1 廢水來源及水質(zhì)
寶鋼電鍍鋅機組生產(chǎn)工藝中，為提高產(chǎn)品質(zhì)量，對生產(chǎn)工藝進行了改進，導致大量的Zn2+隨廢水排出，從而使酸堿廢水處理系統(tǒng)中排放水Zn2+超標排放標準為≤4 mg/L，平均為14.26～9.71mg/L，造成月繳排污費20～30萬元；另一方面造成了資源浪費。引起排水鋅含量超標的廢水主要來自機組中的溶鋅坑和廢水坑，水質(zhì)變化無規(guī)律，其成份詳見表1。
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表1 冷軋含鋅廢水水質(zhì) |
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內(nèi)容 |
數(shù)值 |
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含鋅濃度/(mg·L-1) |
≤800 |
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pH |
1～5 |
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SO42-/(mg·L-1) |
≤23000 |
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TFe/(mg·L-1) |
≤50 |
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游離酸/(mg·L-1) |
≤450 |
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因此有必要在加強工藝控制管理的同時，對冷軋含鋅廢水進行治理，同時設法對鋅進行回收利用。
2 中和-薄膜過濾工藝的確定
寶鋼冷軋廠電鍍含鋅廢水處理，受總圖布置的局限，最大可利用面積為600m2，由于處理水量較大，若采用中和—沉淀法，占地面積需800 m2以上。經(jīng)比較并考慮到寶鋼實際生產(chǎn)過程中現(xiàn)代化技術(shù)水平、現(xiàn)場總圖布置及技術(shù)經(jīng)濟指標選擇采用了中和—過濾法，使占地面積降至400 m2。雖然中和—過濾法的單元技術(shù)是成熟的，但作為大型工業(yè)的整體電鍍廢水處理系統(tǒng)，尚不多見。設計方案中采用先進的膜分離技術(shù)即薄膜液體過濾器，國內(nèi)尚無應用于處理電鍍含鋅廢水的先例。為慎重起見，先進行了必要的模擬試驗，探索運行條件，如濾前廢水的pH、濾脫精度、濾速，以確定合適的設計參數(shù)。
2.1 設計參數(shù)
廢水處理量：120～150 m3/h
廢水水質(zhì)：詳見表1
中和反應pH控制值：8.5～9.0
石灰乳制備能力：20 m3/h
石灰乳濃度：8%～10% Ca(OH)2
壓縮空氣用量：35 m3/min，壓力為0.2 MPa
薄膜過濾器過濾膜孔：0.5 μ
薄膜過濾器過濾壓力：0.1～0.2 MPa
過濾清液Zn2+濃度(或含量)：Zn2+≤4 mg/L
2.2 工藝流程
由冷軋電鍍鋅機組排出的高鋅濃度廢水進入中和反應池，以工業(yè)消石灰為中和劑中和，廢水pH由1～2提高到 8.5～9，然后經(jīng)薄膜液體過濾器作固液分離，過濾后濾液達標排放，污泥送現(xiàn)有酸堿廢水處理污泥系統(tǒng)。工藝流程見圖1。
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整個處理工藝采用PLC控制，設備和閥門均設現(xiàn)場控制操作箱，同時在操作室內(nèi)設中央控制和人機操作界面工作站。系統(tǒng)工作狀態(tài)根據(jù)設置的CRT畫面進行動態(tài)顯示，并可實現(xiàn)設備故障統(tǒng)計、運行狀態(tài)顯示以及歷史記錄查閱。
由圖1可知，電鍍含鋅廢水處理裝置由四個單元組成：
① 中和反應及固液分離單元。這是整個水處理工藝的核心部分，充分反應有效控制pH值以使Zn2+形成Zn(OH)2沉淀析出，是確保廢水合格排放的前提，而高效率的固液分離是保證合格排放的關(guān)鍵。本單元由3座中和反應池、3臺薄膜液體過濾器以及空氣攪拌裝置和控制儀表等組成。
②石灰乳制備及供給單元。該部分由石灰料倉、石灰乳制備及供應投加系統(tǒng)組成，包括倉體、螺旋給料機、混合器、溶解槽、攪拌機組及石灰乳輸送泵等設施。制備好的石灰乳濃度為8%～10%，由輸送泵送中和反應池。
③ 污泥處理單元。由污泥收集池、泥漿泵等組成。污泥經(jīng)濃縮后送壓濾機壓濾。
④ 鹽酸活化清洗單元。由鹽酸池和輸送循環(huán)泵等組成。該部分是為了清洗濾膜上殘存的CaSO4和Zn(OH)2以免堵塞膜孔影響過濾流量。
3 主要技術(shù)經(jīng)濟指標和處理效果
3.1 主要技術(shù)經(jīng)濟指標
廢水處理量：2880 m3/d
工業(yè)消石灰：7.47t/d
壓縮空氣耗量：35m3/min
用電量：1800 kWh/d
過濾水回用：200m3/d
3.2 處理效果
實際處理水量與排水水質(zhì)狀況見表2；經(jīng)環(huán)保部門隨機抽樣，均未發(fā)現(xiàn)Zn2+超標。
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表2 處理水量與水質(zhì) |
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內(nèi)容 |
運行平均值 |
環(huán)抱標準值 |
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處理水量/(m3·h-1) |
100～120 |
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Zn2+/(mg·L-1) |
2.13 |
≤4 |
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pH |
8.5～9 |
6～9 |
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SS/(mg·L-1) |
＜1 |
＜150 |
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3.3 效益分析
該工程投資約1300萬元，投產(chǎn)后，避免了環(huán)保部門的巨額罰款和每月繳納排污費20～30萬元。目前，由于過濾后清液水質(zhì)較好，部分已代替原設計中制備石灰乳所用的工業(yè)水和作為雜用水，每天可節(jié)約工業(yè)水200 m3左右。根據(jù)出水水質(zhì)情況，處理后水質(zhì)基本上可達到或接近寶鋼工業(yè)水水質(zhì)標準。若對這部分水予以利用，估計一年可節(jié)約工業(yè)水約1.0 Mm3，按工業(yè)水價格1.2元/m3計，折合人民幣120萬元。
4 薄膜液體過濾應用中存在的問題
4.1 薄膜液體過濾的特點
薄膜液體過濾器是將膨體聚四氟乙烯專利技術(shù)與全自動控制系統(tǒng)完美地結(jié)合在一起的固液分離設備。其過濾方式獨特，它是利用薄膜來進行表面過濾，使液體中的懸浮固體被全部阻擋在薄膜的表面，因而過濾效果好。該濾膜具有表面摩擦系數(shù)低、單位膜面積成孔率高等特性，能始終保持較低過濾阻力和較高膜通量。另外，膜材料具有較好的化學穩(wěn)定性并能結(jié)合設備裝置自動反清洗的特點，做到連續(xù)過濾，使得設備體積小，占地面積省。
4.2 應用中存在問題
寶鋼冷軋廠電鍍鋅廢水處理采用薄膜過濾技術(shù)，據(jù)了解國內(nèi)外尚屬首例，因而沒有應用實績和經(jīng)驗，在應用中尚存在一些問題，主要歸納如下：
4.2.1 當廢水中pH較高(pH＞5)時，投加中和劑Ca(OH)2的量就減少，使廢水中的含固量較低，減少了良好的架橋物質(zhì)，從而影響過濾效果和過濾器正常的反沖。后采取投加少量硫酸進行預處理和在石灰乳中添加少量輕質(zhì)碳酸鈣的辦法，使過濾趨于穩(wěn)定。
4.2.2 原設計配制石灰乳是利用寶鋼工業(yè)新水，而工業(yè)水中的菌藻，尤其是細菌的分泌物(粘狀體)隨石灰乳進入廢水中，對薄膜過濾產(chǎn)生嚴重影響。由于一般化學方法無法把粘狀體物質(zhì)清洗干凈，聚附在膜表面，從而影響了過濾效果，當廢水中含固量較少時情況尤為突出(細菌及其分泌物直接附著在濾膜表面)。后采取向廢水中投加 NaClO(投加濃度為15～20 mg/L)和用濾后清液代替工業(yè)水配制石灰乳的措施，使過濾器基本恢復正常運行。
4.2.3 薄膜液體過濾器每使用一段時間后，要用鹽酸進行活化。但濾膜的使用周期畢竟有一定限度，到時要予以更換，究竟一次使用能維持多長時間尚無這方面的經(jīng)驗，需待實踐證實。
5 結(jié)論
5.1 采用中和—薄膜過濾工藝處理電鍍含鋅廢水是成功的。選用濾膜孔徑為0.5μ，控制pH＝8.5～9，可確保Zn2+充分去除，水中剩余濃度達到國家排放標準。
5.2 在選擇和確定處理工藝時，必須詳細了解廢水的來源及廢水中水質(zhì)的變化，如pH值、有機物、菌藻及油等影響過濾的因素，以便采取相應的措施如設調(diào)節(jié)池等使過濾器發(fā)揮其特性。
5.3 薄膜液體過濾的高去除率，使清液可得到再利用，以節(jié)約水資源，實現(xiàn)零排放。
