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电镀工业园区污水处理厂的设计与运行

2020-08-19信息来源 : 工业水处理

作为国民经济发展组成的一个重要因素,电镀行业仍是促进经济发展的重要加工行业。在电镀行业为社会创收经济效益的进程上,它所产生的大量电镀废水是阻碍其发展的重要因素。

随着社会的进步,电镀废水的排放标准越来越严格,同时伴随着大量电镀企业入园的发展趋势,电镀工业园区的电镀废水处理厂也将面对废水量更多、水质更杂、污染物浓度更高、更难去除等问题。针对电镀行业遇到的种种困难和挑战,对现有的电镀废水处理厂进行提标改造是解决上述问题最经济有效,也是最具有意义的方法。

江苏省某电镀工业园区入园企业日益增加,原有的污水处理系统难以使废水达标排放,为此在原有含铬废水的基础上新建含氰废水、含镍废水、酸碱废水和脱脂废水4套预处理系统。采用“预处理+pH调节+Fenton+脱气+混凝沉淀+A2O+混凝沉淀+转盘滤池+臭氧催化氧化+UF系统+RO系统”处理工艺对综合废水进行回用处理。其中820 t/d的淡水满足《城市污水再生利用工业用水水质》(GB/T 19923—2005)回用标准,作为回用水用于车间设备清洗。780 t/d的浓水通过“pH调节+Fenton+脱气+混凝沉淀+活性炭吸附+离子交换”工艺进行深度处理,处理后的出水满足《电镀污染物排放标准》(GB 21900—2008)中的表1标准后排入长江。

1 废水特征

江苏省某电镀工业园区废水处理厂主要接纳的废水种类有5种,本次提标改造新建的预处理系统有4种,依据该污水处理厂的实际运行情况,5种预处理系统的设计进水水量和水质如表 2所示。

2 工程设计

电镀废水处理厂的综合废水回用系统处理规模为1 600 m3/d,其中新增的处理规模为1 340 m3/d。

该电镀废水处理厂的酸碱废水和含镍废水中,含有较高浓度的铜、锌、镍等重金属;含氰废水中的含氰化合物是一种致命的剧毒物;脱脂废水中的有机物、总磷和油脂含量较高,处理难度较大。

为此,针对各类电镀废水先进行单独的预处理,当预处理出水满足《污水综合排放标准》(GB 8978—1996)中的表 1标准后,再统一汇入综合调节池进行回用处理。

2.1 现有含铬废水处理

电镀废水处理厂原有的含铬废水预处理工艺如图 1所示。

2.2 含氰废水处理

(1)处理工艺流程

含氰废水的处理采用“碱性次氯酸钠+酸性次氯酸钠+混凝沉淀”工艺,工艺流程如图 2所示。

含氰废水进入调节池,先进行一级破氰反应,通过pH控制系统,用NaOH溶液调整pH到10~11左右,再通过ORP控制系统控制NaClO溶液的投加量,使废水中的ORP在300~350 mV,搅拌反应30 min。

一级破氰反应为:NaCN+NaClO+H2O=CNCl+2NaOH,CNCl+2NaOH=NaCNO+H2O+NaCl,二级破氰反应用稀硫酸调整pH到7~8,投加NaClO溶液使ORP保持在600~700 mV,搅拌反应30 min。二级破氰反应为:2NaCNO+3NaClO+H2O=3NaCl+2NaOH +N2↑+2CO2↑。

通过两级破氰处理将废水中的CN-转化为N2和CO2,从而将CN-去除。

(2)构筑物设计

1#、2#、3#pH调节池。尺寸1.0 m×1.0 m×5.5 m,有效容积5.0 m3,停留时间1 h。配套设备:曝气搅拌系统1套,pH在线检测仪1台,氢氧化钠加药系统2套,硫酸加药系统1套。

1#、2#破氰池。尺寸1.0 m×1.0 m×5.5 m,有效容积5.0 m3,停留时间1 h。配套设备:曝气搅拌系统1套,ORP在线检测仪1台,次氯酸钠加药系统1套。

1#混凝、絮凝池。尺寸1.0 m×1.0 m×5.5 m,有效容积5.0 m3,停留时间1 h。配套设备:折桨混合搅拌机1台,PAC、PAM加药系统各1套。

2.3 含镍废水处理

(1)处理工艺流程

含镍废水的处理,采用“Fenton+脱气+混凝沉淀+石英砂过滤+离子交换”工艺,工艺流程如图 3所示。

含镍废水主要来源于镀镍、化学镀镍等生产工序产生的漂洗水,其中化学镍漂洗水中的金属离子镍为络合态,需要通过Fenton高级氧化法进行破络,再进行混凝沉淀,沉淀池出水再经过离子交换,进一步去除废水中金属离子。

(2)构筑物设计

4#pH调节池/1#Fenton池/1#脱气池。尺寸3.0 m×3.0 m×5.5 m,分4格,有效容积45 m3,停留时间5.6 h,处理规模7.5 m3/h。配套设备:曝气搅拌系统4套,pH、ORP在线检测仪各1台,硫酸、双氧水、硫酸亚铁、焦亚硫酸钠加药系统各1套。

1#石英砂过滤器。尺寸D=1.2 m、H=1.4 m,进水量7.5 m3/h,滤速5~8 m/h,冲洗时间4~6 min,材质碳钢+FRP。配套设备:反冲洗泵2台,多路阀门1套。

1#树脂离子交换塔。尺寸D=1.0 m、H=2.0 m,进水量7.5 m3/h,滤速10~15 m/h,材质碳钢+FRP。配套设备:杜笙离子交换树脂1 000 L,树脂再生设备1套,再生废液桶1个。

2.4 酸碱废水处理

(1)处理工艺流程

酸碱废水的处理采用“混凝沉淀+Fenton+脱气+混凝沉淀”工艺,工艺流程如图 4所示。

酸碱废水提升至pH调节池,控制pH在7.5~8,进行混凝沉淀。上清液回调pH至3左右,再进行Fenton高级氧化。之后回调pH至8.5左右进行沉淀,上清液进行二次混凝沉淀并在絮凝池中投加重捕剂深度去除重金属。

(2)构筑物设计

5#、6#pH调节池。尺寸3.0 m×2.0 m×5.5 m,有效容积30 m3,停留时间0.75 h,处理规模40.5 m3/h。配套设备:曝气搅拌系统1套,pH在线检测仪1台,硫酸加药系统1套,氢氧化钠加药系统2套。

2#混凝、絮凝池。尺寸2.0 m×2.0 m×5.5 m,有效容积20 m3,停留时间0.5 h,处理规模40.5 m3/h。配套设备:折桨混合搅拌机1台,PAC、PAM加药系统1套。

7#pH调节池/2#Fenton池/2#脱气池。尺寸7.0 m×4.0 m×5.5 m,有效深度5.0 m,分6格,有效容积140 m3,停留时间4.25 h(pH调整0.75 h、Fenton氧化2.25 h、脱气1.25 h),处理规模40.5 m3/h。配套设备:曝气搅拌系统6套,pH、ORP在线检测仪各1台,硫酸、双氧水、硫酸亚铁、焦亚硫酸钠加药系统各1套。

2.5 脱脂废水处理

(1)处理工艺流程

脱脂废水的处理采用“破乳+混凝沉淀+Fenton+脱气+混凝沉淀”工艺,工艺流程如图 5所示。

脱脂废水中有机物、油脂及总磷含量过高,首先调整废水的pH至酸性,使后续投加的破乳剂能发挥最大效应,油水分离后,自流进入混凝反应池,充分混合反应。沉淀后的清水进行Fenton高级氧化,之后回调pH至8.5后,再次进行混凝沉淀。

(2)构筑物设计

8#pH调节池/1#破乳池。尺寸3.0 m×1.5 m×5.5 m,分两格,有效容积22.5 m3,停留时间2.7 h,处理规模8.3 m3/h。配套设备:曝气搅拌系统1套,pH在线检测仪1台,硫酸、破乳剂加药系统各1套。

9#、10#pH调节池/3#混凝、絮凝池。尺寸1.5 m× 1.5 m×5.5 m,有效容积11.25 m3,停留时间1.35 h,处理规模8.3 m3/h。配套设备:折桨混合搅拌机1台,pH在线检测仪1台,氢氧化钠、PAC、PAM加药系统1套。

11#pH调节池/3#Fenton池/3#脱气池。尺寸3.0 m×3.0 m×5.5 m,分4格,有效容积45 m3,停留时间5.4 h(pH调整1.35 h、Fenton氧化4.0 h、脱气1.35 h),处理规模8.3 m3/h,结构钢砼半地上建造。配套设备:曝气搅拌系统4套,pH、ORP在线检测仪各1台,硫酸、双氧水、硫酸亚铁、焦亚硫酸钠加药系统各1套。

2.6 综合废水处理

(1)处理工艺流程

综合废水的处理,采用“pH调节+Fenton+脱气+混凝沉淀+A2O+混凝沉淀+转盘滤池+臭氧催化氧化+UF+RO”工艺。其中产生的浓水采用“pH调节+ Fenton+脱气+混凝沉淀+活性炭吸附+离子交换”的工艺进行深度处理,综合废水的工艺流程如图 6所示。

考虑到电镀园电镀废水的水质特性,特将中水回用系统设置在生化处理工段之后,保证中水回用系统的稳定运行。各类废水经过预处理之后,汇入综合废水调节池,调节pH后进行Fenton氧化去除废水中较难降解的有机物,对Fenton氧化后上清液进行混凝沉淀降低其浊度和色度,沉淀后的上清液通过A2O工艺,以去除废水中的有机物、氮、磷等。

而后在进入转盘滤池前再次进行混凝沉淀,纤维转盘滤池对SS和重金属有较好的去除效果,随后进行臭氧催化氧化进一步去除废水中的氰化物和金属离子。处理后的废水进入中水回用膜系统,通过精密过滤、UF、RO等膜处理,使处理的出水达到回用标准。同时膜系统产生的浓水通过Fenton和混凝将废水中的难降解物质进行分解并絮凝沉淀去除,出水再经过活性炭吸附和树脂吸附后达到排放标准,排入长江。

(2)构筑物设计

4#Fenton池/4#脱气池。尺寸10.0 m×6.0 m×5.5 m,分6格,有效容积300 m3,停留时间4.5 h(Fenton氧化3.0 h、脱气1.5 h),处理规模66 m3/h。配套设备:曝气搅拌系统7套,ORP在线检测仪各1台,硫酸、双氧水、硫酸亚铁、焦亚硫酸钠加药系统各1套。

12#pH调节池/4#混凝、絮凝池。尺寸3.0 m×3.0 m×5.5 m,有效容积45 m3,停留时间0.7 h,处理规模66 m3/h。配套设备:折桨混合搅拌机1台,pH在线检测仪1台,氢氧化钠、PAC、PAM加药系统1套。

1#厌氧水解池。尺寸18.0 m×9.0 m×5.0 m,分2格,有效容积729 m3,停留时间11 h,处理规模66 m3/h。配套设备:水下搅拌机4台,ORP在线测定仪2台,醋酸钠加药系统1套。

1#A/O池。尺寸45.0 m×9.0 m×5.0 m,分5格,有效容积1 822 m3,停留时间27 h(缺氧5.5 h、好氧21.5 h),回流比2.5,处理规模66 m3/h。配套设备:水下搅拌机2台,甲醇投加系统1套,罗茨风机2台(1用1备),DN 215微孔曝气头720个,溶氧在线测定仪2台,硝化液回流泵3台(2用1备)。

1#纤维转盘滤池。尺寸4.0 m×6.0 m×5.0 m,有效深度4.5 m,处理规模66 m3/h。配套设备:纤维转盘1套。

1#臭氧催化氧化池。尺寸4.0 m×6.0 m×8.0 m,有效容积144 m3,停留时间2.2 h,回流比8:1,处理规模66 m3/h。配套设备:板式臭氧发生器1台,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钛合金曝气盘96个,循环泵3台(2用1备),尾气破坏装置1套。

中水回用系统。处理规模34 m3/h。配套设备:预处理系统1套,包括砂滤罐2只,尺寸D 2 000 mm× 3 000 mm,碳滤罐2只,尺寸D 2 000 mm×3 000 mm,精密过滤器2只,尺寸D 600 mm×1 300 mm;超滤膜系统1套,包括超滤膜AQU200-H-100K,36支;反渗透系统1套,包括高压泵4台(2用2备),Q=33 m3/h,H=160 m,N=30 kW,反渗透膜BW30-8040,60支(2组并联),膜清洗系统1套。

浓水深度处理系统。1#回用浓水水池/13#pH调节池。尺寸8.0 m×7.0 m×5.5 m,其中pH调节池尺寸8.0 m×2.0 m×5.5 m,分4格,总有效容积280 m3,停留时间7.0 h(pH调节时间1.2 h),处理规模40 m3/h。配套设备:曝气搅拌系统5套,差分式pH在线检测仪2台,硫酸加药系统2套。

5#Fenton池/5#脱气池。尺寸10.0 m×6.0 m×5.5 m,有效深度5.0 m,分6格,有效容积320 m3,停留时间8.0 h,处理规模40 m3/h。配套设备:曝气搅拌系统7套,ORP在线检测仪各1台,硫酸、双氧水、硫酸亚铁、焦亚硫酸钠加药系统各1套。

1#pH砂滤罐。尺寸D=1.6 m、H=2.5 m,处理规模32.5 m3/h。配套设备:活性炭6 m3。

1#树脂罐。数量2个,尺寸D=1.6 m、H=2.5 m,处理规模32.5 m3/h。配套设备:阳离子树脂5 m3,再生水箱5 m3,再生水泵1台。

3 处理效果

稳定运行1 a,期间委托第三方检测机构定期对进出水水质进行监测,监测结果如表1所示。

由表 1可知,工艺总氰、总镍、总铜、总锌的去除率均大于95%,回用系统出水满足《城市污水再生利用工业用水水质》(GB/T 19923—2005)回用标准,浓水系统的出水满足《电镀污染物排放标准》(GB 21900—2008)中的表 2标准,达标排入长江。

该项目工程总投资1 046.3万元。其中土建费用主要用于新增预处理组合池、综合处理深度处理组合池、收集组合池、回用池、辅助用房等共计588.8万元;设备材料费为362.1万元;运输安装费用36.2万元,综合税金为59.2万元。各工艺的运行费用如表 3所示,其中公共运行成本为1 600 t/d综合废水的回用处理和浓水处理的运行成本。

4 结论

经过1 a的稳定运行数据可知,含氰、含镍、酸碱、脱脂废水通过各自的预处理后,氰、镍、铜、锌和石油类的去除率分别达到98.82%、99.18%、95.32%、96.67%、94.74%,通过“pH调节+Fenton+脱气+混凝沉淀+A2O+混凝沉淀+转盘滤池+臭氧催化氧化+UF系统+RO系统”的回用处理系统后,SS、COD、氨氮、TN、TP、氰、Ni、Cr、Cu、Zn、石油类等指标满足《城市污水再生利用工业用水水质》(GB/T 19923—2005)标准。通过“pH调节+Fenton+脱气+混凝沉淀+活性炭吸附+离子交换”的浓水处理系统后,上述指标满足《电镀污染物排放标准》(GB21900—2008)中的表 2标准。

通过此工程实例稳定运行1 a的状况可知,该工程设计在实际应用中有较好的实用性,为该电镀园区取得了较高的经济、社会和环境效益,同时也为日后的电镀工业园区建立电镀废水处理厂并制定完善的运维制度提供了较好的样本。