電鍍表面處理中心含鉻污水預處理工藝

1、引言

電鍍作為機械裝備制造、電子信息等領域的重要配套環(huán)節(jié)，決定區(qū)域裝備設備制造水平先進性，尤其在智能化制造時代，有著極其重要的作用。然而我國電鍍行業(yè)尚以大量消耗資源的粗放型經營為特點，部分企業(yè)由于疏于監(jiān)管，超標排污現象偶有發(fā)生，未經處理達標的電鍍廢水排入河道、池塘，滲入地下，對環(huán)境造成嚴重的污染和危害，重金屬污染已成為電鍍行業(yè)重要的特征污染物。電鍍生產過程中排放的重金屬主要以絡合形態(tài)存在，由于水質復雜且波動性大，因此電鍍廢水是最難處理的工業(yè)廢水之一。目前，電鍍廢水的處理主要有化學法、物理法、物理化學法和生物法等方法。

目前，某行政區(qū)內已有8家電鍍企業(yè)，但布局分散、規(guī)模小，傳統(tǒng)工藝占主導，部分領域電鍍工藝完全依靠外協解決，給下游企業(yè)帶來了較大的成本壓力，同時影響地區(qū)相關產業(yè)的綜合競爭力。根據區(qū)域發(fā)展實際情況及后期規(guī)劃，擬將區(qū)域現有分散的電鍍企業(yè)進行集中化規(guī)模化管理，同時引進部分區(qū)內亟需的電鍍種類，更好地滿足周邊地區(qū)制造業(yè)對電鍍行業(yè)的需求。因此，區(qū)域內擬投資建設表面處理中心，實現電鍍行業(yè)集群化、規(guī)范化發(fā)展的客觀需要，也有利于滿足不斷擴張的電鍍市場需求，提升地區(qū)產業(yè)綜合競爭力，促進經濟高質量發(fā)展。

2、污水處理設計

2.1 設計處理水質水量

根據周邊地區(qū)電鍍市場容量及區(qū)域發(fā)展規(guī)劃，表面處理中心擬引進各類滾鍍、掛鍍鋅生產線、鍍銅、鎳、鉻生產線、酸洗磷化、化學鍍、鍍貴金屬、電解拋光生產線等自動化電鍍生產線150～250條，總表面處理面積為311～518萬m2/年。

參考相關規(guī)范中關于電鍍廢水的常見分類情況。廢水處理站的廢水分為9類：含鉻廢水、化學鎳廢水、含鎳廢水、含銅含磷廢水、含銀含氰廢水、酸堿廢水、混合廢水、初期雨水、生活污水。根據金屬表面處理中心電鍍面積折算，項目產生的廢水總量為1378000～1554000m3/年，同時按照表面處理中心各個電鍍線自來水使用量折算廢水產生量，廢水總量為4570m3/d。金屬表面處理中心廢水處理站廢水設計總量為5000m3/d?？紤]項目實際建設過程中，存在項目入駐時間不一，生產排放廢水量及水質的波動的情況，廢水處理站分兩期建設，一期、二期設計處理規(guī)模分別為2500m3/d。本次以2500m3/d處理規(guī)模為例開展設計。

參考同類工程經驗，含鉻廢水約占總廢水量的14％，此次設計水量為350m3/d，廢水進出水設計指標如表1所示。

2.2 污水處理工藝流程及說明

2.2.1 還原系統(tǒng)

2.2.1.1 調節(jié)池

含鉻廢水主要來源于鍍鉻、鈍化、化學鍍鉻、陽極化處理等工藝，廢水中污染物主要為六價鉻、三價鉻、銅、鐵等金屬離子和硫酸等；鈍化、陽極化處理等廢水還含有被鈍化的金屬離子以及部分添加劑、光亮劑等。一般廢水中六價鉻濃度在200mg/L以下，pH值為4～6。

含鉻廢水先經調節(jié)池收集，達到穩(wěn)定水量及水質的目的，調節(jié)池設計停留時間大于8h。含鉻廢水調節(jié)池利用穿孔曝氣的方式，對進水進行混合。水池配套液位計，帶信號傳輸，液位計與進水泵聯動，同時了解并調節(jié)系統(tǒng)處理水量，在進水泵后端設置流量計。含鉻廢水經收集，均衡水質水量后，經泵提升進入含鉻廢水還原池。

2.2.1.2 還原池

還原沉淀法是目前應用較為廣泛的含鉻廢水處理方法?；驹硎窃谒嵝詶l件下向廢水中加入還原劑，將Cr6+還原成Cr3+。然后再加入氫氧化鈉或代堿劑，使其在堿性條件下生成氫氧化鉻沉淀，從而去除鉻離子。該類廢水中兼有Cr3+、Cr6+離子及其他金屬離子，為使Cr6+還原為Cr3+在后續(xù)工段中去除，首先投加酸調節(jié)pH至2、3之間（由在線pH儀自動控制投加量），再投加還原劑將Cr6+還原為Cr3+在后續(xù)工段中去除，ORP控制在250mV以下（由在線ORP儀自動控制投加量）。還原池設計停留時間為1h，利用攪拌器對還原池進行攪拌，保證廢水與藥劑充分接觸。鉻還原反應方程式如下：

2.2.2 兩級反應沉淀系統(tǒng)

2.2.2.1 一級反應沉淀池

經還原后的廢水中污染因子為三價鉻，同時還有部分其他的金屬離子，根據在堿性條件下，三價鉻及銅離子會生成氫氧化物沉淀的原理，調節(jié)反應pH環(huán)境，達到去除廢水中重金屬離子的目的。一級反應沉淀池包括調堿池、PAC池、PAM池及沉淀池，設計水力停留時間為30min。

（1）調堿池。

廢水進入調堿池，通過加藥系統(tǒng)在調堿池投加氫氧化鈉，根據氫氧化物沉淀形成及再溶解所需pH值，氫氧化鉻沉淀開始pH值為6.8，沉淀開始溶解pH值為12，同時氫氧化鉻溶度積為7x10－31。為此，調堿池加堿后，Cr3+與廢水中的堿性物質反應生成細小的氫氧化物顆粒，最終去除，反應方程式如下：

（2）PAC、PAM池。

投加PAC和PAM與廢水充分進行絮凝反應，使銅離子、Cr3+沉淀分離，PAC池和PAM池的水力停留時間為30min。

（3）一級沉淀池。

混凝反應后的混合廢水進入一級沉淀池沉淀，達到固液分離的目的。一級沉淀池污泥經污泥泵進入污泥池濃縮暫存。一級沉淀池設計污泥表面負荷低于0.7m3/m2?h。

2.2.2.2 二級反應沉淀池

為保證含鉻廢水重金屬的處理效果，增設二級反應沉淀系統(tǒng)。

（1）重捕劑池。

通過投加重捕劑，進一步去除廢水中重金屬離子。重捕反應pH范圍在10～11。反應池設計停留時間為30min，配套不銹鋼襯塑攪拌器重捕后的廢水，進入PAM池。

（2）PAM池。

PAM池的增設是為了提高重金屬沉淀物的沉淀效果。反應池設計停留時間為30min，配套不銹鋼襯塑攪拌器，攪拌速度在15r/min，慢速攪拌，滿足混合溶液混合的條件，同時不打破助凝形成的釩花。

（3）二級沉淀池。

混凝反應后的廢水進入二級沉淀池沉淀，達到固液分離的目的。二級沉淀池污泥經污泥泵進入污泥池濃縮后進入污泥脫水系統(tǒng)。二級沉淀池設計污泥表面負荷低于0.7m3/m2*h。兩級反應沉淀后，系統(tǒng)出水經膜過濾后進入后續(xù)生化處理系統(tǒng)。

系統(tǒng)廢水后端設置中間罐，配套出水在線監(jiān)測裝置，避免一類污染物進入生化處理系統(tǒng)（圖1）。

2.3 主要構筑物設計參數和設備選型

含鉻廢水主要重金屬污染物為六價鉻、銅離子，廢水pH值為4～6。含鉻廢水經調節(jié)池收集后，經還原池反應，在酸性環(huán)境中，利用焦亞硫酸鈉將六價鉻轉化為三價鉻。廢水還原后經兩級混凝沉淀反應，達到去除鉻和銅離子的目的。經預處理后，重金屬得到有效處置，預處理后的含鉻廢水進入后續(xù)生化處理系統(tǒng)的調節(jié)池。

（1）調節(jié)池。

設計容積175m3，污水停留時間11h，池體尺寸：L7mxW5mxH5m，配套穿孔曝氣系統(tǒng)1套，含鉻廢水提升泵2臺（參數：流量15m3/h，揚程10m，功率2.2kW），流量計1只，液位計1只。

（2）還原池。

設計容積：15m3，污水停留時間1h，池體尺寸：L1mxW3mxH5m，配套攪拌器2臺（功率1.1kW），pH調節(jié)裝置1套，還原劑投加裝置1套。

（3）一級反應沉淀池。

設計容積180m3，污泥表面負荷：0.5m3/m2?h，池體尺寸：L6mxW6mxH5m，配套設備刮泥機1臺（功率：0.75kW），污泥泵2臺（參數：流量15m3/h，揚程15m，功率3kW），調堿池（容積：12m3、污水停留時間48min、池體尺寸L1mxW2.4mxH5.0m），pH值調節(jié)裝置1套，PAC池（容積12m3、污水停留時間48min、池體尺寸L1mxW2.4mxH5.0m），攪拌器1臺（1.5kW），PAC加藥裝置1套，PAM池（容積12m3，污水停留時間48min，池體尺寸L1mxW2.4mxH5.0m），PAM加藥裝置1套。

（4）二級反應沉淀池。

設計容積180m3（污泥表面負荷0.5m3/m2?h，池體尺寸：L6mxW6mxH5m），配套設備刮泥機1臺（功率：0.75kW），污泥泵2臺（參數：流量15m3/h，揚程15m，功率3kW），重捕池（容積12m3，污水停留時間48min，池體尺寸L1xW2.4xH5.0m），攪拌器1臺（1.5kW），重捕劑加藥裝置1套，PAM池（容積12m3，污水停留時間48min，池體尺寸L1mxW2.4mxH5.0m），攪拌器1臺（1.5kW），PAM加藥裝置1套。

（5）膜過濾系統(tǒng)。

設計容積40m3（池體尺寸：L2mxW2.5mxH4.0m，膜通量：20L/m2?h），膜清洗系統(tǒng)1套，清洗藥劑2套，穿孔曝氣系統(tǒng)1套，膜過濾出水泵2臺（參數：流量15m3/h，揚程15m，功率2.2kW）流量計1只，鉻/六價鉻在線監(jiān)測設備1臺，流量計1只。

3、廢水處置效果分析

根據《電鍍污染物排放標準》要求，預處理出水金屬鉻需達到相應的處理標準。同時，為保證生化處理的穩(wěn)定性，廢水經物化預處理后總鉻指標也需滿足生化要求。故針對離子態(tài)鉻，沉淀完全的情況下，計算鉻離子殘留離子濃度，計算數值見表2。

表2數據為理論數值，沉淀法中要求沉淀完全程度大于99.9％，而沉淀完全與否是根據反應達平衡后，沉淀的溶解度來判斷。影響沉淀溶解度的主要因素有以下幾種：同離子效應、異離子效應（鹽效應）、酸效應、配位效應，以上因素使沉淀的溶解度增大的現象。實際反應過程中，由于以上因素影響不可避免，殘留離子濃度會高于理論計算值，但實際污染物鉻出水濃度仍然遠遠小于排放濃度。

4、結論

本文根據實地調研資料及當地情況，結合項目設計對某表面處理中心含鉻廢水預處理進行初步設計，設計總體工藝路線為“調節(jié)+還原反應+二級沉淀+膜超濾”，設計出水總鉻指標滿足《電鍍污染物排放標準》（GB21900－2008）表2標準，該工程設計方案對于含鉻電鍍廢水治理具有一定的應用推廣作用。（來源：（江蘇龍環(huán)環(huán)境科技有限公司咨詢三所）