含重金属高浓度乳化液废水的处理工艺

随着我国经济的飞速发展，近年来我国的汽车行业也突飞猛进，其相关附属行业也得到了巨大的发展机会，尤其是钢丝帘线生产企业。钢帘线作为子午轮胎的主要骨架材料，随着行业的发展，需求量也逐年增加，相应的品种档次也多种多样。东北某钢帘线生产厂生产过程中产生的废水为电镀和清洗工段，该种废水的处理是钢丝帘线企业污染治理的重大难题。

1工程概况

东北地区某甲午线轮胎钢丝帘线生产企业废水由生产废水和生活废水两部分组成，原生产废水在污水站集中收集后全部作为危废处理，而生活污水经过化粪池简单处理后，直接经市政管网排入市政污水厂进行处理。为了响应新环保法推行的节能减排政策，企业决定对原有污水站进行提升改造，建设1套处理量为60t/d的处理系统。生产废水排水量约为10m3/d，来自电镀工段镀铜、镀锌产生的脱脂清洗废水、酸洗过程中产生的废酸以及拉丝润滑剂废水，具有成分复杂，水质、水量不稳定，污染物浓度高的特点。生产废水中的乳化液浓度很高，重金属离子浓度也较高，可生化性差，是典型的高难处理工业废水。生产废水进水水质指标见表1。生活废水产生量约为40m3/d，主要为食堂餐饮废水和职工宿舍生活冲厕、洗浴废水，废水B/C在0.5以上，属于常见的极易生化的有机废水。生活废水经食堂内设置的隔油池处理后，与生产废水合流进行处理，以提升生产废水部分的B/C。合流前生活废水进水水质指标见表2。经该系统处理后出水中COD、BOD、NH3-N、SS、石油类排放浓度均满足《辽宁省污水综合排放标准》（DB21/1627—2008）中表2排入污水处理厂的水污染物最高允许排放浓度要求，Cu2+、Zn2+排放浓度均满足《污水综合排放标准》（GB8978—1996）二类污染物三级标准要求。污水站废水总出水水质指标见表3。

对生产废水的处理关键在于破乳，常见的破乳方式为物化法和膜分离法。由于普通加药絮凝使用药量大，膜分离法易堵塞再生能力差，所以本项目采用电絮凝作为破乳工艺。

2工艺分析

2.1工艺流程描述根据本项目废水的特点及处理经济成本考虑，采取生产废水和生活废水前段单独处置，然后再进行合流处理的方式。首次启动时将高浓度生产废水用清水以1∶1比例进行稀释，以降低污水有机物浓度。稀释后的生产废水经电絮凝处理后，通过电絮凝的氧化分解作用，对废水中的乳化油成分进行破乳处理，同时通过共沉淀作用去除其中的金属离子。电絮凝出水通过重力自流进入中间水池，在此与生活污水充分混合，使得整体B/C得以提升。中间水池污水经提升泵提升至A池（水解酸化池），A池内部填充弹性填料，采用立体悬挂式安装，主要作用是将水中大分子长链物质进一步分解，进一步提升B/C，降低有机处理负荷，为后续生化的稳定运行做保证。水解出水通过重力自流进入好氧池，为节省占地，好氧池采用生物接触氧化工艺，此段主要对污水中的COD、BOD、NH3-N进行去除。好氧出水通过重力自流进入沉淀池进行泥水分离。本系统为了保证系统的稳定达标，在后续做了混凝沉淀系统作为保护，即使原水浓度过高电絮凝去除效果不佳也可保证系统出水达标。系统出水收集到清水池。清水池内设置清水提升泵，用做后续调节池的系统稀释水。电絮凝沉淀物、沉淀池剩余污泥及混凝沉淀污泥排入污泥池，经由板框式压滤机进行泥水分离，由于本项目污泥中含有重金属等有毒有害物质，所以泥饼需单独收集送至有资质的危废处理站进行处理。系统工艺流程见图1。

2.2主要构筑物及设计参数（1）集水池（原有改造）。1座，池体尺寸2.0m×1.0m×3.0m，全地下钢砼结构。池体底部设置穿孔管曝气器，搅拌负荷0.02m3/（m2˙min），污水停留时间9.5h。设置2台卧式离心泵（1用1备），Q=2m3/h，H=20m，N=1.1kW。（2）调节池（原有）。1座，池体尺寸6.0m×2.0m×5.0m，全地下钢砼结构。池体底部设置穿孔管曝气器，搅拌负荷0.02m3/（m2˙min），污水停留时间按稀释完20m3/d计，HRT=57.8h。设置2台卧式离心泵（1用1备），Q=2m3/h，H=20m，N=1.1kW。（3）电絮凝装置。2台，设备尺寸2.5m×0.5m×2.0m，双侧运行，外部设备为PP材质。电絮凝设备电极板材料采用铁电极，控制运行电流为30A，运行电压380V，正常运行时功耗约为11.4kW。（4）中间池（原有改造）。1座，池体尺寸6.0m×2.0m×5.0m，全地下钢砼结构。池体底部设置穿孔管曝气器，搅拌负荷0.02m3/（m2˙min），污水停留时间19.2h。池内设置2台潜水离心泵（1用1备），Q=3m3/h，H=10m，N=0.37kW。（5）水解池（原有改造）。1座，池体尺寸2.0m×2.0m×5.0m，全地下钢砼结构。池内装填弹性填料12m3，填料规格D150mm×3000mm。污水停留时间7.2h。（6）生化池（原有改造）。1座，池体尺寸3.0m×3.0m×5.0m，全地下钢砼结构。池体内部装填组合填料，填料规格D150mm×3000mm。底部设置微孔膜管式曝气器。好氧池污泥BOD5负荷为0.07kg/（m3˙d），污水停留时间16.2h。设置2台鼓风机（1用1备），Q=2.62m3/min，H=5.0m，N=4.0kW。（7）沉淀池1（原有改造）。1座，池体尺寸1.5m×1.5m×4.0m，全地下钢砼结构。设计表面负荷1.2m3/（m2˙h），停留时间2h。池内设置2台潜水离心泵（1用1备），Q=3m3/h，H=10m，N=0.37kW。（8）混凝沉淀池（原有改造）。1座，池体尺寸2.0m×2.0m×4.0m，全地下钢砼结构。混凝反应时间8min，絮凝反应时间20min，沉淀部分表面负荷1.2m3/（m2˙h），停留时间2h。池内设置1台排泥泵，Q=3m3/h，H=10m，N=0.37kW。（9）清水池（原有改造）。1座，池体尺寸2.0m×2.0m×5.0m，全地下钢砼结构。池内设置1台潜水离心泵（1用1备），Q=3m3/h，H=10m，N=0.37kW。（10）污泥池（原有）。1座，池体尺寸2.0m×2.0m×5.0m，全地下钢砼结构。池内设置1台污水提升泵，Q=3m3/h，H=10m，N=0.37kW。污泥由提升泵提升至板框压滤机，过滤面积10m2。设置污泥调理加药系统，总功率0.8kW。

2.3工艺分析关于本系统混凝沉淀系统与生化系统先后位置的关系，不同的设置会产生不同的效果。若混凝沉淀放置在电絮凝出水之后，可以保证进入好氧池之前水中的金属离子及乳化油成分充分反应完全，降低对好氧段的冲击负荷，同时由于前期水量较小，也可以节省一部分药剂的投加量，从而减少药剂投加费用；但由于混凝段投加PAM的缘故，一旦控制不良会导致部分PAM在污水中残留，进入好氧系统后会造成好氧生物菌群死亡，对生化系统不利。若混凝沉淀放置在好氧池出水之后，可能存在部分未处理完全的重金属离子及未分解完全的乳化油进入好氧系统，由于污染物含量很低，对好氧系统的影响很小；其次，由于两种污水混合之后水量增加，使得混凝药剂投加量会有所增加。故综合考虑，决定将混凝沉淀系统放置在好氧池后。

2.4工艺特点本工艺最大的优点在于电絮凝的设置。本设备以铁极板作为电极，具有以下优点：首先，通电后铁极板在溶液中水解、聚合生成一系列多核羟基络合物和氢氧化物，不仅可作为絮凝剂网捕表面附油的固体颗粒起到絮凝作用，还具有很高的吸附活性，能有效吸附水中的有机污染物及其他胶体物质，此反应过程机理与化学絮凝法去除污染物机理相似。其次，电絮凝过程中产生的Fe3+可减小乳化物和油滴之间的静电力，使得乳化物和油滴能够分开，形成电场破乳。再次，阴阳两极产生的氧气或氢气的微小气泡具有气浮作用，加速油滴碰撞聚结并上浮。此外，电絮凝反应过程中会发生氧化还原反应，可使污染物在电极上直接或间接发生氧化或还原而从废水中去除。综上所述，电化学絮凝在处理废水的过程中，会有多种过程的多效反应发生，使得污染物去除效果更好。研究表明，电絮凝极板采用铁电极处理含锌、铜废水效率更高，铁电极相比其他电极（如金刚石薄膜电极、钛基涂层电极、石墨电极等更易获得且价格低廉。电絮凝设备运行费用仅为设备电耗及更换铁极板费用，无其他化学药剂的投加。此外，电絮凝具有设备操作简单、占地面积小、对可溶性有机物处理效率高、自动化程度高等特点，大大降低了劳动强度及处理成本。

2.5技术经济指标本项目总投资57万元，处理水量为2.19万t/a，设备日运行总功耗170.7kW，电价0.5元/（kW˙h），折合电费1.42元/t。项目药剂费0.184元/t，人工费2.96元/t，合计吨水处理费用为4.564元。

3处理效果

在前期试验的基础上，将现场好氧系统菌种污泥驯化培养完成后，根据现场5d的连续数据观察来看，整个系统的处理效果基本保持出水稳定状态，处理效果较好。各阶段对污染物的去除效果见表4。

4结论

通过对钢丝帘线废水的特点和成分分析，最终确定以电絮凝—生物接触氧化—混凝沉淀的复合处理工艺进行处理。根据实验结果及工艺运行数据结果，得出以下结论：（1）采用电絮凝工艺可有效去除钢丝帘线废水中的溶解性油脂，大大降低了后续生物处理工艺的处理负荷，避免了由于乳化油含量过高而导致好氧系统无法正常运行的情况；（2）电絮凝工艺对COD的去除率高达90%，对SS的去除率高达60%，对Cu2+的去除率高达99.5%，对Zn2+的去除率高达90%，对石油类的去除率高达93%；（3）此复合工艺对含重金属高浓度乳化液的钢丝帘线废水具有很好的处理效果，出水能够稳定达标。