1、第 51 卷第 3 期2023 年 2 月广 州 化 工Guangzhou Chemical IndustryVol.51 No.3Mar.2023江苏某电镀废水处理厂改造方案研究与实施陈相益1,屠奥琪2(1 中蓝连海设计研究院有限公司上海分公司,上海 200120;2 上海泓济环保科技股份有限公司,上海 200082)摘 要:江苏某电镀废水处理厂对 COD 的处理效果较差,其进水 CODCr范围为 120 150 mg/L,现有预处理设施无法将COD 处理至超滤膜进水标准以下。本次改造在原有工艺流程中加入芬顿工艺,并优化工艺流程,降低运行费用。改造后芬顿出水COD50 mg/L,芬顿单元运行
2、费用 2.8 元/m3。本次改造具有投资成本低、处理效果好、运行费用低,操作方便等特点。关键词:污水处理;电镀废水;芬顿;改造中图分类号:TU992.3 文献标志码:B文章编号:1001-9677(2023)03-0186-03Research and Implementation of Renovation Plan for An ElectroplatingWastewater Treatment Plant in JiangsuCHEN Xiang-yi1,TU Ao-qi2(1 Bluestar Lehigh Engineering Institute Co.,Ltd.,Shangha
3、i 200120;2 Shanghai Honess Environmental Technology Co.,Ltd.,Shanghai 200082,China)Abstract:A certain electroplating wastewater treatment plant in Jiangsu has poor treatment efficiency for COD,withan influent CODCrrange of 120 150 mg/L.Existing pre-treatment facilities are unable to treat COD below
4、theultrafiltration membrane influent standard.The Fenton process was incorporated into the original process and the processwas optimized to reduce operating costs.After renovation,COD of Fenton effluent was less than 50 mg/L,and theoperating cost of Fenton unit was 2.8 yuan/m3.This renovation has th
5、e characteristics of low investment cost,goodtreatment effect,low operating costs and convenient operation.Key words:sewage treatment;electroplating wastewater;Fenton;renovation电镀是一种利用电解原理对物体进行表面处理的过程,电镀行业是制造业的基础。电镀废水的来源有废电镀液、镀件的清洗水,车间冲洗水、冷却水等。电镀废水的水质成分复杂,含有重金属离子:铬、镉、镍、铜、锌、金、银等和氰化物以及难降解 COD。因此,电镀废水具
6、有水质复杂、波动性大、含盐量高、废水可生化性差等特点,造成了厂区废水经处理后往往存在出水总有机碳(TOC)、化学需氧量(COD)不达标的问题,给生态环境和人体健康造成了巨大威胁1-2。近年间部分电镀厂由于产量提升,环保指标的提高,设备老化等问题,亟需对污水处理设施进行升级改造。1 工程概况1.1 原有工艺江苏某电镀厂污水处理设施于 2013 年投入使用,处理电镀生产废水,处理规模 100 m3/d。原有工艺流程图见图 1。图 1 污水处理厂原有工艺流程Fig.1 Original process flow of the sewage treatment plant1.2 污水处理厂进出水情况污
7、水处理厂平均进水水质如表 1 所示。表 1 污水处理厂进水水质Table 1 Inlet water quality of sewage treatment plantpHCOD/(mgL-1)SS/(mgL-1)Ni2+/(mgL-1)Cu2+/(mgL-1)污水处理厂进水水质平均值1 2120 15040050 6060 80污水处理厂改造前出水平均水质如表 2 所示。第 51 卷第 3 期陈相益,等:江苏某电镀废水处理厂改造方案研究与实施187 表 2 原工艺出水水质与纳管标准Table 2 Original process effluent quality and discharge
8、standardspHCOD/(mgL-1)SS/(mgL-1)Ni2+/(mgL-1)Cu2+/(mgL-1)改造前出水水质平均值7 94010.40.4园区纳管标准6 980500.51.01.3 存在问题1.3.1 脉冲电离设备老化损坏由于原有工艺设计的缺陷,脉冲电离设备对 COD 的去除效果不佳,脉冲电离设备长期处在强酸性的条件下运行,导致电极等关键部件腐蚀损坏,本次改造前该设备对 COD 已没有去除效果。1.3.2 超滤膜的反洗频率高,产水量低由于预处理工艺无法将 COD 处理至超滤膜允许的指标,导致超滤膜污堵严重,膜通量小,反洗频繁,平均不到 1 h 就要反洗 10 min,全天的
9、处理水量仅有 80m3,严重制约了企业生产。1.3.3 超滤膜寿命短超滤膜进水的 COD 长期大于 100 mg/L,在这种运行条件下,超滤膜的使用寿命不到一年。2 改造方案2.1 改造重点从 1.3 章节可看出,虽然改造前的污水处理厂出水能够达到园区纳管标准,但整个污水处理厂处理水量达不到设计水量,且膜的更换频繁,运行成本很高。所以本次工艺改造的关键问题在于 COD 的预处理,增加一种合适的工艺将原水中的COD 去除到 50 mg/L 以下再进行超滤,保证超滤膜的正常运行。2.2 方案比选常用的电镀废水处理方式主要为吸附法、电化学法、高级氧化法以及生物法等3-6,对 COD 处理效果较好的代
10、表工艺有MBR 与芬顿高级氧化工艺。芬顿(Fenton)氧化技术因其可生成具有强氧化能力的羟基自由基,被广泛应用于电镀废水中难降解有机物的处理7。生物处理法中的膜生物反应器(MBR)被证明是一种有价值的改进活性污泥法,它能够将膜分离技术与活性污泥法相结合8-9,增强水处理效果。从技术角度来说,高级氧化耦合生物法的工艺路线比使用单一工艺处理 COD 的效果更好,但此次改造面临资金与用地面积的限制,且废水中的 COD 浓度不高,所以本次改造仅增加一种工艺。MBR 工艺对于 COD 有较好的处理效果,且占地面积较小,但它投资成本高,运行较复杂,将 MBR 的换膜成本计入运行成本后,其运行成本也较高。
11、芬顿高级氧化工艺对于难降解的 COD 处理效果好,反应设备占地面积小,投资成本低,运行操作方便。缺点是加药量大,产生的污泥量多导致运行成本较高。经过小试实验验证,芬顿工艺可将混凝后的废水COD 处理至 50 mg/L 以下,满足超滤膜进水要求。同时考虑技术可行性与经济可行性,本次改造选择芬顿高级氧化工艺作为COD 的主要处理工艺。2.3 方案确定芬顿试剂在反应后生成三价铁离子,有一定的混凝作用。在一些工程中,芬顿氧化工艺兼具处理 COD 与混凝沉淀两种功能。但本次改造将原有的混凝沉淀工艺保留,并置于芬顿工艺之前,通过混凝沉淀将小部分 COD 与大量的 SS 及重金属离子去除,减少芬顿工艺的药剂
12、投加量与产生污泥量,降低运行成本。芬顿工艺的主体设备为芬顿反应池与沉淀池,芬顿反应池为五格式。第一格为调酸池,将混凝沉淀出水的 pH 值调至3 4,达到芬顿工艺最优的反应条件,由于原水的 pH 值较低,可用少量的原水代替调酸药剂调节 pH,节约运行成本,还可省去药剂储罐等设备的投资成本,调酸废水中的污染物可在芬顿工艺中被去除。调酸池内设 pH 计,连锁调酸投加泵控制其启停。芬顿反应第二格为氧化池,投加芬顿试剂,并设 ORP 计,通过 ORP 计连锁控制双氧水加药泵的启停将池中的 ORP 值控制在 400 500 mV,芬顿试剂反应产生羟基自由基,去除废水中的 COD。第三格为曝气池,通过曝气去
13、除少量未反应的芬顿试剂,加速剩余双氧水的分解或将剩余二价铁氧化成三价铁。第四格为回调池,设 pH 计连锁液碱加药泵控制其启停,将废水回调至弱碱性。第五格为絮凝池,投加高分子有机絮凝剂,配合三价铁离子,通过混凝及吸附架桥作用,去除少量调酸废水中的重金属离子及 SS。废水反应完成后进入沉淀池泥水分离,沉淀池中设斜管,提高其表面负荷,减少设备占地面积。污水处理厂现有污泥储池为全地下式,所以沉淀池排泥方式选择静压排泥,减少投资成本。污水处理厂改造后工艺流程见图 2。图 2 污水处理厂改造后工艺流程Fig.2 Process flow after sewage treatment plant renov
14、ation3 结果与讨论3.1 技术角度分析芬顿工艺连续 30 天运行数据见图 3。图 3 芬顿工艺连续 30 天运行数据Fig.3 Continuous 30 day operation data of Fenton process从图 3 可以看出,芬顿高级氧化工艺对 COD 有很好的去除188 广 州 化 工2023 年 2 月效果,出水 COD 平均浓度小于 50 mg/L,结合混凝沉淀工艺,预处理段的 COD 的去除率能稳定在 68%以上。改造后,超滤膜的运行明显好转,改造前超滤膜平均运行不到 1 h 就要反洗10 min,改造后超滤膜持续运行 3 h 仅需反洗 5 min。产水时间
15、增加,膜通量也可保持在正常水平,全天处理水量可达 120 m3,解除了污水处理能力不足对企业生产的限制。且芬顿设备的集成度高,自动化程度高,减少了人工操作。3.2 经济角度分析本次改造新增的设备见表 3。表 3 改造后新增设备型号Table 3 Newly added equipment models after renovation序号名称型号参数尺寸材质1芬顿反应池五格式,配 pH 计、ORP 计、快混搅拌机、慢混搅拌机等2 m2 m1.5 m(H)碳钢防腐2沉淀池内置斜管,静压排泥4 m2 m2.5 m(H)碳钢防腐3硫酸亚铁加药泵系统0 200 L/h,含储罐储罐容积5 m3储罐材质
16、PE4双氧水加药泵系统0 50 L/h,含储罐储罐容积1 m3储罐材质 PE5PAM加药泵系统0 200 L/h,接入原有泡药机/6液碱加药泵系统0 100 L/h,含储罐储罐容积2 m3储罐材质 PE7原水调酸泵系统0 200 L/h/8芬顿曝气风机Q=0.46 m3/min,N=1.1 kW/本次改造增加了芬顿反应池、沉淀池及其配套设备,投资费用低,占地面积小,设备集成度高,管线增加量少,改造施工时污水处理厂无需停车,不影响企业生产。芬顿单元含污泥处置费的运行费用为 2.8 元/m3,较于原有的脉冲电离设备的运行费用仅增加了 0.5 元/m3,且 COD 的去除率高。改造完成后,提高了污水处理厂的日均处理水量,延长了超滤膜的寿命,降低了运行成本。从经济角度分析,本次改造投资成本低,且有效地降低了整个污水处理厂的运行成本。4 结 论(1)芬顿工艺处理江苏某电镀厂废水效果较好,增加芬顿工艺后,预处理单元的 COD 去除率能达到 68%以上,保证超滤膜的正常运行,提高整个污水处理厂的日均处理水量并降低处理成本。(2)混凝沉淀工艺置于芬顿工艺之前,可有效去除大量的重金属离子与 SS,并去除
