【hbtysb.cn武漢純水設備】以某電鍍廢水集中處理工程為實例，介紹了含鎳廢水的處理技術、工藝、構筑物參數(shù) 及運行效果。通過應用高級氧化破絡技術、絡合捕集技術以及管式微濾膜( TMF) 分離技術，構建了電鍍廢水重金屬穩(wěn)定達標處理關鍵技術體系，實現(xiàn)了出水在電鍍含鎳廢水的單獨監(jiān)控池達到《電鍍污染物排放標準》( GB 21900—2008)標準。該工藝技術體系能適應水量變化，運行穩(wěn)定，處理效果好，自動化程度高，具有良好的環(huán)境效益、社會效益及經(jīng)濟效益。
電鍍工藝中鎳的鍍種類型較多，應用面廣，而在電鍍鎳工藝中常加入各種絡合物，鎳始終處于絡合態(tài)，有利于提高電鍍效果。目前絡合物種類以有機物為主，主要包括羧酸類、氨基醇類、氨基羧酸類、無機多磷酸類和有機磷酸類，而絡合物的存在給后續(xù)處理帶來了較大的難度。武漢純水設備目前，《電鍍污染物排放標準》( GB 21900—2008)標準要求含鎳廢水預處理出水監(jiān)測點一類污染物 Ni2+≤0. 1 mg /L，這對于成分復雜、絡合復雜、水質(zhì)波動大的電鍍廢水而言，具有較大的挑戰(zhàn)性。考慮項目投產(chǎn)后需長期穩(wěn)定達標，在工程工藝設計階段即需充分考慮工藝的達標保障性。以某電鍍廢水集中處理工程中含鎳廢水的處理工藝應用為例，介紹了基于高級氧化破絡技術、絡合捕集技術以及管式微濾膜( TMF) 分離技術的重金屬鎳穩(wěn)定達標關鍵技術的集成體系與示范應用。
1 工程概況
某電鍍產(chǎn)業(yè)園總用地面積為 7. 10 hm2，包含 17幢電鍍廠房、3 幢辦公樓、1 座倉庫、配套 1 座園區(qū)集中式廢水處理中心。
園區(qū)配套的電鍍廢水集中處理工程設計規(guī)模為5
000 m3/d，占地面積為 5 333 m2，設計運行時間為20
h /d，處理規(guī)模為 250 m3/h。土建工程一次性建設實施，設備工程分兩期實施，一期工程配置規(guī)模為2 500 m3/d( 125 m3/h) 。根據(jù)進水水質(zhì)將廢水分成7 股，分別進行處理。其中，含鎳廢水 600 m3/d，一期實施規(guī)模 300 m3/d。
對于電鍍園區(qū)的廢水，由于各企業(yè)管理水平參差不齊，監(jiān)管點比較多，很難做到完全的清晰分流，含鎳廢水中仍帶有 Cu2+、Cr6+等污染物，這也給廢水處理增加了難度，因而在處理工藝中需要考慮這類重金屬的去除。
含鎳廢水經(jīng)預處理工藝處理達標后，與其他 6股廢水一同排入后續(xù)處理設施，最終出水 pH、重金屬、COD 等指標全部達到《電鍍污染物排放標準》( GB 21900—2008) 標準。
2 廢水處理工藝
2.1 工藝說明
將電鍍園區(qū)中不同電鍍車間的鍍鎳工序產(chǎn)生的漂洗水集中收集，通過管道進入調(diào)節(jié)池，考慮到有部分 Cr6+混入，一級反應池組先進行 Cr6+還原，然后加堿和 PAM 絮凝反應，進入一級沉淀池，去除部分鎳和全部的銅和鉻，出水進入二級反應池組，通過加入高效的破絡合藥劑對鎳的絡合物進行氧化，消除強絡合態(tài)的鎳，同時加入高絡合能力的重金屬捕捉劑，確保鎳能完全去除，然后進入 TMF 膜分離系統(tǒng)，通過膜分離懸浮態(tài)的重金屬鎳，實現(xiàn)固液分離，膜出水進入鎳監(jiān)控池，檢測達標后進入后續(xù)處理系統(tǒng)，若不達標，則進入應急反應池，再返回含鎳預處理系統(tǒng)進行處理。
2.2 主要應用技術
① 基于高級氧化破絡的重金屬穩(wěn)定達標技術
電鍍廢水成分復雜，往往含有大量的重金屬物質(zhì)、有機助劑等。武漢工業(yè)純水設備在電鍍過程中，因為鍍層質(zhì)量控制的需要，重金屬離子往往以絡合物形式存在，從而在電鍍過程中緩慢釋放金屬離子進行沉積，提升鍍層質(zhì)量; 然而在廢水排放和處理過程中，因為這樣一些絡合物的存在，使得鎳的去除難度加大，單純的化學沉淀法難以實現(xiàn)重金屬的有效去除，因而如何破除絡合物、實現(xiàn)金屬離子的釋放就成為重金屬去除過程中的關鍵技術。高級氧化技術在應用過程中產(chǎn)生的羥基自由基( ·OH)或硫酸鹽自由基具有強氧化作用，能有效氧化與鎳結(jié)合的絡合物或螯合物，將強絡合態(tài)鎳轉(zhuǎn)化為弱絡合態(tài)鎳或離子態(tài)鎳，然后通過重補劑競爭絡合或沉淀分離，達到去除鎳的目的。本項目采用自主研發(fā)的破絡合劑，針對電鍍廢水中存在的絡合物具有普適性，能實現(xiàn)絡合物的有效去除。
② 基于絡合捕集的重金屬穩(wěn)定達標技術
電鍍廢水處理過程中，重金屬離子主要通過與外加藥劑( 氫氧化鈉、氫氧化鈣、硫化鈉等) 形成氫氧化物、硫化物沉淀等形式，從廢水中固液分離，最終轉(zhuǎn)化為固態(tài)污染物，但是對于大部分重金屬，其氫氧化物溶度積常數(shù)( Ksp) 比較大，使得其去除效果比較差，難以滿足目前日益嚴格的出水排放要求。另外，電鍍廢水中常常含有一些絡合劑，其穩(wěn)定性高，簡單加入氫氧化鈉、氫氧化鈣難以沉淀這部分絡合態(tài)重金屬離子。重金屬捕集劑是一種與重金屬離子強力螯合的化工藥劑，能在常溫和很寬的 pH 值范圍內(nèi)，與廢水中的 Cu2+、Ni2+、Zn2+等重金屬離子進行化學反應，并在短時間內(nèi)迅速生成不溶性、低含水量、容易過濾去除的絮狀沉淀，從而達到去除重金屬離子的目的，確保廢水達到排放標準。目前，根據(jù)現(xiàn)有電鍍廢水中絡合物的種類，并結(jié)合高級氧化破絡技術，自主合成的重補劑可實現(xiàn)鎳的達標。
③ 基于 TMF 分離的重金屬穩(wěn)定達標技術
目前對于電鍍廢水以物化處理法為主，通常采用化學沉淀法，基本工藝組合為反應系統(tǒng) + 分離系統(tǒng)。目前常見的固液分離方式有沉淀、氣浮和膜分離，其中沉淀法具有通用性強、造價低、易管理等特點，應用廣泛; 氣浮法則具有容易設備化、占地小、分離效率高等特點，在一些小規(guī)模的電鍍污泥處理工程中也得到應用。武漢實驗室純水設備但是氣浮法和沉淀法都具有一定的不穩(wěn)定性，容易出現(xiàn)浮泥、跑泥等現(xiàn)象，造成出水水質(zhì)波動，重金屬超標風險大。膜分離法具有分離效果好、系統(tǒng)穩(wěn)定等特點，尤其是能夠確保出水 SS濃度非常低; 另外，在進行膜分離的同時，還能實現(xiàn)污泥的濃縮、污泥高效吸附等功能，進一步提升出水水質(zhì)和后續(xù)污泥脫水設備的效率，因此在電鍍廢水處理中具有廣闊的應用前景。本項目采用的管式微濾膜以多孔高分子材料作為分離介質(zhì)，采用低壓( 0. 07 ～ 0. 7 MPa) 運行膜過濾，用以分離液體中的高濃度懸浮固體; 分離時采用錯流過濾方式，固液混合物在壓力作用下在膜表面錯流流動; 固體顆粒在錯流狀態(tài)下在固液混合物中不斷濃縮，不斷在膜表面堆積。TMF 膜過濾系統(tǒng)具有顯著的優(yōu)點: 可以去除尺寸大于膜孔徑的固體物，去除效果非常穩(wěn)定; 不需要投加絮凝劑等聚合物，節(jié)約藥劑，降低污泥產(chǎn)量，提升污泥資源化利用價值; 自動隨時開/停機，自動化程度高; 超微濾過濾精度高，不需要進后處理過濾器，可以直接和反滲透等中水回用設備聯(lián)用。
3 主要建( 構) 筑物及設計參數(shù)
① 調(diào)節(jié)池
含鎳廢水調(diào)節(jié)池 1 座，規(guī)格為 20 m × 5. 5 m × 4m(墻中線尺寸) ，總?cè)莘e 440 m3，有效水深 3. 5 m，有效容積 385 m3。調(diào)節(jié)池進水端配置隔油沉砂池 2座，規(guī)格為 3 m × 1. 5 m× 4 m( 墻中線尺寸) 。
設備：提升泵 2 臺( 按一期規(guī)模配置，Q = 25. 2 m3/h，H =130 kPa，N = 1. 5 kW) ，液位開關 1 套，電磁流量計 1套。帶密封板格柵蓋板若干。
② 一級反應池組
破絡反應池組 1 座 3 格，規(guī)格為 3. 0 m × 2.
5 m× 4. 8 m × 3 格( 墻中線尺寸) ，總?cè)莘e 108 m3，有效水深 4. 5 m，有效容積 101 m3，有效停留時間 3. 36h。設 pH 計 2 套; 反 應 攪 拌 機 2 套 ( 電
機 功 率2. 2 kW，4 極，轉(zhuǎn)速 60 r/min，槳葉直徑 950 mm × 2層) ; 絮凝攪拌機 1 套( 電機功率 0. 75 kW，4 極，轉(zhuǎn)速 20 r/min，槳葉直徑 1 400 mm × 2 層) 。
③ 一級沉淀池
一級豎流式沉淀池 1 座，規(guī)格為 6. 0 m × 5. 0 m× 4.
8 m( 墻中線尺寸) ，表面積 30 m2，表面負荷 1m3/( m2·h) ，有效停留時間 2 h。設備: 中心桶 1 套
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④ 二級反應池組
二級反應池組 1 座 3 格，規(guī)格為 3. 0 m × 2.
5 m× 4. 8 m × 3 格( 墻中線尺寸) ，總?cè)莘e 108 m3，有效水深 4. 0 m，有效容積 90 m3，有效停留時間 3. 0 h。
設備: pH 計 1 套; 反應攪拌機 3 套( 電機功率 2. 2kW，4 極，轉(zhuǎn)速 60 r/min，槳葉直徑 950 mm × 2 層) 。
⑤ TMF 分離系統(tǒng)
TMF 系統(tǒng)核心單元一期配置 PVDF 材質(zhì)管式微濾膜 10 支，膜孔徑 0. 1 μm，設計通量
4 運行效果
電鍍廢水集中處理工程于 2014 年 10 月底建成，2015 年 1 月 30 日完成工程竣工驗收，同年 3 月受委托進入商業(yè)化運營管理生產(chǎn)，2017 年配合整個產(chǎn)業(yè)園區(qū)完成“三同時”環(huán)保竣工驗收。
結(jié)果表明，出水始終保持鎳≤0. 1 mg /L，說明該系統(tǒng)對鎳的去除效果好，而且能保證其他重金屬達標。因此，該工藝能確保在混流情況下重金屬鎳達標，具有良好的工程應用價值。
5 經(jīng)濟指標分析
① 含鎳系統(tǒng)部分工程造價
該工程含鎳系統(tǒng)部分總投資約為 505 萬元，其中土建費約 188 萬元，設備材料費 237 萬元，其他設計、安裝、運輸及調(diào)試等間接費用 80 萬元。
② 含鎳系統(tǒng)部分運行成本
單位廢水的處理成本約為 25 ～ 40 元/m3，不計設備折舊維修費用，其中電費 1 ～ 1. 5 元/m3、人工費 0. 8 ～ 1. 2 元/m3、藥劑費合計 23 ～ 35 元/m3。
電鍍廢水經(jīng)高級氧化破絡、絡合捕集、TMF 分離等重金屬穩(wěn)定達標處理關鍵技術體系的集成應用后，出水水質(zhì)能夠穩(wěn)定達到電鍍行業(yè)現(xiàn)行最高標準( 即表 3 標準)。武漢反滲透純水設備集成的技術體系應用能夠適應園區(qū)電鍍含鎳廢水水量、水質(zhì)波動大，成分復雜等特點。經(jīng)過 3 年的運營，處理效果穩(wěn)定，自動化程度高，產(chǎn)泥率低，運行成本較低，具有一定的經(jīng)濟效益，出水總鎳≤0. 1 mg /L，環(huán)境和社會效益顯著。