江西省水鉆行業水污染狀況調查及處理工藝研究

王 麗，張 浩，鈕佰杰，王元月,2*，周 武，何友文，王先勇

(1. 中節能環保投資發展(江西)有限公司，330096，南昌；2. 中節能工程技術研究院有限公司，100082，北京)

0 引言

水鉆是一種將水鉆坯料(玻璃珠胚)經過磨削拋光等工序生產成的一種仿鉆型產品，廣泛應用于衣物、提包、發飾等物件的裝點配飾。我國水鉆產業起步和規模化發展始于浙江省浦江縣，經過近四十年的發展，目前已經成為全國最大的水晶玻璃加工集散地之一，產品市場占有率達70%以上[1-2]，因此被譽為“中國水晶玻璃之都”。然而，由于當時產業結構失當，治污力度不夠，“小、散、亂”水鉆企業給當地帶來了嚴重的環境污染[3-5]。

自2013年開始，浦江縣啟動了水環境綜合整治，同時推動水晶產業的轉型升級[6]，在此過程中，部分企業家將目光瞄向中西部省份，謀求新發展出路。2015年，江西省余干縣抓住沿海地區水鉆產業轉移的契機，利用現有存量土地和閑置廠房，并出臺優惠政策和鼓勵措施，規劃建設水鉆產業園，當年就成功吸引了項目總投資20億元的13家水鉆企業和1家水鉆生產設備制造企業落戶[7]。隨著水鉆產業聚集區在江西多地逐步形成，生產排放的特殊廢水給當地水環境的不利影響也逐步顯現。本文通過實地調研，系統梳理了江西省水鉆企業的分布情況，明確水鉆生產工藝及排放廢水的水質特征，并開發了一種水鉆廢水處理工藝，能夠確保水鉆企業實現廢水穩定納管排放，為江西省水鉆行業的健康發展提供技術支撐。

1 江西省水鉆行業分布

通過在余干、武寧等多個工業園區的現場調研與互聯網資料搜集整理，了解到目前江西省已落戶約40家水鉆行業企業，產品涵蓋水鉆飾品、水鉆胚料、水鉆膠粉以及水鉆機械設備生產等，已形成了相對完整的水鉆配套產業鏈。特別指出，余干縣積極推動成立江西省水鉆協會，與東華大學聯合創建“中國水鉆研究院”，建成并投入使用了水鉆博覽館，為水鉆產業展示和裝備產品推銷提供了一個重要平臺窗口，推進水鉆產業集群化發展，引導產業鏈走向高科技精深加工[8]。

如表1所示，江西省水鉆企業主要分布在上饒市余干縣和九江市武寧縣，其中，余干縣水鉆產業園入駐企業14家，武寧縣的萬福工業園和盤溪工業園合計共有水鉆企業14家，其他企業分布在鷹潭龍崗產業園、廣昌縣工業園以及上饒信州區、蓮花縣、貴溪市、南昌市等地。單個水鉆企業的廢水產量相對較低，平均為152 m3/d，甚至部分企業能夠實現生產廢水的循環利用。在調研的企業中，最大排水量為江西省賽利得水晶有限公司，達到853.1 m3/d。

表1 江西省水鉆企業分布情況表

表1 (續)

2 水鉆行業水污染特征

玻璃水鉆生產是對主要原料玻璃珠進行碾磨、拋光、清洗、烘干、吸塑、圓磨機平面磨、敏化、化鍍、噴漆、吸塑片酸洗、洗銀、清洗等工序，其工藝流程如圖1所示。

圖1 水鉆生產工藝流程

生產廢水主要來自于下料清洗、酸堿清洗、碾磨和拋光、鍍銀和洗銀清洗等工序。不同工序產生的廢水應單獨收集處理，例如，鍍銀和洗銀清洗廢水需采用還原沉淀法進行預處理，經過還原沉淀后的此部分清洗水外排入污水處理站。常規下料清洗水等主要含有懸浮物，經沉淀后絕大部分上清液可以回用。毛江楓等人[9]開展了水晶玻璃加工行業的污染排放系統調研，得到了水鉆生產的不同工序原輔料使用情況及污染物排放情況，如表2所示。由于鍍銀工序使用到氨水，導致鍍銀清洗廢水中氨氮濃度較高，達到358 mg/L。由于玻璃在切割、磨削、打孔、拋光等機械加工過程中產生大量含有玻璃粉、拋光粉和金剛砂的廢水，導致懸浮物濃度普遍高于1000 mg/L。最終到集水池內的廢水的pH和COD分別為9.62和1 723 mg/L，因此，水鉆廢水呈現偏堿性、高COD和高懸浮物的水質特征。

表2 水鉆生產各工序原輔料使用情況及污染物排放情況[9]

通過實際調研了余干水鉆產業園多家水鉆企業，發現其中一股水鉆堿液清洗廢水污染物濃度最高，應引起足夠重視。在水鉆加工工序中，水鉆坯料需要通過膠粉固定后才能進行磨削和拋光，用到的膠粉多為蟲膠和松香，不溶于水但能溶于堿液，故磨好的玻璃水鉆需要進行多次堿清洗，才能去除干凈殘余在水鉆表面的膠粉。表3給出了實際調研的5家企業洗鉆廢水及企業污水處理站總出水的水質情況，可以看出，該股洗鉆廢水呈強堿性(pH為11.58)、高電導率(5 317.8 μS/cm)、高COD(17 160 mg/L)和高氨氮(132.22 mg/L)特征。企業污水站總出水的污染物濃度均出現大幅降低，主要是由混凝沉淀、生化曝氣等處理措施以及其他大量清洗水稀釋共同導致的，但總出水的平均COD濃度依然高達538 mg/L，仍超過《污水綜合排放標準》(GB8978—1996)中的三級標準(COD≤ 500 mg/L)，表明所調研企業存在超標排放情況。

表3 余干水鉆產業園部分企業洗鉆廢水及外排水水質

3 洗鉆廢水預處理工藝研究

通常水鉆企業將清洗水鉆的堿液循環重復使用，直至膠粉在其中溶解達到飽和后才重新配制堿液，所以該股洗鉆廢水具有水量少、間歇集中排放的特性，必須進行妥善預處理，否則會對企業污水處理站乃至園區末端污水處理廠產生嚴重的沖擊負荷。

由于洗鉆廢水具有呈強堿性、高COD、高懸浮物等特性，且考慮到膠粉易溶于堿液、不溶于水的特性，故提出順序投加“酸/PFS/破乳劑+PAC/PAM”的兩級混凝預處理工藝，充分去除洗鉆廢水中的溶解膠粉、COD和懸浮物后再排入企業污水處理站。圖2給出了該股洗鉆廢水的兩級混凝預處理工藝流程。

圖2 洗鉆廢水兩級混凝預處理工藝流程

洗鉆廢水單獨收集后，首先進入一級混凝池，用酸調節pH至7左右，投加聚合硫酸鐵(PFS)，起到混凝和回調pH的雙重作用，投加破乳劑強化對膠粉的混凝效果。經過固液分離后上清液再進入二級混凝池，投加聚合氯化鋁(PAC)和絮凝劑PAM，經過沉淀后得到洗鉆廢水上清液，排入企業污水處理站，最終實現達標納管排放。兩級沉淀產生的含有大量膠粉的污泥經過板框壓濾之后外運處置。

表4給出了針對某水鉆企業洗鉆廢水的實驗結果。可以看出，該洗鉆廢水的初始COD濃度高達200 000 mg/L，懸浮物SS濃度為900 mg/L，經過上述兩級混凝預處理后，COD可降至9 000 mg/L，去除率達到95.5%，同時SS去除率也達到98.9%。通過調研得知，通常情況下水鉆企業每天產生的洗鉆廢水水量僅占總廢水量的5%左右，經過兩級混凝預處理后的洗鉆廢水排入企業污水處理站后，再由其他大量低濃度清洗水稀釋并在微生物生化處理作用下，水鉆企業的最終總出水能夠滿足《污水綜合排放標準》(GB8978—1996)中的三級標準(COD≤500 mg/L，SS≤400 mg/L)，即達標排入園區污水管網。通過初步核算，洗鉆廢水兩級混凝預處理的藥劑消耗為酸0.4 L/m3、破乳劑1 L/m3、聚合硫酸鐵8 kg/m3、聚合硫酸鋁15 kg/ m3、聚丙烯酰胺0.1 kg/ m3，合計藥劑成本可以控制在45元/m3以內。

表4 洗鉆廢水預處理效果

4 結論

1)江西省余干、武寧、廣昌等地工業園已形成規模化的水鉆產業聚集區，包含水鉆機械、水鉆坯料、水鉆及衍生品等在內的完成產業鏈條已經構建完成。水鉆企業平均廢水產量為152 m3/d，但存在出水COD超標排入園區管網情況，對園區下游污水處理廠的穩定運行以及當地水環境質量安全產生一定風險。

2)實地調研發現，其中一股水量約占水鉆企業每天排放總廢水量5%左右的洗鉆廢水污染程度較重，應引起特別重視。洗鉆廢水平均pH和電導率分別達到11.58和5 317.8 μS/cm，呈強堿性和高鹽特征，其平均COD和氨氮濃度高達17 160 mg/L和132.22 mg/L，主要污染物質是溶解態的膠粉。

3)針對該股高濃度洗鉆廢水，提出了順序投加“酸/PFS/破乳劑+PAC/PAM”的兩級混凝預處理工藝，通過實驗取得了95.5%、98.9%的COD和SS去除率，藥劑成本可以控制在45元/m3以內。洗鉆廢水的高效預處理能夠保證水鉆企業總出水穩定滿足納管排放標準。