据中国汽车工业协会统计分析, 2015年, 中国品牌乘用车共销售873.76万辆[1]。随着国内外汽车工业的发展, 汽车涂装废水的排放量逐年增加, 对环境的污染日益严重[2]。某合资汽车集团主要从事汽车生产, 汽车厂运营期间主要有:涂装废水、纯水站废水、循环冷却排废水、生活污水。涂装废水主要有脱脂、磷化 (或薄膜处理) 、电泳以及喷漆废水。涂装废水含有树脂、表面活性剂、重金属离子、油、磷酸盐、油漆、颜料、有机溶剂等污染物, CODCr值高, 若不妥善处理, 会对环境产生严重污染[3]。我们采用物化、生化和膜处理相结合的工艺满足污水排放标准及回用要求。
1 废水水量与水质
1.1 设计原则
根据业主提供的水质水量情况并适当考虑变化系数, 设计处理规模为120 m3/h, 24 h连续运行, 其中部分回用于城市杂用水水质 (冲厕、城市绿化、车辆冲洗) 和工业循环冷却水, 多余废水达到《污水综合排放标准》 (GB 8978—1996) 三级标准后排放。
1.2 废水水质
油漆废水的排放分为间歇排放和连续排放。间歇排放的废水主要来源于定期倒槽的废液, 污染物浓度很高, 一次排放量大。连续排放的废水主要由各类浸槽溢流废水和车身喷淋废水, 经油漆车间潜水泵输送到废水站, 总水量很大。
从2013年起, 油漆涂装普遍采用薄膜工艺 (锆化工艺) 是替代磷化工艺, 是在车身上涂覆非常薄的含氧化锆的涂层替代传统的磷化层。相比在54℃温度下运行的磷化工艺, 薄膜前处理可在室温条件下运行。由于薄膜工艺不含磷、镍、锰等污染物, 故降低了水处理负荷。同时, 油漆车间逐步使用更环保的水性油漆代替传统的油性油漆, 进一步降低喷漆废水的排放量。但实际运行中, 采用新工艺后, 油漆车间定期排放水性废溶剂, 废溶剂月排放量不大, 但CODCr浓度可达数十万, 很难降解且有刺鼻的气味。
2 涂装废水处理工艺设计
汽车涂装废水含有磷酸盐、重金属离子和油类物质, 生化性较差, 一般采用物化法 (沉淀和气浮) 进行预处理;后续采用生物处理 (厌氧分解和接触氧化) 工艺达标排放, 较其他方法具有处理效果稳定、运行成本低、操作维护简单等特点, 能有效解决汽车涂装废水的污染问题;由于厌氧工艺段产生的恶臭处理难度大, 后续的生化工艺逐步取消了厌氧段, 仅保留接触氧化池, 出水仍能满足达标排放要求。
生物处理达标排放的污水再经过砂炭滤过滤, 实现简单的回用——冲厕。为了进一步开发中水的潜能, 在砂炭滤过滤后再进行超滤过滤, 前期出水水质刚好满足工业冷却水要求, 但超滤产水CODCr一直比较高, 导致使用中水的冷却系统污染严重, 循环冷却水加药量陡增, 循环水浓缩倍数锐减, 循环水排水量增大。总之, 采用砂炭滤+超滤工艺的产水也仅限于简单的回用——冲厕和洗车。要彻底拓宽中水回用的范围, 我们需要使用反渗透水处理技术 (为区别一般中水与反渗透产水, 我们将反渗透产水称为再生水) 。
反渗透水处理技术是20世纪末兴起的高端水处理技术, 具有高脱盐率、适应水质含盐量范围广、化学药剂消耗少、环保、占地面积小、自动化程度高、产水的水质稳定等特点[4], 广泛应用于超纯水制备和海水淡化等水处理。
再生水处理工艺如下:
该改造工程采用以下工艺流程:在生化出水进入二沉池前投加PAC, 强化二沉池的沉淀效果;从排放池提取上清液经砂滤器、炭滤器、袋滤器、超滤膜、保安过滤器和反渗透膜深度处理后回用于循环冷却水系统。
3 主要处理设备
3.1 PAC投加
经过生化处理后仍存在的悬浮物、残余磷、氨氮等物质, 需进一步进行混凝处理。在二沉池前段投加PAC, 提高了原有二沉池的沉淀效率, 进入砂滤器的浊度和CODCr浓度等指标都有所下降。
3.2 砂滤器
砂滤器一种利用过滤介质 (石英砂) 去除水中各中悬浮物以及其他微细颗粒, 最终达到降低水浊度的一种经典过滤设备。一般用于地表水预处理过滤, 该设备与其它水处理设备配合, 广泛地应用在自来水净化、循环水净化等场合。
3.3 炭滤器
选用煤质柱状活性炭, 利用活性炭的吸附能力降低水中小直径悬浮物、有机物等污染物的浓度。设计滤速8m/h, 活性炭对CODCr的去除率在15%以上。
3.4 超滤装置
超滤装置包括超滤前的50u袋式过滤器和超滤膜组件。50u袋式过滤器主要是去除水中的较大颗粒物质和纤维装杂质。超滤系统选用东丽公司压力式中空纤维超滤膜HFU-2020。超滤膜切割分子量15万道尔顿, 能够截留水中大于膜孔的悬浮固体、有机物和病菌等物质。采用PVDF材质的超滤膜, 不仅运行通量高, 而且具备很高的物理强度和化学稳定性。
在系统运行初期, 超滤产水CODCr在60mg/L以内, 刚好满足厂区敞开式循环水系统补水要求。随着油漆车间涂装工艺的改变, 有机溶剂加入废水站处理, 导致超滤产水无法满足循环水补水要求。但超滤产水回用于城市杂用水水质 (冲厕、城市绿化、车辆冲洗) , 仍是比较好的用途。
3.5 反渗透系统
反渗透装置包括5u保安过滤器和反渗透膜。5u保安过滤器内装有PP熔喷滤芯, 有效过滤管路系统残留的细小颗粒物, 保护反渗透膜。反渗透膜选用蓝星东丽抗污染膜, 应用纳米技术改良脱盐层, 使之变为电中性, 并提高膜片耐腐蚀性和降低运行压力。压力是反渗透过程的主要参数, 通常高压操作才会有高的产水率和高的脱盐率[5]。本项目使用一级两段连续式工艺, 控制回收率在50%。水中的TDS、CODCr等, 去除率达90%。为了减少膜表面的污染物结垢, 减少清洗频次, 必须做好预处理, 合理投加药剂, 并严格限制进膜废水的CODCr小于60mg/L。
4 工艺参数控制
项目运行过程中, 将调节池CODCr浓度控制在500mg/L~700mg/L, 保证二沉池出水CODCr小于100mg/L。废水经砂炭滤过滤后, 出水CODCr小于70mg/L;再经过超滤过滤, 出水CODCr小于60mg/L。反渗透产水 (再生水) 水质指标 (2015年8月至2016年1月数据平均值) 与再生水标准见表2。
深度处理设备运行期间, 产水水质优, 浓水水质达标排放。
5 结语
(1) 该改造工程, 一次性投资较高, 在未考虑设备折旧的情况下, 深度处理日常运行成本为1.6~2.2元/吨。 (2) 本工程可节约自来水5万吨/年。再生水水质优, 直接回用循环冷却水补水完全可行。相比自来水补水更节省了循环水药剂投加, 并提高了浓缩倍数, 减少循环水的排污量, 经济效益明显。 (3) 反渗透浓水达到《污水综合排放标准》三级标准要求, 可直接排放, 不增加原有废水处理系统的负担, 节能减排效果明显。
摘要：某合资汽车集团对工业废水进行深度处理, 分质分用途回用到厂内各系统。介绍了涂装废水反渗透工艺的系统组成、工艺原理及处理效果。实践表明:反渗透技术处理涂装废水, 系统运行稳定, 产水水质优, 满足GB 50050-2007《工业循环冷却水水处理设计规范》中的再生水水质指标, 浓水水质符合GB 8978—1996《污水综合排放标准》要求, 达标排放。
关键词：超滤,反渗透,汽车废水,再生水,回用
参考文献
[1] 2015年乘用车分国别销售情况简析.
[2] 陶秀成, 黄小甲与胡玉婷, 汽车涂装废水处理工艺设计及其运行实践.安徽化工, 2008 (01) :第52-54页.
[3] 蔡莹与高亮, 典型汽车涂装废水处理工艺.净水技术, 2004 (06) :第41-44页.
[4] 仲惟雷等, 高回收率反渗透系统在铝业大规模废水回用项目中的应用.膜科学与技术, 2014 (04) :第87-90页.
[5] 吴志超, 废水的物理化学方法处理.2001:同济大学环境工程教研室.