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汽车工业废水处理及回用工程实例

来源:宏森环保 时间:2017-09-16

1、工程概况

  随着国内外汽车工业的发展,汽车涂装废水排放量逐年增加,对环境的污染日益严重。某汽车有限公司主要从事汽车生产,排出的废水由前处理线的脱脂废水、磷化废水、喷漆废水和电泳废水组成。汽车涂装废水中常含有表面活性剂、油类物质、磷酸盐、漆料、水溶性有机物、少量重金属离子等污染物。笔者采用物化、生化和反渗透相结合的工艺对该厂废水进行深度处理并回用,处理后产水可满足企业生产工艺用水的水质要求,而反渗透浓水达到《污水综合排放标准》(GB 8978—1996)三级标准要求。

2、废水水量与水质

  2.1 设计规模

  根据建设方提供的水量情况并适当考虑变化系数,设计处理规模为240 t/d,24 h连续运行,其中120 t回用于生产,另外120 t达到《污水综合排放标准》(GB 8978—1996)三级标准后排放。

  2.2 废水水质

  该废水水质特点为:水质波动较大,废水中无机物较多,可生化性较差,含有大量磷酸盐和表面活性剂等。设计进、出水水质指标见表 1。


3、废水处理工艺流程

  汽车工业废水含有磷酸盐、重金属离子和油类物质,生化性较差,目前国内外一般采用物化法进行预处理,后续采用生物处理工艺达标排放,较其他方法具有处理效果稳定、运行成本低、操作维护简单等特点,能有效解决汽车涂装废水的污染问题。但对于汽车工业废水处理后回用于生产用水的工程实例报道较少。

  该工程采用以下工艺流程:由脱脂废水、磷化废水、喷漆废水和电泳废水组成的综合废水混和后先经混凝气浮,然后加碱调节pH至合适范围,加入混凝剂、絮凝剂,使废水中的金属离子生成絮体;随后废水进入物化沉淀池,在重力作用下固液分离,调节上清液pH到6~9;后续生物处理阶段采用缺氧、好氧工艺,通过微生物的作用去除污水中的有机物、氨氮等使污水得到净化,然后废水进入生化沉淀池,在重力作用下固液分离,上清液经砂滤器、炭滤器、超滤、保安过滤器和反渗透深度处理后回用于生产,反渗透浓水达到《污水综合排放标准》(GB 8978—1996)三级标准后排放。工艺流程如图 1所示。


4、主要处理构筑物与设备
  4.1 调节池
  该池用于收集脱脂废水、磷化废水、喷漆废水和电泳废水等机械加工废水,对各废水进行均质均量,避免废水的浓度负荷对后段工艺造成冲击,保证处理效果。调节池设提升泵2台,1用1备,设液位控制仪3套。通过液位控制提升泵,高位启动,低位停止,超高、超低位报警。另在池底设置曝气搅拌装置,使废水充分混合,同时避免厌氧细菌滋生而产生异味。该池采用钢砼结构,地下式,工艺尺寸为9 000 mm×6 000 mm×4 500 mm ,有效停留时间21.6 h。
  4.2 pH调整池
  向该池加入碱调节至适合废水中矿物油破乳的pH范围。调节池设搅拌设施1套,药剂投加装置1套,pH控制器1套。碱的投加量受pH控制,由pH控制器自动实现。该池采用钢结构,钢结构内部环氧防腐,工艺尺寸为2 000 mm×2 000 mm×3 000 mm,有效停留时间1 h。
  4.3 加药反应池
  投加CaCl2、聚合氯化铝(PAC)和聚丙烯酰胺(PAM)并机械搅拌,使废水中的胶体以絮凝剂为凝聚核心,通过混凝剂的水解、吸附、架桥等作用,将悬浮物凝结为大的颗粒物。该池采用钢砼结构,设搅拌机设施1套,药剂投加装置1套。工艺尺寸为1 000 mm×1 000 mm×2 000 mm,有效停留时间1 h。
  4.4 气浮池
  气浮池由接触池和分离池组成。废水在接触池内与来自溶气罐的溶气水混合,析出的微小气泡与废水中的污染物接触并附聚在一起,通过分离池的作用使附聚体浮于水面,得以刮除,而处理后的废水从挡板下侧流出进入中和反应槽。气浮池采用钢结构,内部FRP防腐,包含1套溶气系统、1台刮渣机、1台空压机以及1套电控设备。工艺尺寸为5 000 mm×2 000 mm×2 500 mm,有效停留时间2 h。
  4.5 混凝池
  向混凝池中投加聚合氯化铝(PAC),使细小悬浮物生成絮体。该池内设机械搅拌设施1套,另设 1套混凝剂投加装置,采用钢结构,钢结构内部环氧防腐,工艺尺寸为2 000 mm×2 000 mm×3 000 mm ,有效停留时间1 h。
  4.6 絮凝池
  絮凝池投加聚丙烯酰胺(PAM),使絮体颗粒增大,沉降速度加快。内设机械搅拌设施1套,另设1套絮凝剂投加装置,采用钢结构,钢结构内部环氧防腐,工艺尺寸为2 000 mm×2 000 mm×3 000 mm,有效停留时间1 h。
  4.7 物化沉淀池
  采用斜管式沉淀池,处理能力大,处理效率高,停留时间短。经混凝和絮凝处理后的废水进入该池,在重力作用下进行固液分离,絮体自然沉淀,上清液则进入下一道处理工艺,泥渣进入污泥池处理。该池采用钢结构,设置斜管填料1套,排泥泵2台,1用1备,工艺尺寸为2 000 mm×4 000 mm×4 000 mm。
  4.8 缺氧池
  缺氧条件下,废水中的大分子有机物在微生物水解酶的作用下降解为小分子物质,增强了可生化性,同时反硝化细菌在缺氧条件下生存和增殖,达到脱氮效果。缺氧池内置穿孔曝气装置1套,采用钢砼结构,工艺尺寸为4 000 mm×7 500 mm×4 500 mm,有效停留时间12 h。
  4.9 好氧池
  经过缺氧处理后的废水进入好氧池,进行充氧曝气,此时水中好氧菌占绝对优势,并具有较好的活性。各种微生物在好氧条件下充分利用废水中的有机物质,在溶解氧为2~4 mg/L时进行好氧生物反应(自身的新陈代谢作用),将污水中大量有机物转化为CO2和H2O,同时将氨氮转化为硝酸盐氮的形式。曝气池活性污泥维持在2 500~4 000 mg/L。缺氧池与好氧池构成缺氧-好氧二段工艺组合,即A/O工艺,可以达到较好的脱氮效果。设混合液回流泵2台,1用1备。好氧池为钢砼结构,工艺尺寸为7 500 mm×8 000 mm×4 500 mm,有效停留时间24 h。
  4.10 生化沉淀池
  经过好氧曝气池处理后的废水进入生化沉淀池进行固液分离,上清液达标排放,部分污泥回流到好氧曝气池,剩余污泥进入污泥池处理。设污泥回流泵2台,1用1备。该池采用竖流式沉淀池,钢砼结构,工艺尺寸为D 4 000 mm×5 500 mm。
  4.11 中间水箱
  生化沉淀池出水自流进入中间水箱储存,由水泵提升到后续工艺段作进一步处理,设提升泵2台,1用1备,中间水箱采用10 m3的PE水箱。
  4.12 砂滤器
  经过砂滤器过滤,废水中直径较小的颗粒物等得以去除,保证后续处理工艺的正常运行。过滤器的滤料在工作一段时间后会产生污染物积聚,需要定期进行反冲洗,以保证其工作质量,反冲洗水将回到调节池重新处理。砂滤器净空尺寸D 1 600 mm×2 000 mm(1套),过滤速度5 m/h,滤层高度1.6 m,投放滤料为2.0~4.75 mm和0.21~0.42 mm精制石英砂。砂滤器自动反冲洗,每套设气动阀6个,反冲洗频率1次/d,反冲洗历时8 min。
  4.13 炭滤器
  炭滤器可过滤和吸附直径较小的悬浮物、有机物等,能很大程度地去除废水中的剩余污染物,以此保证后续工艺稳定运行。炭滤器净空尺寸D 1 600 mm×2 000 mm(1套),过滤速度5 m/h,滤层高度1.6 m,投放滤料为颗粒活性炭。
  4.14 超滤系统
  超滤系统选用天津膜天膜科技股份有限公司UOFⅣ型外压式中空纤维超滤膜,数量6支,单支膜产水量1.86 t/h,面积40 m2,25 ℃平均水通量50 L/(m2·h),工作压力0.03~0.15 MPa,材质为PVDF,外壳材质UPVC,外形尺寸D 90 mm×1 106 mm;机架1套,材质Q235A;反洗水箱与过滤水箱共用;反洗水泵选用立式多级离心泵,2台,1用1备,材质SUS304;清洗水箱与反渗透共用;清洗水泵与反渗透共用;清洗液过滤器与反渗透共用。
  4.15 过滤水箱
  超滤系统出水自流进入过滤水箱储存,经高压水泵提升到后续工艺段作进一步处理,设高压水泵2台,1用1备,过滤水箱采用10 m3的PE水箱。
  4.16 保安过滤器
  保安过滤器可去除浊度为1度以上的细小微粒,满足后续工序对进水的要求。该项目设有5 μm过滤器截留上述过滤器的穿透物,保护反渗透膜。
  4.17 反渗透系统
  选用美国陶氏公司BW30-400-FR型反渗透膜,数量10支,单支膜产水量1.0 t/h,工作压力1.2~1.5 MPa,材质为芳香聚酰胺(简称PA),膜壳材质SUS304。机架1套,材质Q235A。在压力驱动下,水通过高度选择性的反渗透膜,水中的无机盐、有机物、硬度离子、细菌等与水分离,去除率达98%~99%,反渗透系统产水率为50%。
  4.18 回用水箱
  经反渗透系统处理后的出水储存后回用,回用水箱采用10 m3的PE水箱。
5、工艺控制要点和系统运行情况
  脱脂废水、磷化废水、喷漆废水和电泳废水等机械加工废水的有机物浓度较高,且含有矿物油、悬浮物和氮磷等污染物。通过气浮和混凝沉淀处理可将COD降低到700 mg/L左右,生物系统(缺氧和好氧工艺)可将COD降低到70 mg/L左右,出水可稳定达标排放。实际运行时首先投加NaOH将废水pH调至8.5~9.0,然后按照3、5、1.0 mL/L的投加量分别加入5%(质量分数,下同)的CaCl2溶液、10%的聚合氯化铝和5%的聚丙烯酰胺溶液,混合反应60 min后进入气浮池,气浮出水按6、1.5 mL/L投加量分别投加10%的聚合氯化铝和5%的聚丙烯酰胺溶液,混凝沉淀出水较后进入生物处理系统,生化出水经砂滤器、炭滤器、超滤、保安过滤器和反渗透深度处理后回用于生产,反渗透浓水可达到GB 8978—1996三级标准。该工程已稳定运行4 a多,从实际检测结果来看,反渗透产水COD稳定在32~45 mg/L,电导率稳定在18~42 μS/cm,可满足生产用水水质要求;反渗透浓水COD稳定在128~302 mg/L,SS稳定在26~51 mg/L,达到GB 8978—1996三级标准后达标排放。

6、结论

  6.1对汽车工业废水采用气浮—混凝沉淀—生物法—反渗透工艺深度处理后部分回用是可行的,反渗透产水满足生产工艺用水要求,反渗透浓水达到GB 8978—1996三级标准要求。
    6.2气浮工艺控制要点为:进水pH控制在8.5~9.0,然后按照3、5、1.0 mL/L的投加量分别加入5%的CaC12溶液、10%的聚合氯化铝和5%的聚丙烯酰胺溶液,混合反应时间为1 h。
    6.3物化混凝工艺控制要点为:分别按照1.5 mL/L投加10%的聚合氯化铝和5%的聚丙烯酰胺溶液,混凝和絮凝反应时间均为1 h。
    6.4该工程废水处理量为240 t/d,工程总投资为282万元,一次性投资较高。在未考虑设备折旧的情况下,日常运行成本为3.6~4.2元/t。
    6.5运行实践结果表明,该项目较为适宜的回用率为50%,将汽车工业废水处理与回用有机结合起来,既大量减少污染排放,又能节约水资源,可以取得良好的经济效益、社会效应和环境效益,节能减排效果十分明显。