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隨著金屬制造、電鍍、制革、造紙、醫藥等工業的發展,越來越多的含重金屬廢水直接或間接排放到水環境中。工業廢水中有毒重金屬主要包括銅、鋅、鎳、汞、鎘、鉛、鉻等。與有機污染物不同的是,重金屬不會衰減、不能被生物降解,水體一旦被重金屬污染,很難被修復。因此,需采取有效的方法對重金屬廢水進行治理,減輕其對環境的危害。
嘉興某拉鏈生產企業建有年產金屬拉鏈2000萬條、尼龍拉鏈4800萬條、塑鋼拉鏈1000萬條的生產線,具有覆蓋沿海東部經濟圈、輻射全球的生產營銷體系。該公司在除油、清洗、固色等生產工序中產生含有較高濃度銅、鋅、鉻等重金屬以及磷酸鹽的生產廢水。根據“三同時”的原則,該公司建設了廢水處理設施,處理出水水質達到《污水綜合排放標準》(GB8978-1996)及《工業企業廢水氮、磷污染物間接排放限值》(DB33/887-2013)要求,實現了納管達標排放。
1、設計水質、水量
1.1 廢水水量
根據現場調研及取樣分析,該企業所排放的生產廢水主要包括固色工序產生的含鉻廢水,以及除油、清洗等工序產生的酸洗、磷化廢液和清洗廢水等。廢水總量為100m3/d,其中包括含鉻廢水約2m3/d。廢水處理設施設計運行20h/d,設計處理水量為5m3/h。
1.2 設計進、出水水質
根據取樣分析結果,并類比同類型企業項目的廢水水質情況,確定該企業的設計進水水質。廢水呈酸性且pH值有所波動,主要污染指標包括總磷、總銅、總鋅、總鉻和六價鉻等,不含鎳、汞、鎘和鉛等污染物。根據當地環境保護局要求,廢水經處理后需達到《污水綜合排放標準》(GB8978-1996)的三級標準,其中氨氮、總磷參照執行《工業企業廢水氮、磷污染物問接排放限值》(DB33/887-2013)要求。
設計進、出水水質如表1所示。
2、處理工藝設計
2.1 設計思路
①企業生產廢水排放不均勻,且存在酸堿性不穩定的問題,因此需要設置一座調節池,對水量和水質進行均質平衡,以利于穩定處理。由于生產工藝中含除油工序,需在調節池前設置隔油池,以利于后續工藝處理。
②含鉻廢水需單獨收集,采用還原方法將Cr6+還原成cr3+再中和沉淀去除,將總鉻、六價鉻處理到車間排放口標準后再與其他廢水混合處理。
③廢水中含銅、鋅和磷較高,需采用物化處理才能達到排放標準。廢水pH值較低,需配套酸堿中和處理。中和藥劑選擇石灰乳,可在調節pH的同時使Ca2+與磷酸鹽反應形成磷酸鈣沉淀而去除總磷。
④企業生產原料包括次亞磷酸鈉,生產廢水中含有次磷酸根,與石灰乳形成的次亞磷酸鈣屬于溶于水的物質,不會形成沉淀,因此需要另外投加氧化劑(NaClO),將次磷酸根氧化,以形成磷酸鈣沉淀。
⑤廢水處理過程中產生的污泥屬于危險固廢,可采用隔膜式壓濾機進行脫水處理,使污泥含水率降至60%以下,以減少危廢的產生量。
⑥需設置一定容積的事故池,以應對生產過程或廢水處理過程中的突發事件。
⑦設計中考慮采用容積較大的保障池,在水質檢測合格后方可達標排放,若檢測不合格可返回調節池或者事故池重新處理。
2.2 工藝流程
①含鉻廢水單獨收集,并通過泵將廢水從集水池內提升進入還原反應槽,調節pH值,在酸性條件下向廢水中加入還原劑(焦亞硫酸鈉),將Cr6+還原成Cr3+;加人中和藥劑及PAM,廢水中的Cr3+形成Cr(OH)3沉淀。經固液分離后,上清液排入綜合調節池與其他廢水一并處理;沉淀污泥排人污泥濃縮池。考慮到含鉻廢水水量較小,設置一個序批式反應桶,其反應、沉淀過程均在此桶內進行,每天處理一次。
②其他生產廢水流經格柵攔污后自流進入調節池,與預處理后的含鉻廢水一并處理。調節池內設水泵,利用回流均化水質、水量。
③均化好的綜合廢水經泵提升至反應池1,反應池內設機械攪拌,并分別投加石灰乳,調節pH值至8~9,再投加PAC、PAM進行絮凝反應,然后通過沉淀池1進行泥水分離。石灰乳投加泵與pH計設置在線連鎖控制,自動投加。
④為確保混凝沉淀效果,廢水再通過二級混凝反應沉淀池,先投加NaClO將次磷酸鈣氧化成磷酸鈣沉淀,進一步通過投加混凝藥劑去除廢水中的重金屬、TP等污染物。為確保重金屬去除效果,設置重金屬捕捉劑備用投加系統。
⑤混凝沉淀出水設pH值調整池,當pH值>9時,投加少量酸調整pH值至6~9。
⑥在排放口前設置保障池(觀測池),在檢測合格后方可達標排放,若檢測不合格可返回調節池或者事故池重新處理。
⑦沉淀池的污泥排放至污泥濃縮池,再經高壓隔膜板框壓濾機將污泥壓濾至含水率<60%。由于污泥中含有銅、鋅、鉻等重金屬,需按照危廢處置規范進行處置,并按要求設置相應的暫存間。
廢水及污泥處理工藝流程如圖1所示。
3、主要構筑物及設備
①含鉻廢水收集池。有效容積2m3的塑料桶2個,用于儲存含鉻廢水。
②含鉻廢水反應沉淀池。有效容積為3m3。的塑料桶1個,配備攪拌機1臺。
③事故池。地下式鋼混結構,1座,尺寸為4.0m×3.5m×2.2m,用于儲存事故廢水。配備提升泵1臺,流量為5m3/h,揚程為150kPa,功率為1.1kW。
④調節池。采用V=20m3的塑料桶3個,有效容積共60m3,停留時間為14h。配備提升泵2臺,流量為5m3/h,揚程為150kPa,功率為1.1kW;浮球液位計1套;電磁流量計1臺。
⑤反應池1。鋼防腐結構,1座,尺寸為3.0m×1.0m×2.0m,反應時間為1h。配備攪拌機3臺,不銹鋼材質,功率為0.75kW;在線pH計1臺。
⑥沉淀池1。鋼防腐結構,1座,尺寸為3.0m×3.0m×3.5m,表面負荷為0.55m3/(m2•h)。池內設PP斜板9m2;配備排泥泵2臺,流量為10m3/h,揚程為100kPa,功率為1.1kW。
⑦反應池2。鋼防腐結構,1座,尺寸為3.0m×1.0m×2.0m,反應時間1h。配備攪拌機3臺,不銹鋼材質,功率為0.75kW;在線pH計1臺。
⑧沉淀池2。鋼防腐結構,1座,尺寸為3.0m×3.0m×3.5m,表面負荷為0.55m3/(m2•h)。池內設PP斜板9m2;配備排泥泵2臺,流量為10m3/h,揚程為100kPa,功率為1.1kW。
⑨pH調整池及觀測池。鋼防腐結構。1座,尺寸為3.0m×4.0m×3.0m,有效容積為30m3。配備在線pH計1臺。
⑩標準排放口。鋼防腐結構,1座,尺寸為1.0m×0.5m×0.5m。配備電磁流量計1臺。
?污泥濃縮池。鋼防腐結構,1座,尺寸為3.0m×3.0m×3.0m。配備污泥提升泵2臺,流量為5m3/h,揚程為600kPa,功率為3kW;隔膜板框壓濾機1臺,過濾面積為30m2,壓力為0.6MPa,功率為2.2kW。
?其他設備。V=1.5m3的溶加藥裝置5套,帶加藥泵、攪拌機,分別用于投加石灰乳、PAC、PAM、稀硫酸及次氯酸鈉;V=50L的溶加藥裝置1套,帶攪拌機,用于投加焦亞硫酸鈉。
4、工程調試
與運行該工程于2015年5月建成,經過3個月的調試運行,處理效果穩定,對總磷、總銅、總鋅、總鉻、六價鉻等主要污染物的去除效果明顯,各項出水指標均達到了《污水綜合排放標準》(GB8978-1996)的三級標準及《工業企業廢水氮、磷污染物間接排放限值》(DB33/887-2013)要求,通過了當地環保部門驗收。
驗收監測結果如表2所示
5、經濟技術指標
該工程廢水處理規模為100m3/d。總投資約92.2萬元,包括土建費用5萬元,設備及安裝費用87.2萬元。廢水處理運行成本約為4.14元/m3,包括人工費、藥劑費、電費等,具體見表3。
6、結語
采用還原反應+中和沉淀法預處理拉鏈生產企業含鉻廢水,采用兩級混凝沉淀工藝處理含磷及銅、鋅重金屬的綜合廢水,取得了較好的處理效果。實際運行結果顯示,處理出水水質穩定達到《污水綜合排放標準》(GB8978-1996)的三級標準以及《工業企業廢水氮、磷污染物間接排放限值》(DB33/887-2013)要求。廢水處理規模為100m3/d,總投資為92.2萬元,運行費用約4.14元/m3。