磁凈化技術(shù)在PCB園區(qū)廢水治理的試驗(yàn)

袁 寶

（廣東新大禹環(huán)境科技股份有限公司，廣東 廣州 5106600）

徐少華

（廣東省科學(xué)院資源利用與稀土開(kāi)發(fā)研究所，廣東 廣州 510650）

（佛山能磁環(huán)境科技有限公司，廣東 廣州 510650）

0 前言

化學(xué)沉淀是目前印制電路板（PCB）園區(qū)廢水治理的主流工藝之一，是去除水中重金屬、總磷等污染物的關(guān)鍵方法，也是生物法等工藝的主要預(yù)處理工藝[1]。PCB園區(qū)廢水往往混有其他工業(yè)廢水，隨著排放標(biāo)準(zhǔn)的提高，普遍需要采用多級(jí)化學(xué)沉淀和深度除磷處理，以達(dá)到排放要求。

傳統(tǒng)化學(xué)沉淀法由于表面負(fù)荷低、沉降速度慢，所以占地面積大，且沉降效果易受到水質(zhì)波動(dòng)影響。隨著PCB園區(qū)發(fā)展，企業(yè)數(shù)量不斷增加，部分園區(qū)污水處理廠常年滿負(fù)荷運(yùn)行仍不能滿足需求，新建或改擴(kuò)建污水處理設(shè)施則受制于場(chǎng)地缺乏[2]。因此，提高化學(xué)沉淀法的沉淀效率，縮小占地面積或提高原有沉淀池的處理能力，穩(wěn)定處理效果，是現(xiàn)實(shí)的迫切需求。

磁凈化技術(shù)是近年來(lái)涌現(xiàn)的新興技術(shù)，在黑臭水體治理、污水廠提標(biāo)改造等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，其突出優(yōu)點(diǎn)是處理效率高、占地面積小、出水水質(zhì)穩(wěn)定[3]。本文結(jié)合廣東省某PCB園區(qū)廢水處理工藝流程，將磁凈化技術(shù)應(yīng)用于原水一級(jí)沉淀和總磷深度處理工藝段，研制工業(yè)廢水專(zhuān)用一體化磁凈化裝備，進(jìn)行連續(xù)中試試驗(yàn)，為PCB園區(qū)廢水治理提標(biāo)擴(kuò)容提供參考。

1 項(xiàng)目背景

廣東省某工業(yè)園內(nèi)唯一指定以PCB企業(yè)排放廢水為主的集中污水處理廠，一期設(shè)計(jì)處理量12 000噸/天。近年來(lái)隨著排放標(biāo)準(zhǔn)的不斷提升和園區(qū)處理水量的不斷增加，企業(yè)不斷增加新工藝和新設(shè)施，用地緊張問(wèn)題凸顯。該污水處理廠以處理PCB廢水為主，包括原水調(diào)節(jié)池、一級(jí)化學(xué)沉淀系統(tǒng)、二級(jí)化學(xué)沉淀系統(tǒng)、生化處理系統(tǒng)和MBR（膜生物反應(yīng)器）膜系統(tǒng)等。

2 磁凈化技術(shù)及中試裝備

2.1 磁凈化技術(shù)

磁凈化技術(shù)是化學(xué)絮凝、磁加載循環(huán)和高效沉淀相結(jié)合的一種先進(jìn)高效固液分離技術(shù)。該技術(shù)是向污水中投加適量微米級(jí)磁種，在水中形成無(wú)數(shù)微細(xì)粒的“磁心”，在混凝劑和絮凝劑的作用下，“磁心”和水中懸浮態(tài)污染物形成磁性絮團(tuán)，磁性絮團(tuán)具備高密度和高磁性兩大特點(diǎn)，在沉淀池中高效沉降于底部，上清液穩(wěn)定達(dá)標(biāo)外排。沉降池底部一部分磁性絮團(tuán)直接回流至反應(yīng)箱，另一部分磁性絮團(tuán)則進(jìn)入磁種循環(huán)回用系統(tǒng)，磁種被回收并重復(fù)投加至反應(yīng)箱內(nèi)，剩余污泥則外排至污泥處置系統(tǒng)。磁凈化技術(shù)具有表面負(fù)荷高、占地面積小、出水效果好、波動(dòng)適應(yīng)性強(qiáng)、運(yùn)行成本低等優(yōu)點(diǎn)。

2.2 工業(yè)廢水專(zhuān)用一體化磁凈化裝備

為了應(yīng)對(duì)工業(yè)廢水高懸浮物、高石灰、強(qiáng)腐蝕性等性質(zhì)，開(kāi)發(fā)的工業(yè)廢水專(zhuān)用一體化磁凈化裝備如圖1所示。該裝備由反應(yīng)系統(tǒng)、高效沉淀池、磁加載循環(huán)系統(tǒng)、反沖洗系統(tǒng)、加藥系統(tǒng)和電控箱組成，具備較好的防腐功能和強(qiáng)化磁種回收功能，設(shè)計(jì)處理能力800 m3/d，外形尺寸為：3.8 m×2.5 m×4.2 m，占地面積約9.5 m2，斜管有效面積為1.56 m2，設(shè)備電耗清單如表1。

表1 一體化磁凈化設(shè)備功耗表

圖1 800 m3/d工業(yè)廢水專(zhuān)用一體化磁凈化裝備

3 試驗(yàn)方案

3.1 試驗(yàn)內(nèi)容

根據(jù)水廠處理工藝流程，結(jié)合磁凈化技術(shù)特點(diǎn)，在原水一級(jí)沉淀段、深度除磷段使用一體化磁凈化裝備進(jìn)行中試試驗(yàn)，研究PCB園區(qū)廢水原水一級(jí)磁凈化沉淀和芬頓+磁凈化深度除磷的效果，考察磁種回收率、沉淀表面負(fù)荷、運(yùn)行成本、電耗、一體化設(shè)備穩(wěn)定性。

3.2 試驗(yàn)過(guò)程

3.2.1 原水一級(jí)磁凈化沉淀試驗(yàn)

原水一級(jí)磁凈化沉淀試驗(yàn)如圖2所示。原水進(jìn)入調(diào)節(jié)池，投加石灰/重金屬捕收劑調(diào)節(jié)pH值至中性后由水泵泵入反應(yīng)池內(nèi)，依次投加磁種和絮凝劑PAM（聚丙烯酰胺絮凝劑），攪拌充分后，反應(yīng)池中形成磁性絮團(tuán)；反應(yīng)池出水進(jìn)入高效沉淀池中固液分離，上清液外排至下一級(jí)處理系統(tǒng)，底部污泥一部分回流至反應(yīng)池，另一部分進(jìn)入磁種回收系統(tǒng)，回收的磁種投加至反應(yīng)池，剩余污泥外排至污泥濃縮池。連續(xù)中試試驗(yàn)時(shí)間為15天。

圖2 原水一級(jí)磁凈化沉淀試驗(yàn)

原水投加石灰/重金屬捕收劑后，懸浮物含量高，通過(guò)實(shí)驗(yàn)優(yōu)化調(diào)整磁種補(bǔ)加量和PAM用量，得到較優(yōu)的藥劑用量為：磁種補(bǔ)加量26 mg/L，非離子PAM投加量為5.6 mg/L。

3.2.2 芬頓+磁凈化深度除磷試驗(yàn)

完成原水一級(jí)磁凈化沉淀試驗(yàn)后，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)管道進(jìn)行改造，將芬頓反應(yīng)出水泵入一體化磁凈化裝備進(jìn)行處理。芬頓出水懸浮物含量相對(duì)低，通過(guò)實(shí)驗(yàn)優(yōu)化調(diào)整磁種補(bǔ)加量和PAM用量，得到較優(yōu)的藥劑用量為：磁種補(bǔ)加量9.3 mg/L，非離子PAM投加量為3.7 mg/L。連續(xù)穩(wěn)定試驗(yàn)時(shí)間為15天。

3.3 試驗(yàn)結(jié)果

3.3.1 原水一級(jí)磁凈化沉淀試驗(yàn)結(jié)果

圖3是原水一級(jí)磁凈化沉淀進(jìn)出水懸浮物濃度及去除率，可以看出原水投加石灰/重金屬捕收劑后懸浮物濃度在470 mg/L～1280 mg/L之間，平均進(jìn)水懸浮物濃度為873.6mg/L；出水懸浮物濃度穩(wěn)定在30 mg/L以內(nèi)，平均出水懸浮物濃度為11.07 mg/L；去除率最低95.8%，最高可達(dá)99.6%，平均去除率為98.73%。

圖3 原水一級(jí)磁凈化沉淀進(jìn)出水懸浮物濃度及去除率

圖4是原水一級(jí)磁凈化沉淀出水效果，可以看出原水懸浮物濃度高，因水中銅離子含量高，呈深綠色；出水清澈透明，肉眼可見(jiàn)懸浮物低。一體化磁凈化設(shè)備對(duì)波動(dòng)性較大、高懸浮物濃度、高石灰水濃度的原水處理具有良好的效果。

圖4 原水一級(jí)磁凈化沉淀出水效果

原水一級(jí)磁凈化沉淀進(jìn)水穩(wěn)定為31 m3/h，最高進(jìn)水為36 m3/h，斜管有效面積1.56 m2，則表面負(fù)荷穩(wěn)定為19.87 m3/(m2·h)，最高可達(dá)到23.08 m3/(m2·h)。

為了得到準(zhǔn)確的磁種回收率，對(duì)每處理1000 m3水的進(jìn)水懸浮物濃度、磁種池濃度、磁種有效濃度、磁種損失量進(jìn)行取樣分析，得到結(jié)果如表2所示，每5000 m3水的實(shí)際磁種使用量如表3所示。從表2和表3中可以看出：測(cè)試得到的磁種損失量為0.026 g/L，磁種回收率為99.56%；磁種的實(shí)際損失量為0.023 g/L，二者誤差為11.5%，實(shí)際磁種損失量略小于測(cè)試值。磁種的市場(chǎng)單價(jià)約2元/kg，故原水一級(jí)磁凈化沉淀磁種成本為0.046元/噸水。

表2 原水一級(jí)磁凈化沉淀磁種回收率取樣分析結(jié)果表

表3 原水一級(jí)磁凈化沉淀磁種實(shí)際使用量表

原水一級(jí)磁凈化的絮凝劑成本為0.067元/噸水，電耗為0.129元/噸水，磁種成本為0.046元/噸水，一體化磁凈化裝置全自動(dòng)化運(yùn)行，人員工作主要為藥劑配置、檢查維護(hù)及取樣分析，本文對(duì)人工費(fèi)不做詳細(xì)分析。原水一級(jí)磁凈化沉淀的運(yùn)行成本如表4所示，除開(kāi)人工費(fèi)用的運(yùn)行成本為0.242元/噸水。

表4 原水一級(jí)磁凈化沉淀運(yùn)行成本

3.3.2 芬頓+磁凈化試驗(yàn)結(jié)果

圖5是芬頓+磁凈化進(jìn)出水懸浮物濃度及去除率，可以看出芬頓出水的懸浮物濃度相對(duì)較低，在122～406 mg/L之間，平均進(jìn)水懸浮物濃度為246.3 mg/L；出水懸浮物濃度穩(wěn)定在10 mg/L以內(nèi)，平均出水懸浮物濃度為5.9 mg/L；去除率最低96.1%，最高可達(dá)98.3%，平均去除率為97.59%。芬頓+磁凈化出水效果，可以看出進(jìn)水呈灰黑色，出水清澈透明，未見(jiàn)“漂泥”現(xiàn)象，肉眼幾乎見(jiàn)不到懸浮物。一體化磁凈化設(shè)備對(duì)波動(dòng)性較大、懸浮物濃度較高、微細(xì)粒漂浮物含量高的芬頓出水處理具有良好的效果。

圖5 芬頓+磁凈化進(jìn)出水懸浮物濃度及去除率

芬頓+磁凈化進(jìn)水穩(wěn)定為31 m3/h，斜管有效面積1.56 m2，表面負(fù)荷穩(wěn)定為19.87 m3/(m2·h)，由于受到現(xiàn)場(chǎng)水量等因素影響，未進(jìn)一步提升進(jìn)水水量，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)判斷，該一體化磁凈化設(shè)備可處理更高水量，即表面負(fù)荷可進(jìn)一步提高。

為了得到準(zhǔn)確的磁種回收率，對(duì)每處理1000 m3水的進(jìn)水懸浮物濃度、磁種池濃度、磁種有效濃度、磁種損失量進(jìn)行取樣分析，得到結(jié)果如表5所示，每5000 m3水的實(shí)際磁種使用量如表6所示。從表5和表6可以看出：測(cè)試得到的磁種損失量為0.011 g/L，磁種回收率為99.82%；磁種的實(shí)際損失量為0.0093 g/L，二者誤差為15.5%，實(shí)際磁種損失量略小于測(cè)試值。磁種的市場(chǎng)單價(jià)約2元/kg，故芬頓+磁凈化磁種成本為0.019元/噸水。

表5 芬頓+磁凈化磁種回收率取樣分析結(jié)果表

表6 芬頓+磁凈化磁種實(shí)際使用量表

芬頓+磁凈化的絮凝劑成本為0.045元/噸水，電耗為0.129元/噸水，磁種成本為0.019元/噸水，一體化磁凈化裝備全自動(dòng)運(yùn)行，人員工作主要為藥劑配置、檢查維護(hù)及取樣分析，本文對(duì)人工費(fèi)不做詳細(xì)分析。芬頓+磁凈化的運(yùn)行成本如表7所示，除開(kāi)人工成本運(yùn)行成本為0.193元/噸水。

表7 芬頓+磁凈化運(yùn)行成本表

3.3.3 工業(yè)廢水一體化磁凈化裝備運(yùn)行情況

面對(duì)PCB園區(qū)廢水水質(zhì)波動(dòng)性大、懸浮物濃度高、易結(jié)垢等復(fù)雜特性，工業(yè)廢水專(zhuān)用一體化磁凈化設(shè)備連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行30天以上，總體運(yùn)行平穩(wěn)可靠，主要設(shè)備未出現(xiàn)機(jī)械故障和電器故障，進(jìn)出水水質(zhì)、磁種回收率等達(dá)到預(yù)期效果。

4 結(jié)論

（1）磁凈化技術(shù)對(duì)PCB園區(qū)廢水原水進(jìn)行連續(xù)處理：沉降表面負(fù)荷可達(dá)到23.08 m3/(m2·h)，進(jìn)水懸浮物濃度1280 mg/L以內(nèi)，出水懸浮物濃度穩(wěn)定在30 mg/L以內(nèi)；磁種回收率為99.56%，磁種運(yùn)行成本為0.046元/噸水；綜合運(yùn)行成本為0.242元/噸。

（2）磁凈化技術(shù)對(duì)PCB園區(qū)廢水芬頓出水進(jìn)行連續(xù)處理：沉降表面負(fù)荷可達(dá)到19.87 m3/(m2·h)，進(jìn)水懸浮物濃度406 mg/L以內(nèi)，出水懸浮物濃度穩(wěn)定在10 mg/L以內(nèi)；磁種回收率為99.82%，磁種運(yùn)行成本為0.019元/噸水；綜合運(yùn)行成本為0.193元/噸。

（3）試用的工業(yè)廢水專(zhuān)用一體化磁凈化裝備，最高可處理PCB園區(qū)廢水原水864噸/天、芬頓出水744噸/天（實(shí)際可更高），占地面積相較傳統(tǒng)沉淀法顯著降低。中試階段設(shè)備運(yùn)行平穩(wěn)可靠，展現(xiàn)出較好的性能。本次試驗(yàn)僅為中試試驗(yàn)，時(shí)間相對(duì)較短，在后期連續(xù)工業(yè)應(yīng)用中進(jìn)一步考察設(shè)備的處理效果和可靠性。

（4）對(duì)于現(xiàn)有PCB園區(qū)污水處理企業(yè)，磁凈化技術(shù)可原位提升污水處理能力和處理指標(biāo)；對(duì)于新建PCB園區(qū)污水處理企業(yè)，磁凈化技術(shù)可顯著降低占地面積并穩(wěn)定出水指標(biāo)。本次試驗(yàn)僅為中試試驗(yàn)，時(shí)間相對(duì)較短，建議在后期連續(xù)工業(yè)應(yīng)用中進(jìn)一步考察設(shè)備的處理效果和可靠性。