電鍍清洗廢水零排放工程實例

張 晨，竇彤靈，呂曉存

（無錫新吳環保科技有限公司，江蘇 無錫 214028）

0 引言

某外資企業主要從事氣動控制元件、電磁閥、氣缸和氣缸零件等的研究、開發和生產，設有注塑、壓鑄、精加工、電鍍、噴涂和組裝等生產工序，其產品享譽全世界。該企業有2條電鍍線：一條鍍鉻生產線，一條鍍鎳生產線。生產線的清洗廢水中含有大量的鉻和鎳等重金屬離子，毒性較大，有些還含致癌、致畸、致突變的劇毒物質，對人類危害極大[1]。

隨著我國工業化進程加快，近年來長期積累的重金屬污染問題開始逐漸顯露，造成了較大的社會影響，而電鍍企業又是產生重金屬污染物的重要來源[2]。為解決電鍍工業的重污染問題，我國環保政策日趨嚴厲，要求電鍍企業通過新建或改建的方式增加處理設施，達到廢水“零排放”，專注產品生產，以期實現經濟、環保、社會效益的統一[3]。電鍍工業傳統的廢水處理工藝大多采用化學混凝沉淀的方法，通過氧化還原及酸堿沉淀等化學反應，使有害的電鍍污染物變成無害或易分離的物質[4]，泥水分離后再通過過濾吸附，基本滿足直接排放要求。但本工程要求廢水處理后回用，不能排放，且水質要達到純水標準（≤20 μS/cm），所以傳統的工藝無法滿足，只能作為預處理使用。此時，膜技術逐漸成熟，膜產品逐漸走向市場化，其中有以壓力為分離驅動力的超濾、納濾、反滲透、微孔過濾和以電位差為分離驅動力的電滲析，還有膜分離和生物降解合為一體的膜生物反應器等一系列膜分離技術，在電鍍廢水處理工藝中發揮著功不可沒的作用[5]。劉偉等[6]利用超濾膜和反滲透膜協同處理電鍍綜合廢水，取得了很好的效果。本項目結合廢水水量、水質及回用要求，采用化學混凝沉淀+膜濃縮+蒸發結晶的組合工藝來實現電鍍清洗廢水“零排放”。

1 項目概況

1.1 廢水分類及水量

含鉻廢水包括含鉻電鍍生產線和浸滲生產線2部分清洗廢水，水量共計35 m3/d；含鎳電鍍生產線產生的清洗廢水水量為20 m3/d。

1.2 設計處理能力

廢水總水量為55 m3/d，設計每天運行20 h。考慮80 %超濾回收率和15 %預留部分富余處理能力，則該廢水處理系統的設計處理能力為4 m3/h。

1.3 廢水水質

采用含鉻和含鎳廢水等比例混合后的水質指標，詳見表1。

表1 廢水水質指標

1.4 回用水標準

回用水水質標準詳見表2。

表2 回用水水質標準

2 工藝設計

2.1 工藝流程

整套廢水系統工藝流程見圖1。

圖1 工藝流程

含鉻廢水進入還原槽內，槽中投加H2SO4和NaHSO3，控制pH值在2～3，此時通過化學反應，廢水中的六價鉻全部還原成三價鉻，還原后的含鉻廢水混入含鎳廢水。混合廢水由泵輸送至化學混凝槽，在槽中先投加NaOH，控制槽中pH值在9～10，使廢水充分與藥劑反應，生成Cr(OH)2和Ni(OH)2等沉淀物。然后投加PAC 和PAM，使廢水中的沉淀物顆粒變大后進入沉淀池，進行泥水分離。沉淀槽底部污泥經收集輸送至污泥濃縮槽中，上清液溢流至中和槽。向中和槽中投加H2SO4，調節pH值在6～7 之間。

中和槽出水連續進入砂過濾器和活性炭過濾器中過濾吸附，去除水中大部分懸浮物后進入超濾。超濾作為反滲透的預處理，進一步凈化水中雜質，使超濾淡水達到反滲透膜的進水要求，濃水收集后作為砂炭過濾器的反洗水。超濾淡水由高壓泵輸送至一級RO，控制回收率為60%，濃水進入二級RO，控制回收率為50%，二級RO 的淡水和一級RO 的淡水同時進入三級RO，而二級RO 的濃水則進入蒸發結晶系統。在三級RO 中，控制回收率為90%，其淡水達標后進入回用水槽回用于生產車間，而濃水則回流至一級RO 再處理。

二級RO 濃水經預熱器進入單效加熱器加熱，再進入單效分離器進行汽水分離后，然后濃縮水再進入二效加熱器和分離器中進一步負壓蒸發濃縮。控制雙效蒸發器濃縮倍數為6倍，防止廢水在雙效蒸發器中結晶，影響其處理能力。快要結晶的濃縮水進入結晶干燥機進行蒸發結晶，結晶析出物含水率低于30%后作為危廢外運處置。雙效蒸發器和結晶干燥機的蒸發冷凝水回流至前段超濾再處理。

沉淀槽污泥由污泥泵輸送至污泥濃縮槽進一步重力壓縮沉淀，然后進入板框壓濾機壓濾。最終壓濾后的濾餅作為危廢外運處置，其含水率為70%左右。而濾液和污泥濃縮槽的上清液則流入地溝，由潛水泵提升至含鎳原水槽再處理。

系統中砂炭過濾器的反洗水、多余的超濾濃水和反洗水，以及3 組RO 的快充水均排入鎳系原水槽。

2.2 設備參數與系統控制

2.2.1 主要設備技術參數

化學混凝沉淀系統主要設備包括還原槽、混凝槽、沉淀槽以及中和槽。其中還原槽設計處理能力為2 m3/h，其他設備設計處理能力為4 m3/h，其具體尺寸和技術參數見表3。

表3 化學混凝沉淀系統主要設備技術參數

膜濃縮系統包括砂炭過濾器、超濾和3 組RO。考慮到膜濃縮系統回收率及水量平衡關系，砂炭過濾器設計處理能力為4 m3/h，超濾設計處理能力為5 m3/h，一級RO 設計處理能力為4 m3/h，二級RO 設計處理能力為2 m3/h，三級RO 設計處理能力為3.5 m3/h。其主要設備技術參數如表4。

控制血糖。①飲食、運動治療。根據孕周、體重和血糖指數計算患者每日所需攝入總量，合理搭配，保證蛋白質、碳水化合物、脂肪、維生素及微量元素的攝入，滿足孕婦及胎兒發育所需。根據孕婦身體適當進行有氧運動。②血糖監測。每周對空腹血糖、三餐后2 h血糖進行監測，如血糖控制較差，需給予胰島素治療。③胰島素皮下注射，從小劑量開始，根據血糖控制水平對胰島素用量進行調整至血糖達理想水平。

表4 膜濃縮系統主要設備技術參數

蒸發結晶系統包括雙效蒸發器和結晶干燥機，加熱源為市政蒸汽。其中雙效蒸發器中主要設備采用石墨材質制作，管道材質為鋼襯四氟，其設計處理能力0.8 m3/h：結晶干燥機采用雙向不銹鋼2205 制作，屬于全自動成套設備，其設計處理能力0.15 m3/h。其主要設備技術參數見表5。

表5 蒸發結晶系統主要設備技術參數

污泥處理系統包括污泥濃縮槽、污泥隔膜泵和板框壓濾機。其主要設備技術參數見表6。

表6 污泥處理系統主要設備技術參數

2.2.2 系統控制

整套廢水系統通過PLC 設置，除板框壓濾機和加藥需人工干預，其余均實現自動控制，包括液位計與離心泵和攪拌機的聯動，pH 計、ORP 計與加藥泵的聯動，以及根據時間繼電器的設備聯動，其主要控制參數見表7。

表7 主要控制參數

以上砂炭過濾器半年更換1 次填料，超濾和3組RO 化學清洗頻率均為10～15 d/次。

2.3 運行效果

整套廢水系統安裝、調試好后運行3 個月，在主要節點處取水樣檢測，以評估廢水處理工藝和設備運行效果。主要節點包括混合原水、沉淀出水、砂炭過濾器出水、超濾淡水、一級RO 淡水和三級RO 淡水。具體檢測數據見表8。

表8 主要節點水質檢測數據

由表8可知，總鉻和總鎳主要在混凝沉淀系統中去除，去除率均＞95%，剩余微量部分經過一級RO 和三級RO 后全部去除，回用水中含量低于檢測線ρ（總鉻）＜0.004 mg/L，ρ（總鎳）＜0.05 mg/L；廢水中CODCr主要由少量乳化油和表面活性劑組成，在混凝沉淀系統中去除率為45 %，通過砂炭過濾器過濾和吸附，其去除率為37%，最后通過一級RO和三級RO 后全部去除，回用水中含量低于檢測線（ρ（CODCr）＜8 mg/L）；而廢水電導率直接反映水中含鹽量，主要通過一級RO 和三級RO 降低，其中一級RO 下降率為91%，三級RO 下降率為94%，最終回用水電導率為6 μS/cm，符合回用要求。這里需要說明的是超濾不會降低電導率，而表8 中超濾淡水電導率下降的原因是雙效蒸發器和結晶干燥機冷凝水進入超濾后稀釋導致的。

3 運行中存在的問題與解決方案

（1）起初系統安裝調試好后運行1 周，發現一級RO 污堵非常嚴重，化學清洗頻率過高，1～2 d 就要清洗1 次。且每次清洗后的膜通量都在快速下降。究其原因是：含鉻廢水中有一股浸滲清洗廢水，水中含有少量硅酸鈉，它能起到微孔（細縫）滲透密封的作用。硅對膜濃縮系統影響較大，若不對其進行有效處理，會造成反滲透膜的結垢污堵，且極難清洗，大大縮短其核心元件膜的使用壽命，嚴重影響膜系統的正常運行[7]。

最終解決方案：在一級RO 前新增1臺活性炭吸附器（D=1.5 m，H=2.5 m），對微量硅酸鹽進行充分吸附，阻斷硅酸鹽對反滲透膜的污染。增加活性炭吸附器后，作用明顯，一級RO 化學清洗頻率降低至10～15 d/次，且化學清洗效果良好，膜通量恢復正常。

（2）原蒸發結晶系統中結晶部分采用的是傳統結晶工藝，即雙效蒸發器把二級RO 濃水濃縮至過飽和狀態后進入冷卻罐降溫，此時水中鹽分過飽和析出，最后進入離心機泥水分離。濾液經收集后再進入雙效蒸發器進行蒸發濃縮，循環處理，達到去除水中鹽分的目的。但是試運行1 個月后發現，雙效蒸發器的二效換熱器形成的結垢會嚴重影響設備的傳熱性能[8]，處理能力下降至0.5 m3/h，遠低于0.8 m3/h 的設計能力，二級RO 濃水來不及處理，越積越多。

最終解決辦法：拆除冷卻罐和離心機等原有結晶設施，增加1臺全自動結晶干燥機。雙效蒸發器只負責濃縮廢水，在濃縮水快要結晶時排出至結晶干燥機。同時添加H2SO4，控制雙效蒸發器中廢水pH值在5～5.5，防止濃縮過程中金屬類氫氧化物沉淀析出，徹底杜絕雙效蒸發器結垢。而結晶干燥機最大的特點是在其換熱壁上設有全貼合、無縫隙自動刮板裝置，當蒸發結晶物析出粘附在換熱壁上，刮板能將其完全刮除，從而不影響換熱效果。整套設備采用PLC 控制，無需人工干預，結晶物含水率＜30%。系統改造后運行1 個月，效果良好，雙效蒸發器的處理能力一直維持在0.8 m3/h 左右，結晶干燥機則維持在0.15 m3/h 左右。

4 結論

本項目設計采用化學混凝沉淀+膜濃縮+蒸發結晶的組合工藝處理電鍍清洗廢水。實際運行中化學混凝的pH值控制在9～10 范圍內，而超濾、一級RO、二級RO 和三級RO 的回收率分別控制在80%，60%，50%和90%，最終三級RO 淡水CODCr、總鉻和總鎳均低于檢測線，而電導率≤20 μS/cm，達到純水水質標準后回用于生產，循環利用。

二級RO 濃水再經過雙效蒸發器和結晶干燥機后，蒸發冷凝水經冷卻后收集回流至超濾，而結晶析出物含水率＜30%，跟普通飽和結晶離心方式（含水率約70%）相比，結晶物產生量減少約1倍，其和壓濾機污泥則作為危廢外運處理，真正實現了電鍍清洗廢水的“零排放”。

目前整套廢水處理系統處理能力和回用水水質都達到了設計要求，且系統運行穩定、安全和可靠。