陽極氧化技術(shù)作為電鍍行業(yè)表面處理中常見且主要的技術(shù)，在電鍍行業(yè)中應(yīng)用廣泛[1]。通常，金屬構(gòu)件如鋁件等，為了具有更好的表面特性及光澤度，大部分都需經(jīng)過陽極氧化處理工序，在其表面覆蓋一層致密且具有一定光澤度的金屬氧化物薄膜，如鎳膜等。在陽極氧化過程中，通常將待鍍的金屬如鎳等作為陽極，而將被鍍的金屬構(gòu)件如鋁件等作為陰極，利用電化學(xué)法使處于陽極的待鍍金屬失去電子成為鎳離子后，在電場作用下覆蓋到被鍍的金屬構(gòu)件上，從而完成對被鍍金屬構(gòu)件的電鍍過程。
通常情況下，在陽極氧化工序之前需要對金屬構(gòu)件利用酸堿進(jìn)行除油，在陽極氧化之后，則需要對鍍件金屬構(gòu)件進(jìn)行表面封孔處理[2]。目前，大多數(shù)的電鍍企業(yè)多采用醋酸鎳作為封孔劑。在此過程中，企業(yè)會(huì)產(chǎn)生大量的除油廢水、酸堿廢水及含鎳廢水等。這些廢水中含有國家嚴(yán)格控制的一類污染物鎳，因此必須要經(jīng)過妥善處理后才能排放[3, 4]。
南通某科技有限公司在生產(chǎn)過程會(huì)產(chǎn)生一定量的陽極廢水，廢水中主要含酸堿、磷酸鹽、油脂及封孔工段微量鎳金屬離子等污染成分。受企業(yè)委托，對該企業(yè)的廢水處理進(jìn)行了設(shè)計(jì)及調(diào)試工作。
1 項(xiàng)目概況
該企業(yè)廢水可以分為含鎳廢水與酸堿含油廢水兩種。其中含鎳廢水主要來自封孔鎳廢水，排放量為30 m3/d，主要污染物為Ni2+，其質(zhì)量濃度為3~25 mg/L，pH為6~8;酸堿含油廢水主要來自前處理陽極廢水，排放量為390 m3/d，主要污染物為酸堿、COD、TP、SS、表面活性劑及油脂等，該廢水的COD為200~400 mg/L，pH為2~5，SS為150~220 mg/L，TP為50~350 mg/L，石油類質(zhì)量濃度在80~150 mg/L。含油廢水中的油脂主要為企業(yè)使用的機(jī)械油、切削油等。
該企業(yè)廢水經(jīng)過處理后，要求廢水排放指標(biāo)穩(wěn)定達(dá)到國家《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB 8978—1996)二級排放標(biāo)準(zhǔn)，即pH為6~9，COD≤100 mg/L，SS≤70 mg/L，石油類≤5 mg/L，色度≤50 mg/L，總鎳達(dá)到《電鍍污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB 21900—2008)表2標(biāo)準(zhǔn)，即總鎳≤0.5 mg/L，實(shí)現(xiàn)約70%的出水回用，余下30%的出水接入市政污水管網(wǎng)到集中污水處理廠進(jìn)行深度處理。
2 工藝流程
根據(jù)實(shí)際廢水特征和處理要求，工程設(shè)計(jì)工藝分兩步走，步，首先對封孔含鎳廢水及酸堿含油廢水進(jìn)行預(yù)處理，具體流程如圖1所示。
圖1 含鎳及酸堿含油廢水預(yù)處理流程
對封孔含鎳廢水的處理主要是利用混凝化學(xué)法去除廢水中大部分的二價(jià)鎳離子，出水進(jìn)入后續(xù)綜合廢水調(diào)節(jié)池。對酸堿含油廢水，由于該廢水中的油脂多與表面活性劑等混雜在一起，其相對密度小于1，在靜態(tài)下可浮于水面上，因此，首先通過隔油池將廢水中大部分的油脂類物質(zhì)除去后，再進(jìn)行后續(xù)的深度處理。
兩種廢水經(jīng)預(yù)處理后，均進(jìn)入后續(xù)的綜合廢水調(diào)節(jié)池進(jìn)行深度處理，具體工藝流程如圖2所示。
圖2 綜合廢水處理流程
預(yù)處理后的廢水在調(diào)節(jié)池經(jīng)水質(zhì)水量調(diào)節(jié)后，通過混凝及絮凝去除其中的大部分有機(jī)物，再經(jīng)過過濾器和UF過濾系統(tǒng)后，出水分為兩部分，其中約70%的廢水經(jīng)精密過濾器、兩級反滲透系統(tǒng)處理后可實(shí)現(xiàn)中水回用。其余約30%的廢水經(jīng)過混凝、絮凝、氣浮和砂濾后，達(dá)標(biāo)排放。
3 主要構(gòu)筑物
3.1 含鎳廢水處理
(1)均質(zhì)池1。尺寸6. 4 m×3.0 m×2.7 m，有效容積46 m3，采用鋼混+內(nèi)壁玻璃鋼防腐。數(shù)量1座。設(shè)耐酸堿自吸泵2臺(KB-40013L，廣東國寶)，羅茨風(fēng)機(jī)1臺(TF-50，昆山大風(fēng))。
(2)混凝池1。以儀器監(jiān)控由定量加藥機(jī)投加NaOH，控制pH 9~10，池體內(nèi)產(chǎn)生氫氧化鎳沉淀，投加混凝劑后，生成初級絮凝體。尺寸1.2 m×1.2 m×2.0 m，有效容積2.2 m3，采用鋼混+內(nèi)壁玻璃鋼防腐。數(shù)量1座。設(shè)LCD數(shù)顯pH控制器1個(gè)(PC-350，昆山SUNTEX)，機(jī)械隔膜定量式加藥機(jī)2臺(BX-50，日本NIKKISO)，液下不銹鋼攪拌機(jī)1臺(杭州東霸)。
(3)絮凝池1。投加助凝劑PAM，助凝劑起吸附架橋作用，將初級絮凝體逐步聚集成易于沉淀的大型絮體。尺寸1.2 m×1.2 m×2.0 m，有效容積2.2 m3，采用鋼混+內(nèi)壁玻璃鋼防腐。數(shù)量1座。設(shè)機(jī)械隔膜定量式加藥機(jī)1臺(BX-50，日本NIKKISO)，液下不銹鋼攪拌機(jī)1臺(杭州東霸)。
(4)鎳系沉淀池。提供靜置環(huán)境進(jìn)行泥水分離。上清液進(jìn)入后續(xù)綜合廢水調(diào)節(jié)池，下沉污泥排至污泥濃縮池。尺寸2.5 m×2.5 m×4.7 m，有效容積25 m3，采用鋼混+內(nèi)壁玻璃鋼防腐。數(shù)量1座。
3.2 酸堿含油廢水處理
(1)均質(zhì)池2。尺寸6 .4 mm×4 .0 m×2.7 m，有效容積60 m3，采用鋼混+內(nèi)壁玻璃鋼防腐。數(shù)量1座。設(shè)耐酸堿自吸泵2臺(KB-40012L，廣東國寶)。
(2)三聯(lián)隔油池。利用油類物質(zhì)的密度一般都小于水且不親水性的原理，依靠油水密度差將油從水中分離。池體上部設(shè)置集油管，收集浮油并將其導(dǎo)出池外。隔油池出水進(jìn)入后續(xù)綜合廢水調(diào)節(jié)池。尺寸4.0 m×2.0 m×2.5 mm，其有效容積16 m3，采用鋼混+內(nèi)壁玻璃鋼防腐。數(shù)量1座。
3.3 陽極氧化綜合廢水處理
(1)綜合廢水調(diào)節(jié)池。尺寸24.0 m×6.4 m×2.7 m，有效容積370 m3，采用鋼混+內(nèi)壁玻璃鋼防腐。數(shù)量1座。設(shè)耐酸堿自吸泵2臺(KB-50052H，廣東國寶)，液下不銹鋼攪拌機(jī)1臺(杭州東霸)。
(2)混凝池2。尺寸3.0 m×3.0 m×4.0 m，有效容積為32 m3，采用鋼混+內(nèi)壁玻璃鋼防腐。數(shù)量1座。設(shè)LCD數(shù)顯pH控制器1個(gè)(PC-350，昆山SUNTEX)，機(jī)械隔膜定量式加藥機(jī)2臺(AHA-41，日本NIKKISO)，液下不銹鋼攪拌機(jī)1臺(杭州東霸)。
(3)絮凝池2。尺寸3.0 m×3.0 m×4.0 m，有效容積32 m3，采用鋼混+內(nèi)壁玻璃鋼防腐。數(shù)量1座。機(jī)械隔膜定量式加藥機(jī)1臺(AHA-41，日本NIKKISO)，液下不銹鋼攪拌機(jī)1臺(杭州東霸)。
(4)初沉池。尺寸2.5 m×2.5 m×4.7 mm，有效容積25 m3，采用鋼混+內(nèi)壁玻璃鋼防腐。數(shù)量1座。設(shè)直徑50 mm的PP材質(zhì)斜管1套(無錫永誠)。
(5)暫存池1。用以暫存廢水，供后段使用。尺寸3.4 m×3.0 m×2.7 m，有效容積24 m3，采用鋼混+內(nèi)壁玻璃鋼防腐。數(shù)量1座。設(shè)耐酸堿自吸泵2臺(KB-50052H，廣東國寶)。
(6)袋式過濾器。截留廢水中殘存的懸浮物，可去除20 μm以上的懸浮物，以保護(hù)后續(xù)超濾膜。尺寸D 300 mm×750 mm，SUS304外殼，直立式結(jié)構(gòu)。數(shù)量2套。
(7)UF過濾系統(tǒng)。超濾濾芯采用PP材質(zhì)的平均過濾孔徑為0.1 μm的中空纖維膜，去除細(xì)菌率接近100%，可去除水中5~50 nm的乳化油、膠體等雜質(zhì)。采用精密保安濾器作為超濾膜系統(tǒng)的保護(hù)裝置。反沖洗水采用加酸堿及NaClO的混合液，反沖洗后的水進(jìn)入鎳系均質(zhì)池1重新處理。數(shù)量3組，每組內(nèi)膽采用可更換式低壓超濾膜22支(昆山T-Filter)。設(shè)計(jì)進(jìn)水量15 m3/h。
3.4 達(dá)標(biāo)排放廢水設(shè)施
(1)混凝池3。以儀器監(jiān)控由定量加藥機(jī)投加 NaOH，控制pH為10~11，同時(shí)投加混凝劑PAC。尺寸3.0 m×3.0 m×4.0 mm，有效容積32 m3，采用鋼混+內(nèi)壁玻璃鋼防腐。數(shù)量1座。設(shè)LCD數(shù)顯pH控制器1個(gè)(PC-350，昆山SUNTEX)，機(jī)械隔膜定量式加藥機(jī)2臺(AHA-41，日本NIKKISO)，液下不銹鋼攪拌機(jī)1臺(杭州東霸)。
(2)絮凝池3。投加助凝劑PAM。尺寸3.0 m×3.0 m×4.0 m，有效容積32 m3，采用鋼混+內(nèi)壁玻璃鋼防腐。數(shù)量1座。設(shè)機(jī)械隔膜定量式加藥機(jī)1臺(AHA-41，日本NIKKISO)，液下不銹鋼攪拌機(jī)1臺(杭州東霸)。
(3)氣浮池。尺寸6.8 m×3.4 m×2.0 m，有效容積35 m3，采用鋼混+內(nèi)壁玻璃鋼防腐。數(shù)量1座。設(shè)氣壓罐1個(gè)(D 1.0 m×2.5 m)，水面設(shè)刮渣機(jī)1臺，空壓機(jī)1臺(VA-80，1.5 kW，上海復(fù)盛)、溶氣泵1臺(1.5 kW)，刮渣機(jī)1臺(橡膠帶，東霸減速機(jī)，0.8 kW)。
(4)砂濾塔。過濾去除氣浮出水夾帶的懸浮雜質(zhì)，確保出水達(dá)排放標(biāo)準(zhǔn)。尺寸為D 2.6 m×1.8 m。采用鋼混+內(nèi)壁玻璃鋼防腐。數(shù)量1座。
(5)計(jì)量渠。尺寸2.75 m×0.30 ×0.40 m。數(shù)量1座，磚砌，內(nèi)表面貼瓷磚。設(shè)超聲波數(shù)字累積式流量計(jì)1臺(太倉景程)。
3.5 中水回用處理設(shè)施
(1)精密過濾器。截留廢水中殘存的懸浮物，降低水中殘存的雜質(zhì)，以保護(hù)RO膜免于堵塞。精密過濾器進(jìn)出口設(shè)壓強(qiáng)指示表，當(dāng)壓差增大到設(shè)定值時(shí)更換濾芯。尺寸D 0.40 m×1.33 m，數(shù)量1套，SUS 304材質(zhì)，過濾精度100 μm。
(2)一級RO系統(tǒng)。設(shè)置8040-5A高壓管殼6支(昆山宏冠)，8040廢水專用膜30支(昆山宏冠)，3組流量計(jì)，水質(zhì)計(jì)2組，自動(dòng)控制盤1組。設(shè)計(jì)進(jìn)水量20 m3/h。設(shè)輕型立式多級離心加壓泵1臺(CDL32-100，杭州南方)。濃縮液進(jìn)入綜合廢水調(diào)節(jié)池重新處理。
(3)二級RO系統(tǒng)。進(jìn)一步濃縮一級RO系統(tǒng)濃縮液，清液進(jìn)入中水回用水池，濃縮液進(jìn)入綜合廢水調(diào)節(jié)池重新處理。設(shè)置8040-6A高壓管殼2支(昆山宏冠)，8040廢水專用膜12支(昆山宏冠)，3組流量計(jì)，水質(zhì)計(jì)2組，自動(dòng)控制盤1組。設(shè)計(jì)進(jìn)水量20 m3/h。設(shè)輕型立式多級離心加壓泵1臺(CDL16-12，杭州南方)。
(4)中水回用水池。中水回用水池進(jìn)水的電導(dǎo)率要求不大于30 μS/cm，用于后續(xù)清洗及初級純水用水。尺寸22.3 m×6.4 m×2.7 m，有效容積420 m3，采用鋼混+內(nèi)壁玻璃鋼防腐。數(shù)量1座。設(shè)輕型臥式多級離心泵2臺(CHL20-30，杭州南方)。
3.6 污泥處理設(shè)施
所有沉淀池的污泥集中排放至污泥濃縮池，再經(jīng)污泥脫水機(jī)壓制成泥餅后，委托有資質(zhì)單位無害化處理。污泥濃縮池尺寸為9.0 m×6.4 m×4.7 m，有效容積253 m3，采用鋼混+內(nèi)壁玻璃鋼防腐。數(shù)量1座。設(shè)氣動(dòng)雙隔膜式污泥泵3臺(德國VERDER)，單級風(fēng)冷式空壓機(jī)1臺(比較大風(fēng)壓7 MPa，上海復(fù)盛)，半自動(dòng)廂式污泥脫水機(jī)2臺(PP板框，XMY30/800-UB，杭州永昌)，雙帶濾式污泥脫水機(jī)1組(濾布寬1 m，2.87 kW，上海元昌)。
4 系統(tǒng)調(diào)試及運(yùn)行結(jié)果分析
4.1 含鎳廢水調(diào)試
由于在陽極電鍍過程中產(chǎn)生的封孔含鎳廢水的pH呈酸性，因此，首先采用強(qiáng)堿NaOH將其調(diào)至堿性，并加入聚合氯化鋁PAC，通過機(jī)械攪拌使廢水中的鎳離子形成氫氧化鎳的絮狀物，而后在絮凝池內(nèi)加入高分子絮凝劑PAM，緩慢攪拌后會(huì)有較大的絮狀物礬花形成，隨后通過后續(xù)的鎳系沉淀池將大部分鎳以氫氧化物的形式除去。
在該過程中，要特別注意重金屬離子沉淀的起始濃度和起始pH。對Ni2+而言，其沉淀起始質(zhì)量濃度為3 mg/L，初始沉淀的pH約在7.8，當(dāng)pH達(dá)到9.3時(shí)開始出現(xiàn)大量沉淀。Ni2+濃度過低時(shí)，pH需要適當(dāng)調(diào)高。如采用氫氧化鈉調(diào)節(jié)pH，通常可根據(jù)廢液中Ni2+的濃度，將廢水的pH調(diào)至8.5~9.5，使Ni2+質(zhì)量濃度降低到1.0 mg/L以下。如把pH調(diào)至9.5~11.0時(shí)，Ni2+去除得更徹底[3]。為了降低人工操作的煩瑣及誤差，通常將含鎳廢水的pH調(diào)至9~10即可，此時(shí)，可去除廢水中大部分的Ni2+，出水中Ni2+質(zhì)量濃度在2.0 mg/L以下。再經(jīng)后續(xù)的物化及兩級RO系統(tǒng)處理后，系統(tǒng)出水中的Ni2+質(zhì)量濃度可穩(wěn)定達(dá)到0.5 mg/L以下。
另外，如果廢水中存在有大量的硫酸鹽、氟化物或磷酸鹽需要同時(shí)沉淀時(shí)，使用石灰乳液作為沉淀劑更為宜。從鎳系沉淀池排出的污泥，必須要單獨(dú)處理，不能與其他的污泥混合處理。通常采用污泥脫水機(jī)將含鎳污泥脫水后，單獨(dú)委外處理。
4.2 酸堿及含油廢水調(diào)試
該廢水中除了酸堿以外，更多的是一些表面活性劑及各類油脂，導(dǎo)致該廢水的COD較高。該廢水中的油脂類物質(zhì)主要是金屬構(gòu)件在切削、碾磨、清洗等過程中添加的各類機(jī)械油、除銹劑、切削油、表面活性劑、石蠟等。這類油脂主要以乳化液狀態(tài)存在。在進(jìn)行后續(xù)處理之前，首先利用油比水輕的原理，在隔油池中將含油廢水中的油脂類物質(zhì)從水中分離出來。
在均質(zhì)池內(nèi)加入少量的稀硫酸(質(zhì)量分?jǐn)?shù)控制在5%左右)，可實(shí)現(xiàn)酸化破乳，然后廢水進(jìn)入后續(xù)重力斜板式三聯(lián)隔油池，可去除直徑在10~100 μm的浮油，除油率在60%~80%。
4.3 綜合廢水處理調(diào)試
對預(yù)處理后的綜合污水，首先采用化學(xué)混凝沉淀法進(jìn)行處理。以儀器監(jiān)控由定量加藥機(jī)投加NaOH和Ca(OH)2，控制pH 10~11，同時(shí)投加混凝劑PAC，會(huì)有初級絮凝體氫氧化物和磷酸鈣鹽產(chǎn)生。然后在絮凝池內(nèi)定量投加助凝劑PAM，緩慢攪拌后可進(jìn)一步增大絮凝物的體積。產(chǎn)生的沉淀物排至污泥濃縮池進(jìn)行壓濾。綜合污水經(jīng)過袋式過濾及UF過濾后，70%廢水采用兩級反滲透系統(tǒng)進(jìn)行處理，其余30%廢水則采用混凝沉淀法進(jìn)行化學(xué)深度處理。在調(diào)試過程中，對兩級RO膜系統(tǒng)進(jìn)行了一周的連續(xù)檢測，運(yùn)行狀況如表1所示。
結(jié)果表明，系統(tǒng)經(jīng)過半年的運(yùn)行，出水電導(dǎo)率始終維持在25 μS/cm以下，反滲透膜對廢水中殘余重金屬鎳離子具有較好的截留效果，達(dá)80%以上。
5 系統(tǒng)處理效果及討論
5.1 運(yùn)行效果
該工程經(jīng)過一段時(shí)間的調(diào)試后，系統(tǒng)運(yùn)行情況良好，處理效果可靠，出水水質(zhì)達(dá)到了國家《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB 8978—1996)二級排放標(biāo)準(zhǔn)，其中總鎳達(dá)到《電鍍污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB 21900— 2008)表2標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)了約70%的出水回用目標(biāo)。
5.2 投資與運(yùn)行費(fèi)用
工程總投資約360萬元，運(yùn)行費(fèi)用主要包括：電費(fèi)、藥費(fèi)、耗材費(fèi)、人工費(fèi)等，運(yùn)行成本約7.9元/m3。具體參見http://www.dowater.com更多相關(guān)技術(shù)文檔。
6 結(jié)論
(1)陽極氧化廢水含有一類污染物重金屬鎳及油脂，其廢水成分較為復(fù)雜，治理方法難以統(tǒng)一。本工程先采用對含鎳廢水預(yù)處理，再與預(yù)處理后的酸堿含油廢水混合后進(jìn)行深度處理，使得含鎳廢水達(dá)到很好的處理效果，工藝具有較高的可行性。
(2)在去除陽極氧化廢水中重金屬鎳的過程中，要加強(qiáng)對廢水預(yù)處理時(shí)pH的準(zhǔn)確控制，使鎳在進(jìn)入后續(xù)的RO等系統(tǒng)之前能實(shí)現(xiàn)較高的去除率，如此才能穩(wěn)定確�；赜盟芭欧懦鏊墟嚨馁|(zhì)量濃度在0.5 mg/L以下。
(3)該套廢水處理、中水回收設(shè)計(jì)方案，可以使廢水回用率達(dá)70%以上，廢水排放指標(biāo)穩(wěn)定達(dá)到國家《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB 8978—1996)二級排放標(biāo)準(zhǔn)，并使鎳達(dá)到《電鍍污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB21900—2008)表2標(biāo)準(zhǔn)，很好地保護(hù)了周邊的生態(tài)環(huán)境，提高了廢水的利用率，響應(yīng)了國家節(jié)能減排的政策。
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