汽車工業廢水處理及回用工程實例
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1 工程概況
隨著國內外汽車工業的發展，汽車涂裝廢水排放量逐年增加，對環境的污染日益嚴重〔1〕。某汽車有限公司主要從事汽車生產，排出的廢水由前處理線的脫脂廢水、磷化廢水、噴漆廢水和電泳廢水組成。汽車涂裝廢水中常含有表面活性劑、油類物質、磷酸鹽、漆料、水溶性有機物、少量重金屬離子等污染物〔2〕。筆者采用物化、生化和反滲透相結合的工藝對該廠廢水進行深度處理并回用，處理后產水可滿足企業生產工藝用水的水質要求，而反滲透濃水達到《污水綜合排放標準》(GB8978—1996)三級標準要求。
2 廢水水量與水質
2.1 設計規模
根據建設方提供的水量情況并適當考慮變化系數，設計處理規模為240 t/d，24 h連續運行，其中120t回用于生產，另外120 t達到《污水綜合排放標準》(GB8978—1996)三級標準后排放。
2.2 廢水水質
該廢水水質特點為：水質波動較大，廢水中無機物較多，可生化性較差，含有大量磷酸鹽和表面活性劑等。設計進、出水水質指標。
3 廢水處理工藝流程
汽車工業廢水含有磷酸鹽、重金屬離子和油類物質，生化性較差，目前國內外一般采用物化法進行預處理，后續采用生物處理工藝達標排放，較其他方法具有處理效果穩定、運行成本低、操作維護簡單等特點，能有效解決汽車涂裝廢水的污染問題〔2, 3〕。但對于汽車工業廢水處理后回用于生產用水的工程實例報道較少。
該工程采用以下工藝流程：由脫脂廢水、磷化廢水、噴漆廢水和電泳廢水組成的綜合廢水混和后先經混凝氣浮，然后加堿調節pH至合適范圍，加入混凝劑、絮凝劑，使廢水中的金屬離子生成絮體;隨后廢水進入物化沉淀池，在重力作用下固液分離，調節上清液pH到6～9;后續生物處理階段采用缺氧、好氧工藝，通過微生物的作用去除污水中的有機物、氨氮等使污水得到凈化，然后廢水進入生化沉淀池，在重力作用下固液分離，上清液經砂濾器、炭濾器、超濾、保安過濾器和反滲透深度處理后回用于生產，反滲透濃水達到《污水綜合排放標準》(GB 8978—1996)三級標準后排放。
4 主要處理構筑物與設備
4.1 調節池
該池用于收集脫脂廢水、磷化廢水、噴漆廢水和電泳廢水等機械加工廢水，對各廢水進行均質均量，避免廢水的濃度負荷對后段工藝造成沖擊，保證處理效果。調節池設提升泵2臺，1用1備，設液位控制儀3套。通過液位控制提升泵，高位啟動，低位停止，超高、超低位報警。另在池底設置曝氣攪拌裝置，使廢水充分混合，同時避免厭氧細菌滋生而產生異味。該池采用鋼砼結構，地下式，工藝尺寸為9 000 mm×6 000 mm×4 500 mm ，有效停留時間21.6 h。
4.2 pH調整池
向該池加入堿調節至適合廢水中礦物油破乳的pH范圍。調節池設攪拌設施1套，藥劑投加裝置1套，pH控制器1套。堿的投加量受pH控制，由pH控制器自動實現。該池采用鋼結構，鋼結構內部環氧防腐，工藝尺寸為2 000 mm×2 000 mm×3 000 mm，有效停留時間1 h。
4.3 加藥反應池
投加CaCl2、聚合氯化鋁(PAC)和聚丙烯酰胺(PAM)并機械攪拌，使廢水中的膠體以絮凝劑為凝聚核心，通過混凝劑的水解、吸附、架橋等作用，將懸浮物凝結為大的顆粒物。該池采用鋼砼結構，設攪拌機設施1套，藥劑投加裝置1套。工藝尺寸為1000 mm×1 000 mm×2 000 mm，有效停留時間1 h。
4.4 氣浮池
氣浮池由接觸池和分離池組成。廢水在接觸池內與來自溶氣罐的溶氣水混合，析出的微小氣泡與廢水中的污染物接觸并附聚在一起，通過分離池的作用使附聚體浮于水面，得以刮除，而處理后的廢水從擋板下側流出進入中和反應槽。氣浮池采用鋼結構，內部FRP防腐，包含1套溶氣系統、1臺刮渣機、1臺空壓機以及1套電控設備。工藝尺寸為5000 mm×2 000 mm×2 500 mm，有效停留時間2 h。
4.5 混凝池
向混凝池中投加聚合氯化鋁(PAC)，使細小懸浮物生成絮體。該池內設機械攪拌設施1套，另設 1套混凝劑投加裝置，采用鋼結構，鋼結構內部環氧防腐，工藝尺寸為2 000 mm×2000 mm×3 000 mm ，有效停留時間1 h。
4.6 絮凝池
絮凝池投加聚丙烯酰胺(PAM)，使絮體顆粒增大，沉降速度加快。內設機械攪拌設施1套，另設1套絮凝劑投加裝置，采用鋼結構，鋼結構內部環氧防腐，工藝尺寸為2 000 mm×2 000 mm×3 000 mm，有效停留時間1 h。
4.7 物化沉淀池
采用斜管式沉淀池，處理能力大，處理效率高，停留時間短。經混凝和絮凝處理后的廢水進入該池，在重力作用下進行固液分離，絮體自然沉淀，上清液則進入下一道處理工藝，泥渣進入污泥池處理。該池采用鋼結構，設置斜管填料1套，排泥泵2臺，1用1備，工藝尺寸為2 000 mm×4 000 mm×4 000 mm。
4.8 缺氧池
缺氧條件下，廢水中的大分子有機物在微生物水解酶的作用下降解為小分子物質，增強了可生化性，同時反硝化細菌在缺氧條件下生存和增殖，達到脫氮效果。缺氧池內置穿孔曝氣裝置1套，采用鋼砼結構，工藝尺寸為4 000 mm×7 500 mm×4 500 mm，有效停留時間12 h。
4.9 好氧池
經過缺氧處理后的廢水進入好氧池，進行充氧曝氣，此時水中好氧菌占絕對優勢，并具有較好的活性。各種微生物在好氧條件下充分利用廢水中的有機物質，在溶解氧為2～4 mg/L時進行好氧生物反應(自身的新陳代謝作用)，將污水中大量有機物轉化為CO2和H2O，同時將氨氮轉化為硝酸鹽氮的形式。曝氣池活性污泥維持在2 500～4 000 mg/L。缺氧池與好氧池構成缺氧-好氧二段工藝組合，即A/O工藝，可以達到較好的脫氮效果。設混合液回流泵2臺，1用1備。好氧池為鋼砼結構，工藝尺寸為7 500 mm×8 000 mm×4 500 mm，有效停留時間24 h。
4.10 生化沉淀池
經過好氧曝氣池處理后的廢水進入生化沉淀池進行固液分離，上清液達標排放，部分污泥回流到好氧曝氣池，剩余污泥進入污泥池處理。設污泥回流泵2臺，1用1備。該池采用豎流式沉淀池，鋼砼結構，工藝尺寸為D 4 000 mm×5 500 mm。
4.11 中間水箱
生化沉淀池出水自流進入中間水箱儲存，由水泵提升到后續工藝段作進一步處理，設提升泵2臺，1用1備，中間水箱采用10 m3的PE水箱。
4.12 砂濾器
經過砂濾器過濾，廢水中直徑較小的顆粒物等得以去除，保證后續處理工藝的正常運行。過濾器的濾料在工作一段時間后會產生污染物積聚，需要定期進行反沖洗，以保證其工作質量，反沖洗水將回到調節池重新處理。砂濾器凈空尺寸D 1 600 mm×2 000 mm(1套)，過濾速度5 m/h，濾層高度1.6 m，投放濾料為2.0～4.75 mm和0.21~0.42mm精制石英砂。砂濾器自動反沖洗，每套設氣動閥6個，反沖洗頻率1次/d，反沖洗歷時8 min。
4.13 炭濾器
炭濾器可過濾和吸附直徑較小的懸浮物、有機物等，能很大程度地去除廢水中的剩余污染物，以此保證后續工藝穩定運行。炭濾器凈空尺寸D 1 600 mm×2 000 mm(1套)，過濾速度5 m/h，濾層高度1.6 m，投放濾料為顆粒活性炭。
4.14 超濾系統
超濾系統選用天津膜天膜科技股份有限公司UOFⅣ型外壓式中空纖維超濾膜，數量6支，單支膜產水量1.86 t/h，面積40 m2，25 ℃平均水通量50 L/(m2·h)，工作壓力0.03～0.15 MPa，材質為PVDF，外殼材質UPVC，外形尺寸D 90 mm×1 106 mm;機架1套，材質Q235A;反洗水箱與過濾水箱共用;反洗水泵選用立式多級離心泵，2臺，1用1備，材質SUS304;清洗水箱與反滲透共用;清洗水泵與反滲透共用;清洗液過濾器與反滲透共用。
4.15 過濾水箱
超濾系統出水自流進入過濾水箱儲存，經高壓水泵提升到后續工藝段作進一步處理，設高壓水泵2臺，1用1備，過濾水箱采用10 m3的PE水箱。
4.16 保安過濾器
保安過濾器可去除濁度為1度以上的細小微粒，滿足后續工序對進水的要求。該項目設有5 μm過濾器截留上述過濾器的穿透物，保護反滲透膜。
4.17 反滲透系統
選用美國陶氏公司BW30-400-FR型反滲透膜，數量10支，單支膜產水量1.0 t/h，工作壓力1.2～1.5 MPa，材質為芳香聚酰胺(簡稱PA)，膜殼材質SUS304。機架1套，材質Q235A。在壓力驅動下，水通過高度選擇性的反滲透膜，水中的無機鹽、有機物、硬度離子、細菌等與水分離，去除率達98%～99%，反滲透系統產水率為50%。
4.18 回用水箱
經反滲透系統處理后的出水儲存后回用，回用水箱采用10 m3的PE水箱。
5 工藝控制要點和系統運行情況
脫脂廢水、磷化廢水、噴漆廢水和電泳廢水等機械加工廢水的有機物濃度較高，且含有礦物油、懸浮物和氮磷等污染物。通過氣浮和混凝沉淀處理可將COD降低到700 mg/L左右，生物系統(缺氧和好氧工藝)可將COD降低到70 mg/L左右，出水可穩定達標排放。實際運行時首先投加NaOH將廢水pH調至8.5～9.0，然后按照3、5、1.0 mL/L的投加量分別加入5%(質量分數，下同)的CaCl2溶液、10%的聚合氯化鋁和5%的聚丙烯酰胺溶液，混合反應60 min后進入氣浮池，氣浮出水按6、1.5mL/L投加量分別投加10%的聚合氯化鋁和5%的聚丙烯酰胺溶液，混凝沉淀出水最后進入生物處理系統，生化出水經砂濾器、炭濾器、超濾、保安過濾器和反滲透深度處理后回用于生產，反滲透濃水可達到GB 8978—1996三級標準。該工程已穩定運行4 a多，從實際檢測結果來看，反滲透產水COD穩定在32～45 mg/L，電導率穩定在18～42 μS/cm，可滿足生產用水水質要求;反滲透濃水COD穩定在128～302 mg/L，SS穩定在26～51 mg/L，達到GB 8978—1996三級標準后達標排放，其主要水質指標。
6 結論
(1)對汽車工業廢水采用氣浮—混凝沉淀—生物法—反滲透工藝深度處理后部分回用是可行的，反滲透產水滿足生產工藝用水要求，反滲透濃水達到GB 8978—1996三級標準要求。(2)氣浮工藝控制要點為：進水pH控制在8.5～9.0，然后按照3、5、1.0 mL/L的投加量分別加入5%的CaC12溶液、10%的聚合氯化鋁和5%的聚丙烯酰胺溶液，混合反應時間為1 h。(3)物化混凝工藝控制要點為：分別按照6、1.5 mL/L投加10%的聚合氯化鋁和5%的聚丙烯酰胺溶液，混凝和絮凝反應時間均為1 h。(4)該工程廢水處理量為240t/d，工程總投資為282萬元，一次性投資較高。在未考慮設備折舊的情況下，日常運行成本為3.6～4.2元/t。(5)運行實踐結果表明，該項目較為適宜的回用率為50%，將汽車工業廢水處理與回用有機結合起來，既大量減少污染排放，又能節約水資源，可以取得良好的經濟效益、社會效應和環境效益，節能減排效果十分明顯。
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