陶瓷膜在反滲透工藝用于電鍍廢水深度處理研究
【純水設(shè)備http://www.creativeimagessc.com】電鍍廢水水質(zhì)的日益復(fù)雜和地方排放標(biāo)準(zhǔn)的不斷提高，使得電鍍廢水處理過(guò)程中面臨更多挑戰(zhàn)。對(duì)山東某電鍍廢水處理廠提標(biāo)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(duì)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(dá)到 0． 28 mg /L 和 0． 08 mg /L，但 COD 及 TDS 不滿(mǎn)足回用標(biāo)準(zhǔn)。為此，在深度處理工藝中采用陶瓷膜聯(lián)合反滲透技術(shù)，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(shè)計(jì)規(guī)范》( CECS 61: 94) 中冷卻水回用標(biāo)準(zhǔn)。此外，采用蒸汽再壓縮技術(shù)( MVＲ) 對(duì)反滲透濃水進(jìn)行處理，實(shí)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(shí)，生產(chǎn)過(guò)程產(chǎn)生的廢水成分變得更加復(fù)雜，出水 COD 很難達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)純水設(shè)備，水質(zhì)波動(dòng)成為出水水質(zhì)達(dá)標(biāo)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(yùn)行中發(fā)現(xiàn)出水 COD 不滿(mǎn)足排放標(biāo)準(zhǔn)，可生化性也逐漸變差。針對(duì)上述問(wèn)題，電鍍廠于 2015 年對(duì)原工藝進(jìn)行改造，在生化單元沉淀池后新增陶瓷膜和反滲透工藝，進(jìn)一步提升了原有工藝的抗沖擊負(fù)荷能力與出水水質(zhì)，以實(shí)現(xiàn)廢水穩(wěn)定達(dá)標(biāo)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(jìn)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(guò)好氧池、沉淀池等工藝進(jìn)行處理，出水回用或排放。各工藝產(chǎn)生的污泥進(jìn)入污泥濃縮池，濃縮池上清液回流至綜合廢水單元進(jìn)行再處理。具體工藝流程見(jiàn)圖 1。
1. 2 原工藝運(yùn)行參數(shù)
1. 2. 1 微電解系統(tǒng)
電鍍廢水有機(jī)污染物結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，可生化性差。
微電解基于電化學(xué)、氧化還原反應(yīng)、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(shè)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(jìn)水管進(jìn)入電解池，有效水深為 7 m，進(jìn)水管距池底 0． 5 m，水力停留時(shí)間為 1 h。填料罐內(nèi)置填料支撐設(shè)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(shè)備由三套自動(dòng)加酸裝置和曝氣設(shè)備組成，在增強(qiáng)導(dǎo)電性的同時(shí)減少了膜表面沉積鈍化，曝氣盤(pán)布置在支撐板下 0． 3 m，曝氣采用鼓風(fēng)機(jī)，1 用 1 備，鼓風(fēng)機(jī)風(fēng)量為 4． 45 m3 /min，風(fēng)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(jìn)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(shí)間為 1． 5 h。
配套設(shè)備有組合填料、純水設(shè)備填料支架和曝氣設(shè)備，組合填料體積為 198 m3 ; 曝氣設(shè)備采用鼓風(fēng)機(jī)，1 用 1 備，風(fēng)量為 1． 79m3/min，風(fēng)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(shí)間為 1． 5 h。設(shè)置鼓風(fēng)機(jī) 2 臺(tái)( 1 用 1 備) ，風(fēng)量為 3． 92 m3 /min，風(fēng)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(guò)兩條溢流堰進(jìn)水，溢流堰的長(zhǎng)度均為 3 m，出水進(jìn)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(jìn)、出水水質(zhì)見(jiàn)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(shè)計(jì)規(guī)范》( CECS 61: 94) 中冷卻水回用標(biāo)準(zhǔn)。
經(jīng)檢測(cè)，微電解工藝對(duì)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(dá)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(mǎn)足設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。
電解和生化組合工藝對(duì)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(dá)70． 4% ，生化出水中除 COD及 TDS 外，其他指標(biāo)均滿(mǎn)足再生水回用作冷卻水的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。
2 污水廠改造工藝
針對(duì)廢水中難降解有機(jī)物及總含鹽量過(guò)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(biāo)改造工藝將原工藝中的回用水池用作陶瓷膜池進(jìn)行后續(xù)處理，在陶瓷膜及反滲透工藝中間設(shè)除油過(guò)濾器和保安過(guò)濾器，保證純水設(shè)備工藝正常運(yùn)行及出水水質(zhì)，一級(jí)反滲透及二級(jí)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(duì)二級(jí)反滲透濃水進(jìn)行蒸發(fā)，實(shí)現(xiàn)污水處理的零排放。新增深度處理工藝流程見(jiàn)圖 2。
2. 2 主要工藝設(shè)計(jì)參數(shù)
2. 2. 1 陶瓷膜裝置
廢水經(jīng)前期工藝處理后進(jìn)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(guò)濾后出水進(jìn)入陶瓷膜 1#出水水池; 陶瓷膜定期進(jìn)行反洗，反洗周期約為 24 h，每次沖洗時(shí)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(jí)反滲透系統(tǒng)
陶瓷膜產(chǎn)水池水經(jīng) ＲO 進(jìn)水泵進(jìn)入除油過(guò)濾器，過(guò)濾器采用配套式 DN800 玻璃鋼過(guò)濾器，內(nèi)置核桃殼濾料，濾后水通過(guò)保安過(guò)濾器進(jìn)入一級(jí)反滲透系統(tǒng)，保安過(guò)濾器正常出水約 5 m3 / h，濾芯過(guò)濾精度為 5 μm。一級(jí)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(jìn)入產(chǎn)品水池，濾后濃水進(jìn)入濃水箱。
2. 2. 3 二級(jí)反滲透系統(tǒng)
二級(jí)反滲透對(duì)一級(jí)反滲透濾后濃水進(jìn)一步過(guò)濾，濾后清水進(jìn)入產(chǎn)品水池，濃水進(jìn)高效蒸發(fā)器進(jìn)行蒸發(fā)。二級(jí)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(yùn)行效果
穩(wěn)定運(yùn)行一段時(shí)間后，對(duì)陶瓷膜及反滲透工藝出水水質(zhì)進(jìn)行檢測(cè)分析，檢測(cè)結(jié)果如表 2 所示。
檢測(cè)結(jié)果顯示: 陶瓷膜出水 COD≤75 mg /L，基本滿(mǎn)足冷卻回用水標(biāo)準(zhǔn)，陶瓷膜對(duì)濁度的去除效果較好，去除率達(dá) 85% 以上，可有效提高反滲透膜的進(jìn)水水質(zhì)，對(duì)減緩反滲透膜污染起到關(guān)鍵作用; 反滲透對(duì) TDS 處理效果顯著，去除率為 96． 0% ，出水濃度為 136 mg /L; 整個(gè)工藝出水色度、濁度以及 BOD5 基本為零，出水各檢測(cè)指標(biāo)均滿(mǎn)足冷卻回用水標(biāo)準(zhǔn)。
2. 3. 1 陶瓷膜運(yùn)行效果
利用孔徑為 100 nm 的平板陶瓷膜處理電鍍廢水，對(duì)進(jìn)出水進(jìn)行 48 h 的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，分析其起始時(shí)間到反沖洗剛結(jié)束時(shí)刻的產(chǎn)水流量、產(chǎn)水壓力隨時(shí)間的變化規(guī)律，具體見(jiàn)圖 3。
從圖 3 可見(jiàn)，產(chǎn)水流量最大值出現(xiàn)在運(yùn)行一開(kāi)始，達(dá)到了 3． 68 m3 / h，運(yùn)行 48 h 之后， 產(chǎn)水流量降低為 3． 1 m3 / h。在運(yùn)行過(guò)程中，陶瓷膜產(chǎn)水流量整體呈下降趨勢(shì)，產(chǎn)水壓力呈上升趨勢(shì)，在運(yùn)行 24 h后，陶瓷膜進(jìn)行反沖洗，純水設(shè)備反沖洗后通量基本恢復(fù)。
平板陶瓷膜對(duì) COD 的去除效果見(jiàn)圖 4?？梢?jiàn)陶瓷膜進(jìn)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(yùn)行過(guò)程中，去除率變化不大，說(shuō)明陶瓷膜對(duì) COD 的去除作用比較明顯且穩(wěn)定，即陶瓷膜在截留有機(jī)物質(zhì)方面效果較好，出水 COD 也已滿(mǎn)足電鍍循環(huán)冷卻水回用標(biāo)準(zhǔn)。
2. 3. 2 反滲透運(yùn)行效果
對(duì)反滲透工藝連續(xù)進(jìn)行 12 h 監(jiān)測(cè)，分析過(guò)膜壓差、產(chǎn)水率及 TDS 去除率隨時(shí)間的變化，具體如圖5、6 所示。
從圖 5 可見(jiàn)，過(guò)膜壓差隨時(shí)間呈上升趨勢(shì)，產(chǎn)水率隨時(shí)間呈下降趨勢(shì)，且過(guò)膜壓差與產(chǎn)水率呈相關(guān)關(guān)系。隨著運(yùn)行時(shí)間的延長(zhǎng)，產(chǎn)水率逐漸減小，低時(shí)為 73% ，此時(shí)需要進(jìn)行反沖洗。在實(shí)際工程中，建議在運(yùn)行 4 h 后，對(duì)反滲透膜進(jìn)行反沖洗，反沖洗后過(guò)膜壓差基本恢復(fù)，產(chǎn)水率穩(wěn)定在 75% 以上。
從圖 6 可見(jiàn)，反滲透對(duì) TDS 的去除率較高且比較穩(wěn)定，當(dāng)進(jìn)水中 TDS 為 3 400 mg /L 左右時(shí)，出水TDS 均降至 180 mg /L 以下，去除率穩(wěn)定在 94% 以 上。說(shuō)明反滲透工藝是去除 TDS 的關(guān)鍵。
提標(biāo)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(dá)到 8． 5 mg /L 和 136mg /L，滿(mǎn)足冷卻水回用標(biāo)準(zhǔn)。改造工藝中陶瓷膜對(duì)濁度的去除效果非常顯著，出水濁度降至 0． 3 NTU;反滲透對(duì) COD 和 TDS 的去除率都非常高，去除率分別達(dá)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(shí)現(xiàn)零排放。此提標(biāo)改造工藝對(duì)電鍍污廢水的深度處理和零排放具有實(shí)際指導(dǎo)意義，同 時(shí)，促進(jìn)了陶瓷膜、反滲透膜及高效蒸發(fā)器的推廣應(yīng)用。工業(yè)純水設(shè)備, 蘇州水處理設(shè)備。
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