機械加工生產廢水處理零排放工程實例

劉 興

(栗田工業(蘇州)水處理有限公司，江蘇 蘇州 215122)

機加工行業是我國經濟的重要支柱產業之一，涉及酸洗、切削加工、金屬磷化、電泳等行業。隨著我國機械加工企業的迅速發展，機械加工廢水的排放量也與日俱增，機加工廢水中含有酸、堿、鹽、礦物油、各類乳化劑、防腐劑等多類污染物，具有很強的污染程度和毒性危害。也導致該類廢水具有易乳化、生化性差、成分復雜、難降解等特點，是目前國內外廢水處理的難點和熱點之一[1-2]。

我國淡水資源較缺乏，國家對排污的控制也越來越嚴格，尤其是發達地區。2008 年1月1日實施的江蘇省地方標準《太湖地區城鎮污水處理廠及重點工業行業主要水污染物排放限值》(DB32 1072-2007)中表3太湖地區重點工業行業主要水污染物排放限值要求排污單位最后出水氨氮小于5 mg/L，總氮小于15 mg/L。

在我國經濟發達地區如太湖流域地區對新建項目更是要求實行含氮磷廢水零排放要求[3]。

蘇州某機加工有限公司為專業設計制造汽車空調壓縮機的企業，主要包括機件脫脂廢水、酸洗磷化廢以及清洗廢水等。生產廢水具有種類繁多、成分復雜、排放無規律、水質水量波動大的特點。本著盡量減少工程投資、減少占地面積、降低處理難度和運行成本的原則，經過多方調研論證[4-5]，最后確定采用預處理+氣浮+AO+MBR+MVR的零排放處理工藝。文中系統闡述了該工藝對機加工廢水的處理效果，并介紹了各主要構筑物的設計參數和工程經濟指標等情況。

1 廢水水質與水量

該廢水水質特點為：水質波動較大，含油濃度高，可生化性較差，含有大量磷酸鹽和表面活性劑等。要求處理后的廢水進行回用，主要用于沖廁、綠化及清洗地面。設計出水水質達到國家《城市污水再生利用城市雜用水水質》(GB/T 18920-2002)標準，同時滿足零排放要求。設計進、出水水質指標見表1。

表1 設計進出水水質

2 工藝流程

由于廢水為弱酸性廢水，且其中含有大量石油類以及高濃度的COD和TP，可生化性差，所以采用隔油+混凝沉淀+二級氣浮+A/O生化+MBR+MVR法對該廢水進行處理。

企業生產廢水量約為8 m3/d，預處理系統設計流量0.8 m3/h，每天運行10 h；生化系統設計流量0.5 m3/h，每天24h循環連續運行。

工藝流程如圖1所示。

圖1 廢水工藝流程

由圖1可見，車間廢水首先進入隔油池，該單元設有帶式除油機，去除廢水表面的浮油后廢水進入調節池進行水質水量調節。調節池內廢水由提升泵提升，進入pH調整槽，向其中投加NaOH將廢水pH值調節至強10～11，同時向廢水內投加CaCl2，實質同廢水內的磷發生反應，形成磷酸鈣顆粒物，繼而進入混凝絮凝槽，通過投加適量的絮凝劑PAC、助凝劑PAM藥劑，使微小固體顆粒形成大粒徑絮體后進入沉淀池泥水分離。底部污泥排入污泥濃縮池，上清液自流進入一級氣浮池。通過投加適量的PAC、PAM 與廢水發生反應后，使水中的乳化油及部分可絮凝污染物形成較大顆粒絮狀物， 同時由于氣浮設備產生微小氣泡吸附于絮狀物表面，使水內絮狀物浮出水面，由刮渣板收集排出。清液自流進入中間水池1繼而進入二級氣浮進一步除油除濁處理。

經過二級氣浮后的廢水，向其中投加H2SO4，調節廢水pH值至7～8后，打入AO生化池，利用微生物作用，降解廢水內的有機物及氨氮，繼而利用MBR膜過濾，濾除廢水內污泥、細菌等物質，達到泥水分離效果。膜池內污泥定期排放至污泥濃縮池。

由于企業廢水量較小，為了深度凈化及降低廢水電導率，MBR出水直接采用MVR蒸發器。MVR設備，引入蒸汽壓縮機或壓縮風機，通過回收利用二次蒸汽給廢水加熱，以達到蒸發的效果。MVR設備同其它蒸發器相比，具有節能環保、自動化程度高，運行穩定的特點[7-8]。MVR出水排入回用水槽再由回用水泵打入用水點回用，產生濃縮液委外處理。

沉淀池污泥、氣浮浮渣、生化系統產生的剩余污泥混合進入污泥濃縮池進行濃縮后，經過疊螺脫水機進行脫水后委外處理。

3 主要設施設計參數

(1)隔油池：1座，地下RC結構，設計尺寸：2000 mm×1000 mm×2500 mm，有效水深2.0 m。池內設有格柵板及隔板，以達到濾除大顆粒物質及隔油的目的。配套設備：帶式除油機1臺，除油量250 L/h。撇除的浮油收集后委外處理。

(2)調節池：1座，地下RC結構，設計尺寸：3000 mm×4000 mm×3000 mm，有效容積：30 m3。配套設備：1)提升泵2 臺，1 用1備，流量1 m3/h，揚程7 m，功率0.37 kW；2)浮球液位計1套，通過液位控制提升泵，高位啟動，低位停止，超高位報警。

(3)pH調整槽：1座，碳鋼+環氧防腐結構，設計尺寸：500 mm×500 mm×1700 mm，有效容積0.275 m3，HRT為20 min。配套設備：1)反應攪拌機1臺，轉速100 r/min，功率0.37kW；2)pH計：1套，檢測范圍：0～14；3)NaOH加藥系統1套。

(4)除磷反應槽：2座，碳鋼+環氧防腐結構，設計尺寸：500 mm×500 mm×1700 mm，有效容積0.275 m3，HRT為20 min。配套設備：1)反應攪拌機2臺，轉速100 r/min，功率0.37 kW；2)CaCl2加藥系統一套。

(5)混凝沉淀槽：碳鋼+環氧防腐結構，設計尺寸：1)混凝槽1座，設計尺寸：500 mm×500 mm×1700 mm，有效容積0.275 m3，HRT為20 min；2)絮凝槽1座，設計尺寸：500 mm×500 mm×1700 mm，有效容積0.275 m3，HRT為20 min； 3)斜管沉淀池1座，設計尺寸：1500 mm×2700 mm×2500 mm，表面負荷：0.27 m3/(m2·h)。配套設備：1)混凝攪拌機1臺，轉速100 r/min，功率0.37 kW；2)PAC加藥系統一套；3)絮凝攪拌機1臺，轉速40 r/min，功率0.37 kW；4)PAM加藥系統一套；5)斜管填料：φ50型，數量：4 m2。

(6)一級氣浮：1 套，碳鋼+環氧防腐結構，處理量1 m3/h。(包括氣浮機本體，刮渣機，循環泵、混凝絮凝槽、配套加藥系統等)。

(7)中間水池1∶1座，地下RC結構，設計尺寸：3000 mm×2000 mm×3000 mm，有效容積：15 m3。配套設備：1)提升泵2 臺(1 用1備)，流量1 m3/h，揚程7 m，功率0.37 kW；2)浮球液位計1套，通過液位控制提升泵，高位啟動，低位停止，超高位報警。

(8)二級氣浮：1 套，碳鋼+環氧防腐結構，處理量1 m3/h。(包括氣浮機本體，刮渣機，循環泵、混凝絮凝槽、pH回調槽、pH計、配套加藥系統等)。

(9)A/O生化池：1座，碳鋼+環氧防腐結構，設計尺寸：A池：設計尺寸：1500 mm×1500 mm×3000 mm，有效容積5.6 m3，HRT為11 h；配套設備：潛水攪拌機1套；O池，設計尺寸：4000 mm×1500 mm×3000 mm，有效容積：15 m3，HRT為30 h，配套設備：1)微孔曝氣系統：1套；2)鼓風機：2臺(1用1備)，風量0.9 m3/min，風壓29.4 KPa，功率；1.1 kW；3)污泥回流泵：2臺(1用1備)，流量10 m3/h，揚程10 m，功率0.75 kW；4)MBR膜，數量50 m2×2，材質PVDF，膜通量10L/ m2；5)抽吸泵：2臺(1用1備)，流量：1 m3/h，揚程10 m，功率0.37 kW。

(10)清水池：1座，碳鋼+環氧防腐結構，設計尺寸：4000 mm×1500 mm×3000 mm，有效容積：15 m3，HRT為30 h。配套設備：1)MVR進水泵：2臺(1用1備)，流量1 m3/h，揚程10 m，功率0.37 kW；2)浮球液位計1套，通過液位控制提升泵，高位啟動，低位停止，超高位報警。

(11)污泥池：1座，地下RC結構，設計尺寸：2000 mm×3000 mm×3000 mm，有效容積15 m3。配套設備：1)污泥氣動泵：2臺(1用1倍)，流量132 L/min；2)浮球液位計1套，通過液位控制污泥泵電磁閥，高位啟動，低位停止；3)疊螺污泥脫水機：1套，型號DL201，材質SUS304，處理量15～20 kg/h，功率0.55 kW，配套陽離子加藥系統1套。

(12)MVR蒸發器：1套，處理量0.5 m3/h，材質SUS316，蒸汽壓縮機形式：羅茨式蒸汽壓縮機，運行功率：68.55 kW。配套設備：1)主體設備：1套，含濃縮器、主換熱器、氣液分離罐、母液罐、冷凝液罐、真空汽水分離器、晶漿罐等；2)預熱及冷卻設備，1套，含冷凝液預熱器、蒸汽預熱器、不凝氣預熱器、冷凝器、蒸汽發生器等；3)泵及壓縮機設備，1套，含循環泵、出料泵、母液泵、排污泵、冷凝液泵、壓縮機等。

4 控制要點與調試

4.1 控制要點

機械加工廢水的有機物濃度較高，且含有礦物油、懸浮物和氮磷等污染物。通過混凝沉淀和氣浮處理可大大降低廢水COD、TP、礦物油及SS等污染物，因此物化預處理的效果會對后續生化及MVR系統造成很大的影響。對于物化預處理主要是pH及加藥量的控制。預處理后的廢水進入生物系統可將COD 降低到150 mg/L 左右，繼而廢水進入蒸發器蒸發處理，出水可穩定達標回用。

4.2 生化系統

采用接種馴化的方式培養活性污泥，能大大縮短培菌時間，有利于整個生化系統的快速啟動[9]。系統接種污泥來自某市工業區污水處理廠消化池內污泥，接種污泥含水率98%左右，接種污泥量10 t。投加污泥后，悶曝2 ～4 d，使得污泥恢復活性開始進廢水。起初控制進水COD 500 mg/L；開啟好氧池(O池)曝氣系統，控制O池DO在2～4 mg/L，逐步提高進水流量和進水濃度，其間，為了提高廢水的生化性，利于污泥生長，在生化池中投加適量葡萄糖營養劑。同時，根據水質水量情況調節污泥回流量，并定期排放剩余污泥。調試期約為30 d。

4.2 MVR系統

MVR主要有2個主要流程：(1)物料流程：原料液罐→進料泵→冷凝液預熱器→不凝氣預熱器→蒸汽預熱器→FC強制循環段→濃縮分離器；(2)二次蒸汽流程：二次蒸汽→蒸汽壓縮機→主換熱器→冷凝液罐→冷凝液預熱器。控制進水條件：SS：200 mg/L、COD：400 mg/L、石油類：24 mg/L、氯離子：300 mg/L、F離子：12 mg/L、鉛：1 mg/L、鎳：5 mg/L、電導率：6.00×10-6。運行時，控制系統內在-0.08 MPa，壓縮后蒸汽壓力不低于105 kPa；壓縮蒸汽溫度與壓縮前蒸汽溫差不低于16 ℃，且壓縮蒸汽溫度不低于101 ℃。

運行中，由于廢水含COD較高，隨著蒸發進度進行，有機物富集，勢必影響蒸發系統，故需要定期排放濃縮液，定排的周期以不影響蒸發器的蒸發量而定。

5 運行效果

經過調試運行后，滿負荷運行2 個月，連續監測各項水質指標平均值如表2 所示。

表2 系統各單元運行效果

由表2可見， 該工藝對于處理機械加工廢水效果良好、出水水質穩定，出水可以達到《城市污水再生利用城市雜用水水質》(GB/T 18920-2002)。同時，由數據看出，要想系統穩定運行，必須嚴格控制調節池內廢水水質，從而減少廢水水質、水量等負荷對生化運行系統的沖擊。

6 經濟分析

整個項目投資240萬元，主要耗能設備為MVR蒸發器，其動力消耗及運行成本預算見表3及表4，其余系統運行費用(包括電費、藥劑費)合計112元/d。綜上，整個系統運行費用(包括電費、藥劑費)合計1296.8元/d，折合噸水運行費用為162.1元/m3。水站每年回用中水：8 t/d×300 d=2400 t，節約自來水成本2400 t×6元=14400元。

表3 蒸發器動力消耗

表4 蒸發器小時運行成本預算

7 結論

(1)根據機加工廢水的特點及處理要求，選用隔油+混凝沉淀+二級氣浮+A/O生化+MBR+MVR的組合工藝，取得了良好的處理效果，系統運行穩定，最終出水水質優于《城市污水再生利用城市雜用水水質》(GB/T 18920-2002)標準，可以滿足廠區沖廁、綠化及清洗地面的水質要求。

(2)運行實踐結果表明，該項目回用率為100%，既大量減少污染排放，又能節約水資源，可以取得良好的經濟效益、社會效應和環境效益，節能減排效果十分明顯。

(3)項目總投資240萬元，整個系統運行費用合計1296.8元/d，折合噸水運行費用為162.1元/m3。每年回用廢水2400 t，節約自來水成本2400 t×6元=14400元。