隨著經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，我國電鍍行業(yè)越來越發(fā)達(dá)，隨之產(chǎn)生的污染也越來越嚴(yán)重，每年產(chǎn)生的電鍍廢水約40億t。污染物種類多樣、組分復(fù)雜是電鍍廢水的最主要特點(diǎn)，大部分含有銅、鉻、鎳、鋅、鎘、金、銀等多種重金屬污染物，以及大量添加劑、光亮劑等有機(jī)化合物。人攝入鎳元素過多會導(dǎo)致中毒，頭發(fā)變白，也有可能患皮膚病。另外，鎳在自然環(huán)境中十分難降解，極易在生物體內(nèi)形成積累，破壞生物的正常代謝功能。因此，如果不對含鎳廢水加以處理，勢必會對環(huán)境和人體健康造成極大的危害。目前，我國處理電鍍廢水常用的方法有化學(xué)沉淀法、膜分離法、氧化還原法、電化學(xué)法等。膜分離技術(shù)因?yàn)榫哂胁僮骱唵巍艋矢摺⒑哪茌^少等優(yōu)點(diǎn)而逐漸被應(yīng)用于我國電鍍廢水的處理中。反滲透(RO)是目前使用最多的膜分離技術(shù)，但這種方法對原水的回收效率只有60%~70%，且在此過程中會產(chǎn)生反滲透濃水。這種濃水通常具有重金屬鹽濃度高的特征，可生化性很差，處理起來十分困難。江蘇某電子廠的電鍍廢水處理過程中便產(chǎn)生了大量含鎳濃水，亟待處理。
本工程針對上述反滲透產(chǎn)生的含鎳濃水的水質(zhì)特點(diǎn)，結(jié)合當(dāng)?shù)氐呐欧艠?biāo)準(zhǔn)，從提高凈化效率和節(jié)省企業(yè)用水成本兩方面來考慮，在去除水中高濃度的鎳時選擇了先進(jìn)行混凝沉淀預(yù)處理，再運(yùn)用過濾吸附+超濾+離子交換的組合工藝，效果喜人。
1、工程概況
本工程處理的原水為純水系統(tǒng)及中水回用系統(tǒng)產(chǎn)生的濃水，要求處理至當(dāng)?shù)啬澄鬯幚韽S的接管標(biāo)準(zhǔn)。純水系統(tǒng)的原水為自來水和中水，因產(chǎn)生的純水要作為生產(chǎn)線用水，故在處理工藝中采用了兩級反滲透處理。中水系統(tǒng)的原水為電鍍廢水預(yù)處理后回用的高鎳和低鎳廢水。純水系統(tǒng)和中水系統(tǒng)中反滲透產(chǎn)生的濃水經(jīng)混合后便進(jìn)入濃水處理系統(tǒng)中一起處理。濃水的水質(zhì)、水量以及出水水質(zhì)指標(biāo)均見表1。
2、廢水處理工藝
2.1 工藝流程
待處理濃水的主要特點(diǎn)為總鎳、COD以及SS較高，污染物種類多，處理較為困難。目前我國常用混凝沉淀法對含鎳的電鍍濃水進(jìn)行凈化，這種方法具有操作簡單、成本低的特點(diǎn)。但是單一的混凝沉淀法對電鍍廢水中的鎳和有機(jī)物的去除效率不是特別理想，越來越滿足不了處理需要。膜分離工藝中的超濾技術(shù)以及離子交換技術(shù)可以深度去除電鍍廢水中一些難處理的重金屬(如鎳)，但其對進(jìn)水的要求較高。廢水中其他組分的物理化學(xué)性質(zhì)不僅會影響超濾膜的去除效率，也影響膜的污染情況。因此采用了混凝沉淀+石英砂過濾+活性炭過濾的預(yù)處理。整個工藝流程見圖1。
2.2 工藝原理分析
2.2.1 混凝沉淀段
由于純水系統(tǒng)和中水系統(tǒng)所產(chǎn)生的反滲透濃水在水質(zhì)和水量上都不是非常穩(wěn)定，因此要先進(jìn)入濃水收集池進(jìn)行均質(zhì)均量，再進(jìn)入混凝池。通常pH為8~9時除磷效果最佳，而pH為10~11時除鎳效果最佳。在混凝反應(yīng)池內(nèi)，先通過投加適量的NaOH將pH控制在9~10的范圍內(nèi)，之后通過投加適量的聚合氯化鋁(PAC)和聚丙烯酰胺(PAM)使水中的懸浮細(xì)小顆粒、膠體和重金屬離子增大為容易沉降的絮狀體。混凝后的出水進(jìn)入斜板沉淀池中進(jìn)行固液分離。經(jīng)過混凝沉淀段后，水中的COD、鎳離子、SS、磷和氨氮均可以得到很大程度的去除。沉淀池出水進(jìn)入中間水池，通過投加適量的硫酸調(diào)節(jié)pH至6~9后即可進(jìn)行二次提升，送入后續(xù)處理設(shè)施中。斜板沉淀池中的污泥排入含鎳污泥池中，通過污泥壓濾機(jī)制成干泥后交由有資質(zhì)的單位處理。
2.2.2 石英砂過濾+活性炭過濾+超濾
這一階段的主要目的是對水中的COD、氨氮、SS和總磷進(jìn)行深度處理，同時對鎳作進(jìn)一步的去除。石英砂過濾器和活性炭過濾器主要是用作濃水進(jìn)入超濾設(shè)備前的預(yù)處理。
中間水池的出水先進(jìn)入石英砂過濾器，這一過程主要是在壓力的作用下通過過濾器中的石英砂介質(zhì)對濃水進(jìn)行過濾。濾料的截留、粘附和吸附作用可以有效去除水中的懸浮顆粒、有機(jī)物、磷和鎳。石英砂過濾器具有過濾阻力較小，比表面積大，耐酸堿腐蝕性強(qiáng)，抗污染性優(yōu)良等特點(diǎn)。經(jīng)過濾料以及過濾器設(shè)計的優(yōu)化，石英砂過濾器在運(yùn)行時對原水濃度、預(yù)處理工藝、運(yùn)作條件等都有很好的適應(yīng)性。過濾時，濾料會自動形成上部較稀疏、下部密集的狀態(tài)。反洗時，過濾器內(nèi)的濾料會充分分散開來，清洗效率高。整個過濾過程速度快，精度好，截污量大。
經(jīng)過石英砂過濾后的濃水進(jìn)入活性炭過濾器作進(jìn)一步的凈化。由于活性炭的比表面積大，吸附能力強(qiáng)，因此濃水中的有機(jī)物、懸浮物等污染物都可以在此實(shí)現(xiàn)很大程度的截留，包括前幾級反應(yīng)中遺漏下來的小分子有機(jī)物。
石英砂過濾器和活性炭過濾器都具有運(yùn)行效率高，可24小時連續(xù)運(yùn)作，不需要停機(jī)進(jìn)行反沖洗，運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用少，投資省，進(jìn)水水質(zhì)要求低，出水水質(zhì)穩(wěn)定，凈化效果好等特點(diǎn)，是極經(jīng)濟(jì)的超濾和離子交換預(yù)處理工藝。這兩個過濾階段產(chǎn)生的反洗水將進(jìn)入廢水處理環(huán)節(jié)中的低鎳水池作進(jìn)一步處理。
經(jīng)過石英砂和活性炭兩道過濾預(yù)處理工序后的濃水進(jìn)入超濾系統(tǒng)。超濾是依靠超濾膜兩側(cè)的壓力差作為推動力，以錯流或者死端方式進(jìn)行過濾的工藝，整個過程效率高，能耗小。濾膜可以使小分子物質(zhì)通過，截留膠體、蛋白質(zhì)、水溶性高聚物、細(xì)菌、芽孢等大分子和微粒，從而達(dá)到分離、分級、純化、濃縮的目的。前期投加的NaOH會與濃水中的鎳形成Ni(OH)2，它類似于生物大分子，較難進(jìn)行沉降分離，超濾技術(shù)恰好可以解決該問題，進(jìn)一步去除前幾道工藝未能去除的鎳。超濾過程還可以去除水中部分處于膠體態(tài)和懸浮態(tài)的COD。
2.2.3 離子交換樹脂
離子交換樹脂具有交換效率高、交換容量大、化學(xué)穩(wěn)定性強(qiáng)、機(jī)械強(qiáng)度高等特點(diǎn)。其主要凈化原理是令廢水中的重金屬離子與樹脂中的離子進(jìn)行交換，從而大幅降低廢水中的重金屬離子濃度。濃水在經(jīng)過除鎳樹脂之后，凈化水中的鎳離子可以得到有效的去除。這個階段反洗除鎳樹脂時產(chǎn)生的廢水也將進(jìn)入廢水處理環(huán)節(jié)中的低鎳水池作進(jìn)一步處理。
3、主要構(gòu)筑物及設(shè)備
3.1 濃水收集池
1座，設(shè)計尺寸為20.0m×3.5m×4.5m，有效容積315m3，鋼筋混凝土加防腐結(jié)構(gòu)。安裝附件包括：KB50032出水泵，2臺(一用一備);電纜浮球型液位控制器(3點(diǎn)控制)，1套。
3.2 混凝反應(yīng)池
1座，設(shè)計尺寸為2.0m×6.0m×2.5m，分3格(單格有效容積8m3)，碳鋼加防腐結(jié)構(gòu)。安裝附件包括：JB-4kw不銹鋼反應(yīng)攪拌機(jī)，3臺;pH-101型pH控制器，1臺;OD90加藥泵，3臺。
3.3 斜板沉淀池
2座，設(shè)計尺寸為3.0m×3.6m×4.5m，碳鋼加防腐結(jié)構(gòu)。安裝附件包括：18m2斜板填料支架，規(guī)格φ50(含支架)。
3.4 中間水池
1座，設(shè)計尺寸為2.0m×6.0m×2.5m，有效容積24m3，碳鋼加防腐結(jié)構(gòu)。安裝附件包括：JB-4kw不銹鋼反應(yīng)攪拌機(jī)，1臺;pH-101型pH控制器，1臺;OD90加藥泵，1臺;G37-65出水泵(7.5kW，304不銹鋼)，2臺;電纜浮球型液位控制器(3點(diǎn)控制)，1套。
3.5 石英砂過濾器
2座(一用一備)，設(shè)計尺寸為φ1500mm×3150mm，壁厚6mm，含石英砂(粒徑5mm)，帶自動反洗系統(tǒng)，材質(zhì)為鋼襯膠。
3.6 活性炭過濾器
2座(一用一備)，設(shè)計尺寸為φ1500mm×3150mm，壁厚6mm，含活性炭(粒徑5mm)，帶自動反洗系統(tǒng)，材質(zhì)為鋼襯膠。
3.7 超濾系統(tǒng)
SJ-UF2640-S型柱式超濾膜組件，20支。安裝附件包括：膜架，1套;3000LPP清洗水箱(帶磁翻板液位控制，壁厚12mm)，2臺;CDL42-10清洗泵(304不銹鋼材質(zhì)，4kW)，2臺;保安過濾器(304不銹鋼材質(zhì)，含20支過濾精度為5μm的40″熔噴PP濾芯)，2套。
3.8 超濾出水系統(tǒng)
1座，設(shè)計容量5000L，PP材質(zhì)，壁厚15mm，帶磁翻板液位計。安裝附件包括：CDL42-10超濾反洗泵(304不銹鋼材質(zhì)，4kW)，2臺;CDL32-20-2出水泵(304不銹鋼材質(zhì)，3kW)，2臺。
3.9 除鎳樹脂罐
2座，設(shè)計尺寸為φ1500mm×3150mm，壁厚6mm，帶自動反洗及再生系統(tǒng)，材質(zhì)為鋼襯膠，附除鎳樹脂。
4、工程調(diào)試效果
該工程于2017年底竣工，經(jīng)過幾個月的調(diào)試后整套濃水處理系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，出水水質(zhì)(見表2)達(dá)到了當(dāng)?shù)匚鬯畯S的接管標(biāo)準(zhǔn)。整套工程對重金屬鎳的去除率達(dá)到了99%以上。
5、經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)
5.1 工程造價
本工程總造價為181萬元，分為直接費(fèi)用和間接費(fèi)用兩部分：直接費(fèi)用是建造設(shè)施和購買設(shè)備的費(fèi)用，為147.6萬元;間接費(fèi)用是安裝、運(yùn)輸和調(diào)試過程產(chǎn)生的費(fèi)用，其中安裝及運(yùn)輸費(fèi)用為30.4萬元，調(diào)試費(fèi)用為3萬元。
5.2 運(yùn)行費(fèi)用
運(yùn)行費(fèi)用包括電費(fèi)、藥劑費(fèi)和人工管理費(fèi)三部分：
(1)電費(fèi)：總耗電量為719.04kW·h/d，電價按0.8元/(kW·h)計算的話，處理每噸水的電費(fèi)為1.58元。
(2)藥劑費(fèi)：本系統(tǒng)需加酸堿調(diào)節(jié)pH，投加PAC、PAM等藥劑進(jìn)行物化反應(yīng)，日常運(yùn)行及調(diào)試所需藥劑、化驗(yàn)儀器等由廠方購置。經(jīng)核算，處理每噸水所需的藥劑費(fèi)約為3.20元。
(3)人工管理費(fèi)：操作工2人，人工費(fèi)3000元/月，因此處理每噸水的人工費(fèi)為0.55元。以上3項(xiàng)合計得出處理每噸水的運(yùn)行費(fèi)用為5.33元。
6、結(jié)語
采用混凝沉淀+過濾吸附+離子交換的組合工藝充分發(fā)揮了每種技術(shù)的優(yōu)勢，使反滲透處理電鍍廢水后產(chǎn)生的含鎳濃水得到了徹底的凈化。整套工藝流程簡明，構(gòu)筑物占地面積小，鎳的去除穩(wěn)定且高效，對有機(jī)物、懸浮物和總磷的凈化效率也達(dá)到60%~70%，美中不足的是對氨氮的去除效果一般。整套工藝出水水質(zhì)穩(wěn)定，各項(xiàng)指標(biāo)均達(dá)到了當(dāng)?shù)匚鬯幚韽S的接管標(biāo)準(zhǔn)。各處理設(shè)備自動化程度高，能耗少，處理效率高，運(yùn)行后每噸水的處理成本為5.33元，經(jīng)濟(jì)效益好。(來源：蘇州科技大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，蘇州思源環(huán)保工程有限公司)
