陶瓷膜-反滲透工藝用于電鍍廢水深度處理
行業(yè)動態(tài)
隨著電鍍行業(yè)的不斷發(fā)展，電鍍產(chǎn)品更加趨于多樣化，與此同時，生成過程產(chǎn)生的廢水成分變得更加復(fù)雜，出水COD很難達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)，水質(zhì)波動成為出水水質(zhì)達(dá)標(biāo)的制約性因素。山東某電鍍廠廢水量約200m3/d，其中含鎳廢水約占10%～15%，含鉻廢水約占30%～35%，綜合廢水約占50%～60%，原處理工藝為電解生化法，后期運行中發(fā)現(xiàn)出水COD不滿足排放標(biāo)準(zhǔn)，可生化性也逐漸變差。針對上述問題，電鍍廠于2015年對原工藝進(jìn)行改造，在生化單元沉淀池后新增陶瓷膜和反滲透工藝，進(jìn)一步提升了原有工藝的抗沖擊負(fù)荷能力與出水水質(zhì)，以實現(xiàn)廢水穩(wěn)定達(dá)標(biāo)回用。
1 電鍍廢水處理廠原有工藝
1.1 原處理工藝
電鍍廢水主要由含鉻廢水、含鎳廢水及綜合廢水三部分組成，三種廢水分別經(jīng)三座微電解池進(jìn)行電解，電解后經(jīng)管道匯至既有清水池調(diào)節(jié)水量及水質(zhì)，出水經(jīng)污水泵提至水解酸化池，再依次通過好氧池、沉淀池等工藝進(jìn)行處理，出水回用或排放。各工藝產(chǎn)生的污泥進(jìn)入污泥濃縮池，濃縮池上清液回流至綜合廢水單元進(jìn)行再處理。
1.2 原工藝運行參數(shù)
1.2.1 微電解系統(tǒng)
電鍍廢水有機(jī)污染物結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，可生化性差。微電解基于電化學(xué)、氧化還原反應(yīng)、物理吸附及絮凝沉淀的共同作用，可有效去除重金屬、COD，降低色度、提高可生化性。
微電解系統(tǒng)由三座填料罐及其配套設(shè)備組成，填料罐由原有池體分三格改造而成，地下式，每座填料罐平面尺寸為3.2m×1.2m，深為8m，廢水經(jīng)收集后分質(zhì)由進(jìn)水管進(jìn)入電解池，有效水深為7m，進(jìn)水管距池底0.5m，水力停留時間為1h。填料罐內(nèi)置填料支撐設(shè)備，支撐板距池底1.5m，支撐板上填有3m的新型鐵碳微電解填料。
配套設(shè)備由三套自動加酸裝置和曝氣設(shè)備組成，在增強(qiáng)導(dǎo)電性的同時減少了膜表面沉積鈍化，曝氣盤布置在支撐板下0.3m，曝氣采用鼓風(fēng)機(jī)，1用1備，鼓風(fēng)機(jī)風(fēng)量為4.45m3/min，風(fēng)壓為95kPa，功率為11kW。
1.2.2 水解酸化池
三座微電解池出水經(jīng)匯集進(jìn)入水解酸化池，水解酸化池與好氧池沉淀池合建，半地下式，平面尺寸微10m×6m，深為6m，有效容積為360m3，有效水深為5.4m，水力停留時間為1.5h。
配套設(shè)備有組合填料、填料支架和曝氣設(shè)備，組合填料體積為198m3；曝氣設(shè)備采用鼓風(fēng)機(jī)，1用1備，風(fēng)量為1.79m3/min，風(fēng)壓為58.8kPa，功率為4kW。
1.2.3 好氧池、沉淀池
好氧池采用活性污泥法，平面尺寸為8m×6m，深為6m，有效容積為190m3，有效水深為5.2m，水力停留時間為1.5h。設(shè)置鼓風(fēng)機(jī)2臺（1用1備），風(fēng)量為3.92m3/min，風(fēng)壓為58.8kPa，功率為7.5kW。
沉淀池采用斜管沉淀，斜管面積為9㎡，尺寸為3m×3m×6m，建于曝氣池一角，通過兩條溢流堰進(jìn)水，溢流堰的長度均為3m，出水進(jìn)入回用水池。
1.3 污水廠原有工藝處理效果
污水廠原工藝出水水質(zhì)執(zhí)行《城市污水回用設(shè)計規(guī)范》（CECE 61:94）中冷卻水回用標(biāo)準(zhǔn)。
經(jīng)檢測，微電解工藝對重金屬的去除效果都非常好，其中Cr6+和Ni2+出水分別低至0.01mg/L和0.12mg/L；Fe和Mn出水分別達(dá)到0.33mg/L和0.12mg/L，生化出水分別為0.28mg/L和0.08mg/L，滿足設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)。
電解和生化組合工藝對廢水中色度及濁度去除效果較好，電解工藝有效地提高了原水的可生化性，生化工段COD去除率達(dá)70.4%，生化出水中除COD及TDS外，其他指標(biāo)均滿足再生水回用作冷卻水的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。
2 污水廠改造工藝
針對廢水中難降解有機(jī)物及總含鹽量過高的情形，考慮用地需求，提出了陶瓷膜-反滲透-MVR蒸發(fā)器組合工藝改造方案。
2.1 污水廠新增工藝流程
提標(biāo)改造工藝將原工藝中的回用水池用作陶瓷膜池進(jìn)行后續(xù)處理，在陶瓷膜及反滲透工藝中間設(shè)除油過濾器和保安過濾器，保證反滲透工藝正常運行及出水水質(zhì)，一級反滲透及二級反滲透工藝出水排至新建產(chǎn)品水池，用作循環(huán)冷卻水或澆灑道路及綠化用水。
采用高效蒸發(fā)器對二級反滲透濃水進(jìn)行蒸發(fā)，實現(xiàn)污水處理的零排放。
2.2 主要工藝設(shè)計參數(shù)
2.2.1 陶瓷膜裝置
廢水經(jīng)前期工藝處理后進(jìn)入陶瓷膜吸水池，陶瓷膜池尺寸為6.6m×6m×3.5m，內(nèi)置平板陶瓷膜組件，膜面積為100㎡，膜孔徑為100nm。每天處理水量約140m3，過濾后出水進(jìn)入陶瓷膜1#出水水池；陶瓷膜定期進(jìn)行反洗，反洗周期約為24h，每次沖洗時間為2min，反沖洗污染物經(jīng)沉淀富集由排污泵排至污泥池。
2.2.2 一級反滲透系統(tǒng)
陶瓷膜產(chǎn)水池經(jīng)RO進(jìn)水泵進(jìn)入除油過濾器，過濾器采用配套式DN800玻璃鋼過濾器，內(nèi)置核桃殼濾料，濾后水通過保安過濾器進(jìn)入一級反滲透系統(tǒng)，保安過濾器正常出水約5m3/h，濾芯過濾精度為5μm。一級反滲透裝置采用8040型PROC系列反滲透膜，單支膜面積為37㎡，反滲透處理水量為5m3/h，產(chǎn)水量為3.75m3/h；反沖洗周期約為4h，產(chǎn)水進(jìn)入產(chǎn)品水池，濾后濃水進(jìn)入濃水箱。
2.2.3 二級反滲透系統(tǒng)
二級反滲透對一級反滲透濾后濃水進(jìn)一步過濾，濾后清水進(jìn)入產(chǎn)品水池，濃水進(jìn)高效蒸發(fā)器進(jìn)行蒸發(fā)。二級反滲透裝置采用4040型反滲透膜，處理水量約為1.55m3/h，產(chǎn)水量為0.95m3/h，反沖洗周期為4h。
2.3 改造后主要工藝運行效果
穩(wěn)定運行一段時間后，對陶瓷膜及反滲透工藝出水水質(zhì)進(jìn)行監(jiān)測分析，檢測結(jié)果如下表所示：
項目 | COD (mg/L) | 氨氮 (mg/L) | 色度 (倍) | 濁度 (NTU) | Fe (mg/L) | TDS (mg/L) | Cr6+ (mg/L) | Ni2+ (mg/L) | pH值 | Mn (mg/L) |
陶瓷膜出水 | 70.5 | 0.066 | 0.2 | 0.3 | 0.25 | 3412 | 0.01 | 0.05 | 7.8 | 0.09 |
反滲透出水 | 8.5 | 0.012 | 未檢出 | 未檢出 | 未檢出 | 136 | 未檢出 | 0.01 | 7.7 | 未檢出 |
檢測結(jié)果顯示：陶瓷膜出水COD≤75mg/L，基本滿足冷卻回用水標(biāo)準(zhǔn)，陶瓷膜對濁度的去除效果較好，去除率達(dá)85%以上，可有效提高反滲透膜的進(jìn)水水質(zhì)，對減緩反滲透膜污染起到關(guān)鍵作用；反滲透對TDS處理效果顯著，去除率為96.0%，出水濃度為136mg/L；整個工藝出水色度、濁度以及BOD5基本為零，出水各檢測指標(biāo)均滿足冷卻回用水標(biāo)準(zhǔn)。
2.3.1 陶瓷膜運行效果
利用孔徑為100nm的平板陶瓷膜處理電鍍廢水，對進(jìn)出水進(jìn)行48h的實時監(jiān)測，分析其起始時間到反沖洗剛結(jié)束時刻的產(chǎn)水流量、產(chǎn)水壓力隨時間的變化規(guī)律。產(chǎn)水流量極值出現(xiàn)在運行一開始，達(dá)到了3.68m3/h，運行48h之后，產(chǎn)水流量降低為3.1m3/h。在運行過程中，陶瓷膜產(chǎn)水流量整體呈下降趨勢，產(chǎn)水壓力呈上升趨勢，在運行24h后，陶瓷膜進(jìn)行反沖洗，反沖洗后通量基本恢復(fù)。
平板陶瓷膜進(jìn)水COD為160mg/L左右，出水在70mg/L左右，去除率穩(wěn)定在60%以上，且在運行過程中，去除率變化不大，說明陶瓷膜對COD的去除作用比較明顯且穩(wěn)定，即陶瓷膜在截留有機(jī)物質(zhì)方面效果較好，出水COD也已滿足電鍍循環(huán)冷卻水回用標(biāo)準(zhǔn)。
2.3.2 反滲透運行效果
對反滲透工藝連續(xù)進(jìn)行12h監(jiān)測，分析過膜壓差、產(chǎn)水率及TDS去除率隨時間的變化。過膜壓差隨時間呈上升趨勢，產(chǎn)水率隨時間呈下降趨勢，且過膜壓差與產(chǎn)水率呈相關(guān)關(guān)系。隨著運行時間的延長，產(chǎn)水率逐漸減小，低至73%，此時需要進(jìn)行反沖洗。在實際工程中，建議在運行4h后，對反滲透膜進(jìn)行反沖洗，反沖洗后膜壓差基本恢復(fù)，產(chǎn)水率穩(wěn)定在75%以上。
反滲透對TDC的去除率較高且比較穩(wěn)定，當(dāng)進(jìn)水中TDS為3400mg/L左右時，出水TDS均降至180mg/L以下，去除率穩(wěn)定在94%以上。說明反滲透工藝是去除TDS的關(guān)鍵。
3 結(jié)論
提標(biāo)改造工程增加了陶瓷膜-反滲透深度處理工藝，出水COD和TDS分別達(dá)到8.5mg/L和136mg/L，滿足冷卻水回用標(biāo)準(zhǔn)。改造工藝中陶瓷膜對濁度的去除效果非常顯著，出水濁度降至0.3NTU；反滲透對COD和TDS的去除率都非常高，去除率分別達(dá)到87.9%和96.0%；反滲透濃水經(jīng)高效蒸發(fā)器蒸發(fā)，基本實現(xiàn)零排放。此提標(biāo)改造工藝對電鍍污廢水的深度處理和零排放具有實際指導(dǎo)意義，同時，促進(jìn)了陶瓷膜、反滲透膜及高效蒸發(fā)器的推廣應(yīng)用。
