快滲和沉淀法處理酸洗磷化廢水及對污泥去化水平研究

邱小強

(中山金粵環保工程有限公司，廣東 中山 528400)

酸洗磷化能夠對金屬表面進行處理，能夠起到除銹、防銹、提高附著力的作用，保證金屬壽命，為后續的生產做好準備[1-2]。酸洗磷化污水由金屬涂裝過程中脫脂、磷化產生，廢水中主要含乳化油、脫脂劑、潤滑油、表面活性劑、懸浮物、磷酸根以及酸、堿等有機或無機雜質污染物，只有對污水處理達標了才能更好地實現污泥去化的目標[3]。

隨著環境保護要求的日益嚴格，部分地區對于酸洗磷化行業廢水的處理以及排放標準也越來越高，在某些水系發達的地方對于新建的排放氮磷污染物較高的工業項目，實行環保一票否決制[4]。因此對于酸洗磷化廢水的進行有效的再回收處理，具有明顯的現實意義[5]。

針對酸洗磷化廢水，目前國內常見的處理工藝主要有隔絕油脂+酸堿中和+氣體懸浮+傾斜沉淀，二次中和+二次沉淀+氣體懸浮+活性炭吸附等工藝；經過上述工藝處理之后的污水，基本可以滿足《污水綜合排放標準》中的一級排放標準[5]。

但是這種品質的污水如果直接排入環境之中，仍會對環境產生一定的影響。常規處理工藝后的廢水具有較高的含鹽量，氯離子的濃度最高可高達2 000 mg/L以上，電導率可以達到 4 000 μs/cm，這種品質的水質不論是直接排放還是直接回用于酸洗磷化工序，都會帶來不良影響。

本文探索采用化學沉淀與人工快滲相結合的工藝對酸洗磷化廢水進行處理。人工快滲的操作是將污水通過具有滲濾效果的介質，通過沖水與干燥交替進行。通過一系列的物理、化學、生物作用去除懸浮物及其中的化學離子。人工快滲操作簡單、成本低廉，效果優良，維護方便[5]。

中山某鑄造公司對生產產生的廢水進行沉淀以及快滲處理，經過一系列操作后，水質滿足國際制定的相關標準，不會對人類生產生活、環保等方面產生負面影響。

1 處理水水質

廢水的產生主要是由于將金屬表面的油脂類雜質去除而產生。工體的工藝流程有半成品、脫脂、第一次水洗、酸洗、第二次水洗、酸堿中和、第三次水洗、表面調整、磷化、第四次水洗、熱水沖洗、空氣壓縮機干燥、浸塑過程。

1.1 廢水來源

從該企業的生產流程可以看出，整個過程中產生水污染的來源主要來源脫脂工藝、酸洗過程以及磷化過程中產生。

1.1.1 脫脂工藝

金屬表面所含有的油污是此工藝的主要成分，脫脂劑主要有堿性皂化除油劑(含有氫氧化鈉、碳酸鈉等堿性物質)；乳化除油劑(含有乳化劑等大分子表面活性劑)。此時產生的廢水中主要含有油脂、乳化劑等大分子物質，含有大量的可溶性物質，簡單的進行沉淀工藝根本滿足不了國家要求的各項污水處理標準[5]。

1.1.2 酸洗工藝

酸洗工藝主要是指利用酸堿等物質對金屬表面進行處。此工藝產生的廢水中有大量的酸堿、懸浮物繁多、金屬離子豐富、含有少量的有機物。

1.1.3 磷化工藝

根據工藝所用試劑以及反應環境，此工藝的廢水中含有大量的重金屬離子、磷酸鹽成分，整體而言水質成分組成較為單一，容易處理，可以通過大量添加堿性物質進行沉淀，經過處理后就可以滿足排放標準。

1.2 水質水量

設計廢水處理流量為每天五百方，根據污水的劃分原則，將污水進行分類，按照國家所規定的環保要求，設計廢水排放標準中各種物質的含量標準依據當地規定標準而確定。不同水質所含成分詳見表1。

表1 水質分類表

表2 處理后污水指標

2 處理方案及工藝

2.1 處理工藝流程

為了更好的達到排放標準，需要著重的去除水質其中的石油類有機物、磷酸鹽、以二價鐵形式存在的鐵離子以及COD，在利用好化學沉淀的基礎上輔以人工快滲的工藝進行污水處理，其處置流程圖如圖1所示。

圖1 相關工藝示意圖

圖2 CRI池現場工作圖

2.2 工藝說明

廢水在進入調節池之前首先經過格柵、隔油進行預處理，然后保證勻速緩慢的將污水泵入到反應池之內，將計算好數量的石灰乳投入其中，使得反應池整體的pH在10.0～10.5左右，此時主要形成碳酸鈣以及氫氧化鋅等細小的沉淀物，達到降低廢水中的TP以及鋅濃度的效果[6]。在向其中加入絮凝劑PAM，利用其吸附、絮凝等作用將水質中存在懸浮顆粒物以及部分膠體物質沉淀，反應槽處理結束后進入斜管沉淀器，完成沉淀物與水體的分離[1]。沉淀物進入污泥池，水體進入砂濾池進一步的處理。然后污水進入CRI，通過一系列的操作將水中剩余雜質無安全去除，對污泥進行干燥。污泥至污泥干化池干化，在此過程中也完成了污泥去化，可以對污泥進行下一步的資源利用化[7]。

2.3 工藝設計建筑物及相關參數

2.3.1 格柵/隔油/調節池

格柵尺寸長寬高分別為1.2 m、0.8 m、1 cm，污水流經格柵的速度為0.6 m/s，其材質為不銹鋼材質。

隔油池的尺寸長寬高分別為1.0 m、1.0 m、3.0 m，HRT=30 min，結構為鋼混結構。

調節池的尺寸長寬高分別為10 m、2.5 m、3.0 m，HRT=12.5 h，使用鋼混結構[8]。

使用抗腐蝕泵1臺進行泵送，1臺為了備用。水下推流機1臺進行水體輸送，2套電纜式浮球液位控制器，用于水體液面控制。

2.3.2 反應槽/斜管沉淀器

反應槽設計長寬高為φ1 200 mm×2 500 mm，HRT=15～30 min，有效容積為2.5 m3，結構為防腐鋼。

斜管沉淀池的尺寸長寬高為4.0 m×2.0 m×3.5 m，水力保持時間為5.5 h，使用防腐鋼進行建設使用計量泵2套，進行酸以及PAM的投放，保證液體流量能夠達到每小時80 L，另設計一套用于添加石灰乳的投放裝置1套；利用一臺功率超過1 kW的攪拌機在反應過程中進行攪拌；蜂窩狀斜管填料(φ50 mm)28 m3用于添加藥品；工業在線pH計1套進行反應過程中酸堿度的測試。

2.3.3 砂濾池/反沖洗水池

砂濾池設計長寬高為1.5 m×1.1 m×1.8 m，使用鋼筋混凝土進行建設，過濾流速為3.5 m/h，每秒每平方米能達到8 L的沖洗速度，過濾時間保證2 d；沖洗時間為10 min。使用液體向下沖的方式進行過濾，在池子底部自下而上填充一定的礫石層、砂濾層、清水層。

反沖洗水池與砂濾池共同建設，建于砂濾池下方，使用鋼筋混泥土建設為尺寸1.4 m×1.2 m×2.0 m，利用2臺反沖洗泵進行沖洗。

2.3.4 CRI

使用鋼筋混凝土建設尺寸長寬高為20.0 m、6.0 m、2.0 m的設施，分成2格，運行模式為干濕交替CRI采用干濕交替方式運行，每個池子工作時長12 h，主要工作流程有布水、排水、落干。工作池表層清水厚度為400 mm。中間濾層采用附近河流的浮砂(0.45～0.75 mm)作為滲透介質。為了更好的達到出去水中磷元素的效果，使用工業石灰對水層進行填充，最下層使用碎石層進行填充，達到集水的作用。配備1臺集水系統，2臺潛水排污泵(1臺備用)。

尺寸長寬高均為2 m，結構為鋼筋混凝土。

3 運行效果及相關費用

3.1 運行效果

經過該系統處理以后的水質，在權威機構的檢驗下發現，設備運行狀態正常，能夠滿足相關環保要求。

該工藝經過常規化學沉淀后祛除了污水中大部分的磷酸鹽、重金屬離子、以及部分石油物質，結合人工快滲工藝能夠對污水進行深度處理。污水水質檢驗結果表明將化學與人工沉淀工藝組合能夠對生產過程中產生的廢水中磷酸鹽、重金屬的去除率超過93%，對處理過的污水進行重金屬濃度測試，結果表明濃度遠遠低于國家所規定的污水排放標準，能夠極大的滿足污水處理要求與之前工藝相比，脫水污泥量減少了30%。

對該工程長期運行效果進行評價，經過統計計算進入人工快滲處理池中磷元素的濃度為1.95 mg/L左右，從其中流出水的磷元素的濃度0.09 mg/L，濃度大大降低，說明工程中所用的填充工業石灰、天然河砂等CRI 過濾介質，在物化及生物作用的強化作用下，能夠很好地去除水中的磷元素，不需要對其進行活性炭吸附即可驅除。對整個系統運行溫度敏感性進行測試，發現其溫度敏感性較低，即使在冬季最低氣溫下運行，對各類物質的去除效果未受到明顯影響，其中COD下降4% 左右，TP沒有實質性影響，運行過程中滲透速率也比較穩定。

3.2 運行費用

經過專家評估分析研究，綜合考慮電費、試劑費以及人工費得費用成本，處理一噸污泥的費用約為4元。沉淀污泥產生量為400 kg/d(含水率為20%)，雖然從運行成本計算可以看出比單純的石灰處理工藝要高，但是卻大大的減少了污泥處理費用，經過評估每年大約能夠節省大約20萬左右的費用。

4 結 論

本文所涉及工藝以化學沉淀為基礎去除污水中各種物質，同時利用人工快滲技術組合的工藝處理金屬件半成品工段產生的酸洗磷化廢水，經過長時間的運行以及監測，可以達到預定的設計效果，有效減少了污染物的排放。同時可以減少約30%的污泥量，極大降低污泥處置費用。