鋁型材加工廢水處理工程研究
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摘要：以沈陽市某鋁型材廢水處理工程為例，采用Ca（OH)2作為中和藥劑，PAM作為絮凝劑的化學(xué)中和－混凝沉淀過濾組合工藝處理該廢水。該工程處理量為1200m3/d，進(jìn)水Ni2+濃度為1.5～4mg/L，F(xiàn)-濃度為20～30mg/L，pH值為3～4，處理后出水Ni2+濃度為0.6mg/L，F(xiàn)-濃度為5mg/L，pH值為6～9。處理效果較好，處理后的水質(zhì)能達(dá)到GB8978-2002國家一級B標(biāo)準(zhǔn)。運(yùn)行費(fèi)用低，處理成本僅為0.55元/t，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益。
關(guān)鍵詞：鋁型材加工廢水；中和；混凝沉淀過濾
我國鋁型材加工產(chǎn)量僅次于鋼鐵，居金屬材料第二位，在國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展方面發(fā)揮著重要的作用。但是加工過程中產(chǎn)生的廢水也是我國最大的有機(jī)污染源之一。鋁型材加工廢水主要分為：酸性廢水、堿性廢水、錫鎳氟廢水、含鉻廢水、含磷廢水、生活污水和其它廢水。其特點(diǎn)是有機(jī)物含量相對較低，B/C低，可生化性較差，含有較多種類的金屬離子，是較難處理的有機(jī)廢水。沈陽某鋁材制造有限公司以從事鋁材加工為主，主要產(chǎn)品是鋁型材門窗料。所排污水主要包括鋁材制造氧化工藝車間的鋁材水洗后的工藝廢水和部分生活污水。氧化工藝過程中的加藥劑有BY-C11點(diǎn)解著色添加劑，BY-03A常溫封閉劑，硫酸亞錫，硫酸鎳，氫氧化鈉，氟化氫銨等。污水中主要含有各種鎳離子和氟離子，而且pH值偏低。由于廠區(qū)生活污水由污水公司吸糞車定期吸走，進(jìn)入專業(yè)污水處理廠處理，所以本工程只處理工藝廢水。針對該廠區(qū)鋁型材廢水中主要含有各種金屬離子及pH值偏低的特征，采用Ca（OH）2作為中和藥劑，PAM作為絮凝劑的化學(xué)中和－混凝沉淀過濾組合工藝。
1工程概況
該工程現(xiàn)排污水處理量為32m3/h，設(shè)計(jì)時按50m3/h。水站污水主要以生產(chǎn)污水為主。通過水量計(jì)算，對出水進(jìn)行了分析檢測，廢水水質(zhì)，設(shè)計(jì)水質(zhì)及排放標(biāo)準(zhǔn)見表1。出水要滿足《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB8978-2002）中的一級B標(biāo)準(zhǔn)。
2工藝設(shè)計(jì)
2.1工藝流程廢水進(jìn)入調(diào)節(jié)池均質(zhì)均量后，由泵提升至中和反應(yīng)槽，由于廢水的pH值較低，呈酸性，需將廢水調(diào)節(jié)至堿性，利于鎳離子生成氫氧化鎳［Ni（OH）2］沉淀。將NaOH溶藥槽配成的堿液，通過計(jì)量泵打入化學(xué)反應(yīng)槽，再向反應(yīng)槽中加入石灰乳，利于生成氟化鈣（CaF2）沉淀從而去除氟離子（F-）。經(jīng)過兩級化學(xué)中和沉淀后，水中會存在大量的小絮體，出水自流至絮凝反應(yīng)槽，在其中添加絮凝劑聚丙烯酰胺，將水中小絮體通過吸附架橋、表面吸附等反應(yīng)機(jī)理聚合成較大的絮體，而后進(jìn)入斜板沉淀池進(jìn)行沉降，達(dá)到固液分離的目的。斜板沉淀池去除效率高，且占地面積小，水利停留時間短，在水處理工程上常作為沉淀池的優(yōu)選工藝。斜板沉淀池中清水通過堰板溢流至清水池，經(jīng)過投加H2SO4藥劑調(diào)整pH值后，清水池的水經(jīng)泵打入砂濾罐，進(jìn)而去除水中存在的細(xì)小懸浮物。斜板沉淀池底泥排至污泥濃縮池，污泥濃縮池上清液回流至調(diào)節(jié)池、通過污泥螺桿泵將污泥提升至帶式壓濾機(jī)進(jìn)行污泥脫水。帶式壓濾機(jī)泥餅外運(yùn)，濾液回流至調(diào)節(jié)池。該污水處理站的廢水處理工藝流程如圖1所示。
2.2主要構(gòu)筑物及配套設(shè)備
（1）調(diào)節(jié)池：1座，廢水的水質(zhì)、水量經(jīng)調(diào)節(jié)后提升至化學(xué)反應(yīng)槽進(jìn)行處理。尺寸：L×B×H=30m×8m×3.85m，水力停留時間6h，有效水深3.35m；結(jié)構(gòu)形式：鋼筋混凝土，內(nèi)壁防腐，全地下式。配套設(shè)備：提升泵2臺，1用1備，Q=45m3/h，H=15m，N=3.7kw。
（2）化學(xué)反應(yīng)槽：1座，水力停留時間5min。尺寸：L×B×H=3m×3m×1.5m。結(jié)構(gòu)形式：Q235鋼板。配套設(shè)備：NaOH溶藥槽，1套，上溶藥、加藥，V=1.5m3；NaOH溶藥攪拌器，1臺；NaOH加藥泵2臺，1用1備，Q=250L/h，P=0.35Mpa，N=0.25kw；化學(xué)反應(yīng)槽攪拌器，1臺，N=0.25kw；石灰乳溶藥槽，1套，V=1.5m3；石灰乳溶藥攪拌器，1臺，N=0.25kw；石灰乳藥劑加藥泵2臺，1用1備，Q=250L/h，P=0.35Mpa，N=0.25kw。
（3）絮凝槽：1座，水力停留時間13.5min。尺寸：L×B×H=3m×3m×1.5m。結(jié)構(gòu)形式：Q235鋼板。配套設(shè)備：PAM溶藥槽，1套，上溶藥、下加藥，V=1.5m3；PAM藥劑加藥泵2臺，1用1備，Q=250L/h，P=0.35MPa，N=0.25kw；絮凝反應(yīng)槽攪拌器，1臺，N=0.25kw。
（4）斜板沉淀池：1座，水力停留時間1.8h，表面水力負(fù)荷4m3/m2?h；尺寸：L×B×H=6m×3m×4.8m，有效沉淀面積18m2。結(jié)構(gòu)形式：Q235鋼板。配套設(shè)備：斜管蜂窩填料φ80mm，聚氯乙烯材質(zhì)。池底設(shè)有排泥管，污泥排放至污泥濃縮池。
（5）pH值調(diào)節(jié)清水槽：1座，水利停留時間38.4min。尺寸：L×B×H=3m×3m×3m；槽體底版厚8mm，槽體立板厚6mm。結(jié)構(gòu)形式：Q235鋼板。外表面先涂刷灰油性防銹漆，干后再涂刷淺色酯膠調(diào)合漆裝飾；內(nèi)表面涂刷環(huán)氧聚氨酯耐水底漆和環(huán)氧聚氨酯水漆。配套設(shè)備：H2SO4存放罐；H2SO4加藥泵2臺，1用1備，Q=250L/h，P=0.35MPa；清水槽攪拌器，1臺，N=0.25kw。
（6）砂濾罐：1臺，尺寸：直徑為2m，直邊高度2m，總高度3.7m，壁厚8mm。設(shè)計(jì)流速10m/h，設(shè)計(jì)壓力0.65MPa。結(jié)構(gòu)形式：采用Q235－A制作，內(nèi)部防腐采用環(huán)氧煤瀝青。配水采用孔板加濾帽，濾帽的材質(zhì)為ABS。內(nèi)有反沖洗裝置，反沖洗的水直接進(jìn)入調(diào)節(jié)池。配套設(shè)備：砂濾罐提升泵，1臺。濾料采用雙層濾料：1mm濾粒的石英砂濾料，濾層厚0.9m；6mm砂粒的石英砂濾料，濾層厚0.3m；墊層0.2m。
（7）污泥濃縮槽：1座，尺寸：L×B×H=4m×2m×3m，有效容積24m3；槽體底版厚8mm，槽體立板厚6mm，斜板厚6mm。結(jié)構(gòu)形式：Q235鋼板。外表面先涂刷灰油性防銹漆，干后再涂刷淺色酯膠調(diào)合漆裝飾；內(nèi)表面涂刷環(huán)氧聚氨酯耐水底漆和環(huán)氧聚氨酯水漆。配套設(shè)備：污泥螺桿泵，2臺，Q=2.7m3/h，P=0.6MPa，N=2.2kw；板框壓濾機(jī)，1臺，帶寬D=500mm。
3運(yùn)行效果及分析
3.1運(yùn)行效果該
污水站竣工后自啟動以來，通過監(jiān)測出水水質(zhì)表明處理效果很好，具有較高地去除效率，出水Ni2+濃度低于1mg/L，F(xiàn)-濃度一直在10mg/L以下，pH值在6～9之間，可以達(dá)到GB8978-2002國家一級B標(biāo)準(zhǔn)。廢水處理效果見表。從表2的數(shù)據(jù)可以看出，經(jīng)處理后SS去除率在95%以上，Ni2+和F-的去除效率均在85%以上，出水水質(zhì)能夠滿足《污染綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB8978-2002）中的一級B標(biāo)準(zhǔn)，可見該工藝適用于鋁型材加工廢水的處理。
3.2效果分析
（1）在化學(xué)反應(yīng)槽中加入藥劑NaOH調(diào)節(jié)酸性水質(zhì)，之后加入氫氧化鈣與水中的鎳離子發(fā)生反應(yīng)生成Ni（OH）2沉淀，與氟離子發(fā)生反應(yīng)生成CaF2沉淀。此化學(xué)中和法對Ni+2的去除率可達(dá)到85%以上，對F-去除率可達(dá)到83%以上，具有良好的去除效果。
（2）在斜板沉淀池中布置許多密集的斜長1m的聚氯乙烯（PVC）蜂窩斜板，使水中較大的絮體在斜板中進(jìn)行沉淀。斜板沉淀池可以提高沉淀效率50%～60%，同一面積上可提高處理能力3～5倍。污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)［S］.——54以上，出水水質(zhì)能夠滿足《污染綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB8978-2002）中的一級B標(biāo)準(zhǔn)，可見該工藝適用于鋁型材加工廢水的處理。
（3）砂濾罐可以去除在沉淀池中沒有沉淀下來的細(xì)小懸浮物質(zhì)。結(jié)構(gòu)簡單，占地面積小，去除率可達(dá)到90%以上。
4經(jīng)濟(jì)分析
4.1工程投資該污水站總投資47.57萬元，其中構(gòu)筑物費(fèi)用8萬元，設(shè)備及附屬材料費(fèi)用27.07萬元，安裝調(diào)試及其他費(fèi)用12.5萬元。
4.2運(yùn)行費(fèi)用藥劑費(fèi)：NaOH=0.21kg/d×2500元/t×10-3=0.5元，Ca（OH）3=2kg/d×350元/t×10-3=0.7元，PAM=0.25kg/d×15000元/t×10-3=3.75元，藥劑費(fèi)=（0.5+0.7+3.75）/50=0.1元/t。電費(fèi)：電機(jī)裝機(jī)功率為39kw×0.5=19.5kw，按當(dāng)?shù)仉妰r0.8元/kwh計(jì)，年費(fèi)用19.5kw×（24×360h/a）×0.8=13.6萬元/年每噸水動力費(fèi)用0.31元/t。人工費(fèi)：水站需要2名轉(zhuǎn)運(yùn)工，每月人工費(fèi)2500元，折合水費(fèi)用0.14元/t?？傆?jì)運(yùn)行費(fèi)用=（0.1+0.31＋0.14）=0.55元/t
5結(jié)論
工程實(shí)踐證明，采用中和－混凝沉淀過濾組合工藝處理鋁型材廢水中的SS、鎳離子、氟離子等具有較好的效果；且該工藝運(yùn)行穩(wěn)定，成本低，操作簡單，對水質(zhì)適應(yīng)能力強(qiáng)，處理后的水質(zhì)能滿足GB8978-2002國家一級B標(biāo)準(zhǔn)。
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作者:李慧 單位:沈陽建筑大學(xué)市政與環(huán)境工程學(xué)院