOH、石灰乳、PAC、PAM，分為2條線并聯(lián)運行，每格設(shè)攪拌機(jī)，除PAM反應(yīng)攪拌機(jī)轉(zhuǎn)速為40 r／min外，其余均為86 r／min。工藝控制參數(shù)：第1格內(nèi)，投加NaOH調(diào)節(jié)pH值至9～10；第2格內(nèi)，石灰乳投加量為200 mg／L，pH值調(diào)至10～11；第3格內(nèi)，PAC投加量為50 mg／L；第4格內(nèi)，PAM投加量為10 mg／L。

（12）酸堿沉淀槽。選用蘭美拉沉淀池，2座，尺寸為4.2 m×2.0 m×3.0 m，有效容積為21 m3，材質(zhì)為碳鋼，內(nèi)襯玻璃鋼防腐，設(shè)計水量為30 m3／h，表面負(fù)荷為3.57 m3／（m2·h），選用氣動泵排泥，排泥方式為5 min（開啟）／1 h（關(guān)閉）。

（13）酸堿pH調(diào)整槽。1座，尺寸為4.0 m×2.5 m×3.5 m，有效容積為30 m3，材質(zhì)為碳鋼，內(nèi)襯4布5涂玻璃鋼防腐，停留時間為0.6 h，pH值控制在7.5～8.5之間。設(shè)提升泵2臺，1用1備，流量為60 m3／h，揚(yáng)程為10 m。

（14）生活污水調(diào)節(jié)池。1座，有效容積為700 m3，材質(zhì)為鋼筋混凝土，調(diào)節(jié)池前設(shè)置格柵井，內(nèi)裝齒耙式格柵，柵隙5 mm，最大過流量350 m3／h，設(shè)提升泵3臺，其中2臺流量為80 m3／h，揚(yáng)程15 m，1臺流量為40 m3／h，揚(yáng)程15 m。

（15）生化反應(yīng)池。2座，每座由厭氧池、缺氧池和好氧池組成，厭氧池尺寸為5.0 m×4.0 m×6.0 m，缺氧池尺寸為7.0 m×5.0 m×6.0 m，好氧池尺寸為16.5 m×10.5 m×6.0 m，生化反應(yīng)池停留時間為25 h，污泥濃度為3 g／L，污泥負(fù)荷為0.21 kg［BOD5］／（kg［MLVSS］·d），材質(zhì)為碳鋼內(nèi)襯玻璃鋼防腐。2個好氧池設(shè)羅茨風(fēng)機(jī)3臺，2用1備，風(fēng)量為16.8 m3／min，風(fēng)壓為6 m，變頻控制；好氧池設(shè)置在線溶氧儀，以調(diào)節(jié)好氧池內(nèi)的溶解氧濃度。每個厭氧池設(shè)攪拌機(jī)1臺，轉(zhuǎn)速為710 r／min，每個缺氧池設(shè)攪拌機(jī)1臺，轉(zhuǎn)速為705 r／min。

（16）MBR池。2座，尺寸為9.0 m×5.0 m×5.5 m，有效容積為225 m3，材質(zhì)為SUS304，每池設(shè)RW400型板式膜組件6臺，膜通量為17 L／（m2·h），膜材質(zhì)為CPVC。設(shè)鼓風(fēng)機(jī)3臺，2用1備，風(fēng)量為16.8 m3／min，風(fēng)壓為6 m，變頻控制；在線清洗系統(tǒng)1套；產(chǎn)水泵3臺，2用1備，流量為70 m3／h，揚(yáng)程為15 m；反洗泵2臺，1用1備，流量為30 m3／h，揚(yáng)程為8 m；污泥泵3臺，2用1備，流量為100 m3／h，揚(yáng)程為10 m。在污泥泵回流管路上設(shè)置自動閥，通過開啟自動閥排出剩余污泥，在未排泥時，將沉淀池污泥回流至好氧池，污泥回流比為40%。

（17）物化／生化壓濾機(jī)。2臺，分別處理物化、生化污泥，過濾面積為80 m2，配10 m3濾液儲槽1個，濾液提升泵2臺，1用1備，流量為25 m3／h，揚(yáng)程為15 m。

4 工程處理效果及經(jīng)濟(jì)分析

經(jīng)過3個月的試運行，廢水處理量為83 m3／h，處理出水水質(zhì)滿足GB／T 18920—2002表1中的城市雜用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)后，供車間回用。試運行期間進(jìn)出水水質(zhì)情況見表3。

表3 試運行期間進(jìn)出水水質(zhì)Tab.3 Influent and effluent water quality during trial operation

本系統(tǒng)主要運行成本包括電費、藥劑費、人工費、自來水費、壓縮空氣費等5個方面，試運行費用如下：電費為1.72元／m3，人工費為0.42元／m3，藥劑費為1.10元／m3，自來水費為0.06元／m3，壓縮空氣費為0.20元／m3，運行成本為3.50元／m3。

5 結(jié)語

（1）該工程實踐表明，采用分質(zhì)物化預(yù)處理與厭氧-缺氧-好氧-MBR二級處理相結(jié)合的工藝處理汽車涂裝廢水，出水能夠穩(wěn)定達(dá)到G B／T 18920—2002中表1要求，系統(tǒng)運行穩(wěn)定，運行成本低。

（2）對汽車廠不同種類廢水進(jìn)行分類收集、分質(zhì)預(yù)處理，能夠有效去除重金屬鎳、磷和懸浮物，保證系統(tǒng)安全、穩(wěn)定運行。

（3）生化處理工藝對COD、NH3－N有良好的處理效果，在生化系統(tǒng)中采用MBR工藝，產(chǎn)水可滿足回用要求，具有較好的經(jīng)濟(jì)效益。