鋁是非常活潑的金屬，為防止表面氧化或受周圍環境影響而造成缺陷，鋁型材在使用前需進行表面處理。通過處理可在鋁型材表面形成保護膜，該保護膜起到美觀、耐腐蝕、提高機械強度和延長使用壽命的作用〔1〕。鋁型材表面的處理需要消耗大量的水，通常每噸鋁型材的表面處理要消耗50~80 t水。鋁型材表面處理產生的廢水主要為酸堿廢水，其中含有大量的Al3+、SO42-及少量的Ni2+、Sn2+、Cr3+、F-等，對該廢水通常采用酸堿中和的方法進行處理。該廢水一般呈酸性，須加堿中和，在中和過程中Al3+、Ni2+、Sn2+、Cr3+等形成氫氧化物在吸附和沉淀過程中被去除；而SO42-和F-等陰離子在混凝過程中與Ca2+、Fe2+等陽離子生成沉淀，被部分去除。鋁型材表面處理的主要耗水環節為脫脂、堿蝕、中和、氧化等工序的后水洗環節，上述環節對用水的水質要求不是太高，除脫脂、中和、氧化的后水洗用水pH 需大于2，堿蝕的后水洗用水pH 需小于12 外，濁度低于50 NTU，Al3+、SO42-分別低于500、2 000 mg/L 即可滿足要求〔2〕。由此，筆者利用混凝+微濾膜分離組合工藝處理鋁型材表面處理廢水以達到回用的目的。
本研究首先通過混凝沉淀試驗確定了組合工藝的最佳混凝劑、助凝劑及其投加量，然后考察了微濾膜操作因素對膜過濾性能的影響以及組合工藝的整體運行效果，并進行了技術經濟分析。該組合工藝可以實現節約用水、減少污染的目標，具有社會、環境和經濟多重效益。
1 試驗材料與方法
1.1 試驗用水
試驗所用設備直接安放在廣東省佛山市某鋁型材廠鋁型材表面處理生產線綜合廢水調節池的旁邊（該廠除含鉻、鎳等一類污染物的廢水單獨處理后進入調節池外，其余廢水直接進入調節池），所用廢水直接取自綜合廢水調節池，其水質：Al3+ 500~600 mg/L，SO42- 2 000~3 000 mg/L，濁度300~500 NTU，pH 3~5。
1.2 試驗裝置
試驗裝置如圖 1 所示。
圖 1 試驗裝置
混凝池、斜管沉淀池和過濾池的有效容積分別為30、50、80 L，微濾膜采用日本三菱公司生產的聚乙烯中空纖維膜，膜孔徑0．1 μm，膜絲內徑0．27 mm，外徑0.42 mm，膜面積2.0 m2。膜組件直接放置在過濾池中，其下方設置空氣曝氣管，起沖刷膜組件的作用。膜組件出水管兩端設置電磁閥，以時間控制器控制系統的出水與反曝氣。
1.3 試驗方法
1.3.1 混凝劑篩選試驗
為了選定合適的混凝劑及助凝劑，在探索階段通過序批式試驗對各種常用混凝劑的混凝效果進行了比較。根據鋁型材表面處理廢水的特點及后續廢水處理方案的需要，試驗中選用濁度，Al3+、SO42-去除率及絮凝體的沉降性能作為衡量指標，以尋求最佳混凝劑及投加量。
取若干只1 000 mL 燒杯，各加入500 mL 綜合調節池廢水（水溫和室溫均在28 ℃左右），加入計量的混凝劑，加入NaOH 粉末將pH 調至8.0，然后分別向各燒杯中加入計量的助凝劑PAM；置于六聯攪拌器上先以360 r/min 攪拌1 min，然后以150 r/min攪拌2 min； 靜置30 min 后取上清液測試絮凝沉淀效果。
1.3.2 混凝+微濾膜分離組合試驗
混凝劑與助凝劑溶液分別通過計量閥進入進水泵的吸水管路，與原水通過葉輪快速混合后進入混凝池；經慢速混合后進入斜管沉淀池；泥水分離后的上清液進入過濾池，在抽吸泵抽吸作用下經膜過濾獲得過濾出水。進氣閥和出水閥在時間控制器的控制下交替工作。根據混凝系統出水中懸浮物含量，每6 ~8 個周期排除過濾池底部沉泥1 次。
2 結果與討論
2.1 混凝沉淀試驗
本研究選用了FeCl2、FeCl3、Fe2（SO4）3、AlCl3、Ca（OH）2 5 種混凝劑，為了增加絮體的密實程度，選用PAM 作為助凝劑。混凝劑投加質量濃度分別為100、150、200、250 mg/L； 助凝劑投加質量濃度分別為2、4、6、8 mg/L。經過對比試驗得出各種混凝劑/助凝劑的最佳投加量及絮凝效果，結果如表 1 所示。
由表 1 可以看出，Ca（OH）2 /PAM 的混凝效果明顯優于其他幾種混凝劑。當Ca（OH）2投加質量濃度為200 mg/L、PAM 投加質量濃度為4 mg/L 時，混凝沉淀后出水濁度達50 NTU，出水Al3+、SO42-分別低于18、1 500 mg/L，表明采用單一混凝沉淀處理鋁型材表面處理綜合廢水，勉強能夠達到脫脂、堿蝕、中和、氧化等工序對用水的水質要求，但混凝劑投加量大，且出水水質不夠穩定。
單一混凝沉淀處理是通過投加足量的混凝劑和助凝劑以使水中懸浮膠體微粒形成沉降性能良好的絮體得以去除。采用混凝+微濾膜分離組合工藝，由于微濾膜分離技術可以達到0.1 μm 數量級的固液分離水平，投加的混凝劑和助凝劑僅使膠體顆粒通過壓縮雙電層脫穩即可，無需形成依靠重力沉降的顆粒尺寸，這不僅可以降低混凝劑和助凝劑的用量，而且較單一混凝沉淀增加了可去除的污染物范圍。試驗在Ca（OH）2投加量（200 mg/L）不變，但助凝劑PAM 只投加一半劑量（2 mg/L）條件下考察混凝+微濾膜分離組合工藝對鋁型材加工廢水的處理效果。
2.2 微濾膜周期反曝氣對膜過濾性能的影響
本研究采用平均膜通量作為膜過濾性能的評價指標。為減少膜污染的程度，保持膜過濾性能的穩定，試驗采用周期反曝氣運行方式以吹脫沉積在膜表面的泥餅層，反曝氣的壓力為0.15 MPa，每次反曝氣時間為3 min。不同運行周期條件下膜過濾性能的變化結果表明，膜周期反曝氣可較大程度地吹脫沉積在膜表面的泥餅層，減小膜污染，恢復膜通量，有效地維持了膜過濾性能的穩定；采用過濾30 min，反曝氣3 min 的方式運行，周期產水量可穩定在40L/（m2·h）左右。
2.3 混凝+微濾膜分離組合工藝的運行性能
以Ca（OH）2和PAM 作為混凝劑和助凝劑，投加質量濃度分別為200、2 mg/L，以30 min 過濾、3 min反曝氣的方式運行，在平均膜通量控制在40 L/（m2·h）的條件下穩定運行2 周。混凝+微濾膜分離組合工藝對鋁型材表面處理綜合廢水的處理效果如圖 2 和圖 3 所示。
圖 2 混凝+微濾膜組合工藝對濁度的去除效果
圖 3 混凝+微濾膜組合工藝對Al3+、SO42-的去除效果
由圖2可知，經過微濾膜過濾后的最終出水濁度為10 NTU 左右，完全滿足脫脂、堿蝕、中和、氧化等工序后水洗環節用水對濁度的要求。
由圖 3 可知，盡管系統進水SO42-波動較大（主要由不定期排放部分脫脂或出光槽液引起），但最終出水SO42-穩定在1 000 mg/L 左右，生成的硫酸鈣沉淀及氫氧化鋁沉淀對SO42-的吸附可能是該系統去除硫酸根的主要途徑； 經過混凝+微濾膜分離組合工藝處理后，系統出水Al3+穩定在8 mg/L 左右。經組合工藝處理后，系統出水完全滿足脫脂、堿蝕、中和、氧化等工序后水洗環節用水對Al3+和SO42-的要求。
3 技術經濟分析
與常規工藝相比，混凝+微濾膜分離組合工藝處理鋁型材表面處理廢水具有出水水質穩定、工程占地面積小、基建投資省、自動化程度高、運行管理方便等優點〔3〕，且出水可達到回用的目的。
以日處理和回用1 000 t 廢水為例，對混凝+微濾膜分離組合工藝進行技術經濟分析： 基建投資為15 萬元，設備費（膜價格150 元/m2）為18.6 萬元，折舊費（膜壽命以3 a 計，其他為20 a）為0.192 元/m3，能耗0.4 元/m3〔電費按0.8 元/（kW·h）計〕，藥劑費為0.133 元/m3，人工費為0.15 元/m3，系統總運行成本為0.875 元/m3。相比于企業目前的用水成本2.5 元/m3（其中自來水費1.3 元/m3、廢水處理費0.4 元/m3、排污費0.8 元/m3），經濟效益十分明顯。具體參見http://www.bnynw.com更多相關技術文檔。
4 結論
采用混凝+微濾膜分離組合工藝處理鋁型材表面處理綜合廢水并使之回用的工藝條件：以Ca（OH）2作為混凝劑、PAM 作為助凝劑，Ca（OH）2和PAM 的投加質量濃度分別為200、2 mg/L，微濾膜分離系統以30 min 過濾、3 min 反曝氣的方式運行。在此條件下，系統穩定運行2 周，盡管進水水質變化較大，出水濁度穩定在10 NTU 左右，Al3+和SO42-穩定在8 mg/L和1 000 mg/L 左右，出水水質完全滿足脫脂、堿蝕、中和、氧化等工序后水洗環節的用水要求。與常規處理工藝相比，混凝+微濾膜分離組合工藝在技術上具有明顯的優越性，經濟上可行。
