1 廢水來源及水質(zhì)
電鍍鋅機(jī)組生產(chǎn)工藝中，為提高產(chǎn)品質(zhì)量，對生產(chǎn)工藝進(jìn)行了改進(jìn)，導(dǎo)致大量的Zn2+隨廢水排出，從而使酸堿廢水處理系統(tǒng)中排放水Zn2+超標(biāo)?排放標(biāo)準(zhǔn)為≤4 mg/L，平均為14.26～9.71mg/L，造成月繳排污費(fèi)20～30萬元；另一方面造成了資源浪費(fèi)。引起排水鋅含量超標(biāo)的廢水主要來自機(jī)組中的溶鋅坑和廢水坑，水質(zhì)變化無規(guī)律，其成份詳見表1。
【污水處理設(shè)備】表1 冷軋含鋅廢水水質(zhì)
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內(nèi)容 |
數(shù)值 |
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含鋅濃度/(mg·L-1) |
≤800 |
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pH |
1～5 |
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SO42-/(mg·L-1) |
≤23000 |
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TFe/(mg·L-1) |
≤50 |
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游離酸/(mg·L-1) |
≤450 |
因此有必要在加強(qiáng)工藝控制管理的同時，對冷軋含鋅廢水進(jìn)行治理，同時設(shè)法對鋅進(jìn)行回收利用。
2 中和—薄膜過濾工藝的確定
某冷軋廠電鍍含鋅廢水處理，受總圖布置的局限，比較大可利用面積為600m2，由于處理水量較大，若采用中和—沉淀法，占地面積需800 m2以上。經(jīng)比較并考慮到寶鋼實(shí)際生產(chǎn)過程中現(xiàn)代化技術(shù)水平、現(xiàn)場總圖布置及技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)選擇采用了中和—過濾法，使占地面積降至400 m2。雖然中和—過濾法的單元技術(shù)是成熟的，但作為大型工業(yè)的整體廢水處理系統(tǒng)，尚不多見。設(shè)計方案中采用先進(jìn)的膜分離技術(shù)即薄膜液體過濾器，國內(nèi)尚無應(yīng)用于處理電鍍含鋅廢水的先例。為慎重起見，先進(jìn)行了必要的模擬試驗(yàn)，探索運(yùn)行條件，如濾前廢水的ｐＨ、濾脫精度、濾速，以確定合適的設(shè)計參數(shù)。
2.1 設(shè)計參數(shù)
廢水處理量：120～150 m3/h
廢水水質(zhì)：詳見表1
中和反應(yīng)pH控制值：8.5～9.0
石灰乳制備能力：20 m3/h
石灰乳濃度：8％～10％ Ca(OH)2
壓縮空氣用量：35 m3/min，壓力為0.2 MPa?
薄膜過濾器過濾膜孔：0.5 μ
薄膜過濾器過濾壓力：0.1～0.2 MPa
過濾清液Zn2+濃度(或含量)：Zn2+≤4 mg/L
2.2 工藝流程
由冷軋電鍍鋅機(jī)組排出的高鋅濃度廢水進(jìn)入中和反應(yīng)池，以工業(yè)消石灰為中和劑中和，廢水pH由1～2提高到 8.5～9，然后經(jīng)薄膜液體過濾器作固液分離，過濾后濾液達(dá)標(biāo)排放，污泥送現(xiàn)有酸堿廢水處理污泥系統(tǒng)。工藝流程見圖１。
整個處理工藝采用PLC控制，設(shè)備和閥門均設(shè)現(xiàn)場控制操作箱，同時在操作室內(nèi)設(shè)中央控制和人機(jī)操作界面工作站。系統(tǒng)工作狀態(tài)根據(jù)設(shè)置的CRT畫面進(jìn)行動態(tài)顯示，并可實(shí)現(xiàn)設(shè)備故障統(tǒng)計、運(yùn)行狀態(tài)顯示以及歷史記錄查閱。
由圖1可知，電鍍含鋅廢水處理裝置由四個單元組成：
① 中和反應(yīng)及固液分離單元。這是整個電鍍廢水處理工藝的核心部分，充分反應(yīng)有效控制pH值以使ZN2+形成Zn(OH)2沉淀析出，是確保廢水合格排放的前提，而高效率的固液分離是保證合格排放的關(guān)鍵。本單元由3座中和反應(yīng)池、3臺薄膜液體過濾器以及空氣攪拌裝置和控制儀表等組成。
�、谑胰橹苽浼肮┙o單元。該部分由石灰料倉、石灰乳制備及供應(yīng)投加系統(tǒng)組成，包括倉體、螺旋給料機(jī)、混合器、溶解槽、攪拌機(jī)組及石灰乳輸送泵等設(shè)施。制備好的石灰乳濃度為8％～10％，由輸送泵送中和反應(yīng)池。
�、� 污泥處理單元。由污泥收集池、泥漿泵等組成。污泥經(jīng)濃縮后送壓濾機(jī)壓濾。
�、� 鹽酸活化清洗單元。由鹽酸池和輸送循環(huán)泵等組成。該部分是為了清洗濾膜上殘存的CaSO4和Zn(OH)2以免堵塞膜孔影響過濾流量。
3 主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)和處理效果
3.1 主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)
廢水處理量：2880 m3/d
工業(yè)消石灰：7.47t/d
壓縮空氣耗量：35m3/min
用電量：1800 kWh/d
過濾水回用：200m3/d
3.2 處理效果
實(shí)際處理水量與排水水質(zhì)狀況見表２；經(jīng)環(huán)保部門隨機(jī)抽樣，均未發(fā)現(xiàn)Zn2+超標(biāo)。
表2 處理水量與水質(zhì)
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內(nèi)容 |
運(yùn)行平均值 |
環(huán)抱標(biāo)準(zhǔn)值 |
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處理水量/(m3·h-1) |
100～120 |
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Zn2+/(mg·L-1) |
2.13 |
≤4 |
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pH |
8.5～9 |
6～9 |
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SS/(mg·L-1) |
＜1 |
＜150 |
3.3 效益分析
該工程投資約1300萬元，投產(chǎn)后，避免了環(huán)保部門的巨額罰款和每月繳納排污費(fèi)20～30萬元。目前，由于過濾后清液水質(zhì)較好，部分已代替原設(shè)計中制備石灰乳所用的工業(yè)水和作為雜用水，每天可節(jié)約工業(yè)水200 m3左右。根據(jù)出水水質(zhì)情況，處理后水質(zhì)基本上可達(dá)到或接近寶鋼工業(yè)水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。若對這部分水予以利用，估計一年可節(jié)約工業(yè)水約1.0 Mm3，按工業(yè)水價格1.2元／m3計，折合人民幣120萬元。
4 薄膜液體過濾應(yīng)用中存在的問題
4.1 薄膜液體過濾的特點(diǎn)
薄膜液體過濾器是將膨體聚四氟乙烯專利技術(shù)與全自動控制系統(tǒng)完美地結(jié)合在一起的固液分離設(shè)備。其過濾方式獨(dú)特，它是利用薄膜來進(jìn)行表面過濾，使液體中的懸浮固體被全部阻擋在薄膜的表面，因而過濾效果好。該濾膜具有表面摩擦系數(shù)低、單位膜面積成孔率高等特性，能始終保持較低過濾阻力和較高膜通量。另外，膜材料具有較好的化學(xué)穩(wěn)定性并能結(jié)合設(shè)備裝置自動反清洗的特點(diǎn)，做到連續(xù)過濾，使得設(shè)備體積小，占地面積省。
4.2 應(yīng)用中存在問題
某冷軋廠電鍍鋅廢水處理采用薄膜過濾技術(shù)，據(jù)了解國內(nèi)外尚屬首例，因而沒有應(yīng)用實(shí)績和經(jīng)驗(yàn)，在應(yīng)用中尚存在一些問題，主要?dú)w納如下：
4.2.1 當(dāng)廢水中pH較高(pH＞5)時，投加中和劑Ca(OH)2的量就減少，使廢水中的含固量較低，減少了良好的架橋物質(zhì)，從而影響過濾效果和過濾器正常的反沖。后采取投加少量硫酸進(jìn)行預(yù)處理和在石灰乳中添加少量輕質(zhì)碳酸鈣的辦法，使過濾趨于穩(wěn)定。
4.2.2 原設(shè)計配制石灰乳是利用寶鋼工業(yè)新水，而工業(yè)水中的菌藻，尤其是細(xì)菌的分泌物(粘狀體)隨石灰乳進(jìn)入廢水中，對薄膜過濾產(chǎn)生嚴(yán)重影響。由于一般化學(xué)方法無法把粘狀體物質(zhì)清洗干凈，聚附在膜表面，從而影響了過濾效果，當(dāng)廢水中含固量較少時情況尤為突出(細(xì)菌及其分泌物直接附著在濾膜表面)。后采取向廢水中投加 NaClO(投加濃度為15～20 mg/L)和用濾后清液代替工業(yè)水配制石灰乳的措施，使過濾器基本恢復(fù)正常運(yùn)行。
4.2.3 薄膜液體過濾器每使用一段時間后，要用鹽酸進(jìn)行活化。但濾膜的使用周期畢竟有一定限度，到時要予以更換，究竟一次使用能維持多長時間尚無這方面的經(jīng)驗(yàn)，需待實(shí)踐證實(shí)。
5 結(jié)論
5.1 采用中和—薄膜過濾工藝處理電鍍含鋅廢水是成功的。選用濾膜孔徑為0.5μ，控制pH＝8.5～9，可確保Zn2+充分去除，水中剩余濃度達(dá)到國家排放標(biāo)準(zhǔn)。
5.2 在選擇和確定處理工藝時，必須詳細(xì)了解廢水的來源及廢水中水質(zhì)的變化，如pH值、有機(jī)物、菌藻及油等影響過濾的因素，以便采取相應(yīng)的措施?如設(shè)調(diào)節(jié)池等 使過濾器發(fā)揮其特性。
5.3 薄膜液體過濾的高去除率，使清液可得到再利用，以節(jié)約水資源，實(shí)現(xiàn)零排放。
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