陶瓷膜在反滲透工藝用于電鍍廢水深度處理研究
【純水設備http://footdisc.com.cn】電鍍廢水水質(zhì)的日益復雜和地方排放標準的不斷提高，使得電鍍廢水處理過程中面臨更多挑戰(zhàn)。對山東某電鍍廢水處理廠提標改造前后工藝及水質(zhì)研究發(fā)現(xiàn)，原微電解/生物法組合工藝對重金屬去除效果良好，生化出水中 Cr6+ 和 Ni2+ 含量分別低至 0． 01 mg /L 和 0． 11 mg /L，出水Fe 和 Mn 分別達到 0． 28 mg /L 和 0． 08 mg /L，但 COD 及 TDS 不滿足回用標準。為此，在深度處理工藝中采用陶瓷膜聯(lián)合反滲透技術，使出水 COD 和 TDS 分別降至 8． 5 mg /L 和 136 mg /L，符合《城市污水回用設計規(guī)范》( CECS 61: 94) 中冷卻水回用標準。此外，采用蒸汽再壓縮技術( MVＲ) 對反滲透濃水進行處理，實現(xiàn)了電鍍廢水處理的零排放。
隨著電鍍行業(yè)的不斷發(fā)展，電鍍產(chǎn)品更加趨于多樣化，與此同時，生產(chǎn)過程產(chǎn)生的廢水成分變得更加復雜，出水 COD 很難達到排放標準純水設備，水質(zhì)波動成為出水水質(zhì)達標的制約性因素。山東某電鍍廠廢水 量 約 200 m3 / d，其中含鎳廢水約占 10% ～15% ，含鉻 廢 水 約 占 30% ～ 35% ，綜合廢水約 占50% ～ 60% ，原處理工藝為電解生化法，后期運行中發(fā)現(xiàn)出水 COD 不滿足排放標準，可生化性也逐漸變差。針對上述問題，電鍍廠于 2015 年對原工藝進行改造，在生化單元沉淀池后新增陶瓷膜和反滲透工藝，進一步提升了原有工藝的抗沖擊負荷能力與出水水質(zhì)，以實現(xiàn)廢水穩(wěn)定達標回用。
1 電鍍廢水處理廠原有工藝
1. 1 原處理工藝
電鍍廢水主要由含鉻廢水、含鎳廢水及綜合廢水三部分組成，三種廢水分別經(jīng)三座微電解池進行電解，電解后經(jīng)管道匯至既有清水池調(diào)節(jié)水量及水質(zhì)，出水經(jīng)污水泵提至水解酸化池，再依次通過好氧池、沉淀池等工藝進行處理，出水回用或排放。各工藝產(chǎn)生的污泥進入污泥濃縮池，濃縮池上清液回流至綜合廢水單元進行再處理。具體工藝流程見圖 1。
1. 2 原工藝運行參數(shù)
1. 2. 1 微電解系統(tǒng)
電鍍廢水有機污染物結構穩(wěn)定，可生化性差。
微電解基于電化學、氧化還原反應、物理吸附及絮凝沉淀的共同作用，可有效去除重金屬、COD，降低色度、提高可生化性。
微電解系統(tǒng)由三座填料罐及其配套設備組成，填料罐由原有池體分三格改造而成，地下式，每座填料罐平面尺寸為 3． 2 m × 1． 2 m，深為 8 m，廢水經(jīng)收集后分質(zhì)由進水管進入電解池，有效水深為 7 m，進水管距池底 0． 5 m，水力停留時間為 1 h。填料罐內(nèi)置填料支撐設備，支撐板距池底 1． 5 m，支撐板上填有 3 m 的新型鐵碳微電解填料。
配套設備由三套自動加酸裝置和曝氣設備組成，在增強導電性的同時減少了膜表面沉積鈍化，曝氣盤布置在支撐板下 0． 3 m，曝氣采用鼓風機，1 用 1 備，鼓風機風量為 4． 45 m3 /min，風壓為 95 kPa，功率為 11 kW。
1. 2. 2 水解酸化池
三座微電解池出水經(jīng)匯集進入水解酸化池，水解酸化池與好氧池沉淀池合建，半地下式，平面尺寸為 10 m × 6 m，深為 6 m，有效容積為 360 m3，有效水深為 5． 4 m，水力停留時間為 1． 5 h。
配套設備有組合填料、純水設備填料支架和曝氣設備，組合填料體積為 198 m3 ; 曝氣設備采用鼓風機，1 用 1 備，風量為 1． 79m3/min，風壓為 58． 8 kPa，功率為 4kW。
1. 2. 3 好氧池、沉淀池
好氧池采用活性污泥法，平面尺寸為 8 m × 6m，深為 6 m，有效容積為 190 m3，有效水深為 5． 2m，水力停留時間為 1． 5 h。設置鼓風機 2 臺( 1 用 1 備) ，風量為 3． 92 m3 /min，風壓為 58． 8 kPa，功率為7． 5 kW。
沉淀池采用斜管沉淀，斜管面積為 9 m2，尺寸為 3 m × 3 m × 6 m，建于曝氣池一角，通過兩條溢流堰進水，溢流堰的長度均為 3 m，出水進入回用水池。
1. 3 污水廠原有工藝處理效果
污水廠原工藝進、出水水質(zhì)見表 1( 電解出水為三種廢水電解后混合出水) 。出水水質(zhì)執(zhí)行《城市污水回用設計規(guī)范》( CECS 61: 94) 中冷卻水回用標準。
經(jīng)檢測，微電解工藝對重金屬的去除效果都非常好，其中 Cr6+ 和 Ni2+ 出水分別低至 0． 01 mg /L 和0． 12 mg /L; Fe 和 Mn 出水分別達到 0． 33 mg /L 和0． 12 mg /L，生化出水分別為 0． 28 mg /L 和 0． 08mg /L，滿足設計標準。
電解和生化組合工藝對廢水中色度及濁度去除效果較好，電解工藝有效地提高了原水的可生化性，生化工段 COD 去除率達70． 4% ，生化出水中除 COD及 TDS 外，其他指標均滿足再生水回用作冷卻水的水質(zhì)標準。
2 污水廠改造工藝
針對廢水中難降解有機物及總含鹽量過高的情形，考慮用地需求，提出了陶瓷膜 － 反滲透 － MVＲ蒸發(fā)器組合工藝改造方案。
2. 1 污水廠新增工藝流程
提標改造工藝將原工藝中的回用水池用作陶瓷膜池進行后續(xù)處理，在陶瓷膜及反滲透工藝中間設除油過濾器和保安過濾器，保證純水設備工藝正常運行及出水水質(zhì)，一級反滲透及二級反滲透工藝出水排至新建產(chǎn)品水池，用作循環(huán)冷卻水或澆灑道路及綠化用水。
采用高效蒸發(fā)器對二級反滲透濃水進行蒸發(fā)，實現(xiàn)污水處理的零排放。新增深度處理工藝流程見圖 2。
2. 2 主要工藝設計參數(shù)
2. 2. 1 陶瓷膜裝置
廢水經(jīng)前期工藝處理后進入陶瓷膜吸水池，陶瓷膜池尺寸為 6． 6 m × 6 m × 3． 5 m，內(nèi)置平板陶瓷膜組件，膜面積為 100 ㎡，膜孔徑為 100 nm。每天處理水量約 140 m3，過濾后出水進入陶瓷膜 1#出水水池; 陶瓷膜定期進行反洗，反洗周期約為 24 h，每次沖洗時間為 2 min，反沖洗污染物經(jīng)沉淀富集由排污泵排至污泥池。
2. 2. 2 一級反滲透系統(tǒng)
陶瓷膜產(chǎn)水池水經(jīng) ＲO 進水泵進入除油過濾器，過濾器采用配套式 DN800 玻璃鋼過濾器，內(nèi)置核桃殼濾料，濾后水通過保安過濾器進入一級反滲透系統(tǒng)，保安過濾器正常出水約 5 m3 / h，濾芯過濾精度為 5 μm。一級反滲透裝置采用 8040 型 PＲOC系列反滲透膜，單支膜面積為 37 ㎡，反滲透處理水量為 5 m3 / h，產(chǎn)水量為 3． 75 m3 / h; 反沖洗周期約為4 h，產(chǎn)水進入產(chǎn)品水池，濾后濃水進入濃水箱。
2. 2. 3 二級反滲透系統(tǒng)
二級反滲透對一級反滲透濾后濃水進一步過濾，濾后清水進入產(chǎn)品水池，濃水進高效蒸發(fā)器進行蒸發(fā)。二級反滲透裝置采用 4040 型反滲透膜，處理水量約為 1． 55 m3 / h，產(chǎn)水量為 0． 95 m3 / h，反沖洗周期為 4 h。
2. 3 改造后主要工藝運行效果
穩(wěn)定運行一段時間后，對陶瓷膜及反滲透工藝出水水質(zhì)進行檢測分析，檢測結果如表 2 所示。
檢測結果顯示: 陶瓷膜出水 COD≤75 mg /L，基本滿足冷卻回用水標準，陶瓷膜對濁度的去除效果較好，去除率達 85% 以上，可有效提高反滲透膜的進水水質(zhì)，對減緩反滲透膜污染起到關鍵作用; 反滲透對 TDS 處理效果顯著，去除率為 96． 0% ，出水濃度為 136 mg /L; 整個工藝出水色度、濁度以及 BOD5 基本為零，出水各檢測指標均滿足冷卻回用水標準。
2. 3. 1 陶瓷膜運行效果
利用孔徑為 100 nm 的平板陶瓷膜處理電鍍廢水，對進出水進行 48 h 的實時監(jiān)測，分析其起始時間到反沖洗剛結束時刻的產(chǎn)水流量、產(chǎn)水壓力隨時間的變化規(guī)律，具體見圖 3。
從圖 3 可見，產(chǎn)水流量最大值出現(xiàn)在運行一開始，達到了 3． 68 m3 / h，運行 48 h 之后， 產(chǎn)水流量降低為 3． 1 m3 / h。在運行過程中，陶瓷膜產(chǎn)水流量整體呈下降趨勢，產(chǎn)水壓力呈上升趨勢，在運行 24 h后，陶瓷膜進行反沖洗，純水設備反沖洗后通量基本恢復。
平板陶瓷膜對 COD 的去除效果見圖 4?？梢娞沾赡みM水 COD 為160 mg /L 左右，出水在70 mg /L左右，去除率穩(wěn)定在 60% 以上，且在運行過程中，去除率變化不大，說明陶瓷膜對 COD 的去除作用比較明顯且穩(wěn)定，即陶瓷膜在截留有機物質(zhì)方面效果較好，出水 COD 也已滿足電鍍循環(huán)冷卻水回用標準。
2. 3. 2 反滲透運行效果
對反滲透工藝連續(xù)進行 12 h 監(jiān)測，分析過膜壓差、產(chǎn)水率及 TDS 去除率隨時間的變化，具體如圖5、6 所示。
從圖 5 可見，過膜壓差隨時間呈上升趨勢，產(chǎn)水率隨時間呈下降趨勢，且過膜壓差與產(chǎn)水率呈相關關系。隨著運行時間的延長，產(chǎn)水率逐漸減小，低時為 73% ，此時需要進行反沖洗。在實際工程中，建議在運行 4 h 后，對反滲透膜進行反沖洗，反沖洗后過膜壓差基本恢復，產(chǎn)水率穩(wěn)定在 75% 以上。
從圖 6 可見，反滲透對 TDS 的去除率較高且比較穩(wěn)定，當進水中 TDS 為 3 400 mg /L 左右時，出水TDS 均降至 180 mg /L 以下，去除率穩(wěn)定在 94% 以 上。說明反滲透工藝是去除 TDS 的關鍵。
提標改造工程增加了陶瓷膜 － 反滲透深度處理工藝，出水 COD 和 TDS 分別達到 8． 5 mg /L 和 136mg /L，滿足冷卻水回用標準。改造工藝中陶瓷膜對濁度的去除效果非常顯著，出水濁度降至 0． 3 NTU;反滲透對 COD 和 TDS 的去除率都非常高，去除率分別達到 87． 9% 和 96． 0% ; 反滲透濃水經(jīng)高效蒸發(fā)器蒸發(fā)，基本實現(xiàn)零排放。此提標改造工藝對電鍍污廢水的深度處理和零排放具有實際指導意義，同 時，促進了陶瓷膜、反滲透膜及高效蒸發(fā)器的推廣應用。工業(yè)純水設備, 蘇州水處理設備。
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