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電鍍廢水處理工藝流程

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針對某工業園區電鍍廢水處理后水質未能達標,調整原電鍍廢水處理工藝,增加膜生物反應器(MBR)處理工段,并探索各工段的最佳運行參數。結果表明,當混凝池中聚合氯化鋁(PAC)和聚丙烯酰胺(PAM)投加量分別為 25 mg/L、65 mg/L、MBR 工段水力停留時間為 6 h、超濾(UF)膜運行壓力 0.25 MPa、濾液透過率為 0.7 時,出水中 Ni2+、Cu2+、總 Cr 的濃度分別為 0.255 mg/L、 0.267 mg/L、0.328 mg/L,水質符合標準要求。綜合計算,處理工藝改造后運行成本增加2.38元/t,因此該工藝技術具有較好的推廣應用價值。


關鍵詞:電鍍廢水;工藝改造;混凝;MBR


珠三角是我國重要的電鍍加工基地集中帶,電鍍廢水含有鉻、鎳等第一類污染物,具有致畸、致 癌、致突變的特性,嚴重危害到人體健康和生態環境。東莞市某工業園電鍍廢水主要來源于金屬的表面處理,生產工藝主要涉及酸洗、堿洗、無氰鍍銅、鍍鎳、鍍鉻等,因此廢水含有大量的Cu2+、Ni2+、總Cr等,由于處理工藝簡單、設備陳舊,廢水中重金屬離子和 COD 濃度未能達標排放。本文針對原有的電鍍廢水處理工藝,再已有工藝設備基礎上增加了膜生物反應器(MBR)處理工段,改造了廢水處理工藝,使廢水出水達到廣東省電鍍水污染物排放標準(DB 44/1597-2015)有關要求,嚴守環境質量底線。


1 實驗部分


1.1 廢水水質


本項目工業園電鍍廠于 2007 年成立并運行,產生的電鍍廢水水量為 1200 m3/d,水質數據如表 1所示。


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1.2 工藝改造


該廠原有的電鍍廢水處理工藝是依據《電鍍污染物排放標準》(GB 21900-2008)和《廣東省水污染物排放限值》(DB4426-2001)一級A標準的較嚴者設計,廢水處理工藝相對老舊且設備腐蝕比較嚴重,運行不穩定,已經不能適應廣東省新的電鍍污染物排放標準《電鍍水污染物排放標準》(DB44/1597-2015),故需對原有工藝進行改造。


改造過程為了控制成本,充分利用已有的廢水處理工藝設備,改造方案為在綜合反應池后添加混凝工段,并將砂濾池改造為沉淀池,由于出水水質中 COD 偏高,在沉淀池后增加 MBR 處理工段。改造前后電鍍廢水處理工藝流程如圖1所示。


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1.3 工藝參數


通過對混凝-MBR 等工段進行小試,研究混凝段絮凝劑的投加量、MBR的水力停留時間及其超濾膜透過率等影響因素,探索改造工藝相關參數和該工藝的技術、經濟可行性。


2 結果與討論


2.1 改造工藝分析


根據電鍍廢水處理廠 6個月的運營數據,原廢水處理工藝長期穩定運行的水質如 2 表所示。


1.jpg


從 表 2 中可以看出,原廢水處理工藝中 Cu2+、Ni2+、總Cr、CODcr 均難以達標排放,尤其是出水中殘留的Cr6+平均達到1.8 mg/L,超標較嚴重。究其原因為相對分散且細小的 Cr(OH)3沉淀顆粒了透過砂濾池,導致其分離效果不佳。


針對廢水處理的現狀,在綜合反應池后增加絮凝池,通過投加高分子絮凝劑進行混凝沉淀,廢水中的 Cr(OH)3、Cu(OH)2、Ni(OH)2等通過吸附架橋和沉淀網捕作用,可形成較大的絮體,提高處理效率。廢水進入 MBR 工段后,MBR 池中的活性污泥對重金屬離子有一定的吸附能力,活性污泥中的微生物對有機物有較好的去除效果,且由于 MBR中的超濾膜能攔截殘留的細小絮體和沉淀物,可進一步去除廢水中的重金屬離子和有機物,從而確保廢水達標排放。


2.2 混凝劑投加量對出水水質的影響


投加石灰調整混凝池液pH至8~9,然后固定投加聚合氯化鋁(PAC)25 mg/L,改變聚丙烯酰胺(PAM)投加量,研究其對重金屬離子的去除影響,確定混凝劑最佳投加量,結果如圖 2所示。


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可以看出,當PAM投加量達65 mg/L時,沉淀池出水中Cu2+ 和Ni2+含量為0.48 mg/L和0.42 mg/L,已能滿足廣東省地方標準《電鍍水污染物排放標準》(DB44/1597-2015)中有關的濃度排放限值,而總 Cr 濃度為0.81 mg/L,還不能達標排放。主要原因是高分子混凝劑PAC和PAM對Cu2+和Ni2+形成的絮體狀沉淀物具備吸附架橋作用從而可較好的在沉淀池中進行沉淀,因此對鎳離子和銅離子有較好的去除效果??侰r形成的絮狀沉淀物既分散又細小,加入絮凝劑后,起到了一定的去除效果,但出水中總 Cr仍然超標,主要由以難以沉降的細小Cr絮體沉淀物引起,因此需在混凝工段后增加 MBR工藝,繼續處理該污染物。


2.3 MBR水力停留時間對出水水質的影響


MBR 工藝實質上是活性污泥法與膜技術結合的一種廢水處理技術,既發揮活性污泥的吸附和降解功能,又利用了膜技術的分離能力?;钚晕勰嗵幚碇亟饘購U水機理較復雜,通常認為活性污泥對重金屬的作用包括沉淀、吸附和胞內吸附等?;钚晕勰嗟膶χ亟饘匐x子的吸附效果與水力停留時間關系密切,停留時間越長,活性污泥對重金屬離子的吸附效果越好。通過調整廢水進水流量,改變廢水在 MBR 中的停留時間,通過測定上清液中重金屬離子濃度,研究廢水在 MBR工段的最佳停留時間。設定廢水停留時間分別為 2 h、4 h、6 h、8 h、10 h 和12 h,測試結果如圖3所示。


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可以看出,當停留時間為 2 h,出水中 Cu2+濃度為 0.48 mg/L、Ni2+濃度為0.42 mg/L、總 Cr濃度 0.81 mg/L,去除效果有限。當停留時間為6 h,出水中Cu2+濃度為0.33 mg/L、Ni2+濃度為 0.32 mg/L、總 Cr濃度 0.41 mg/L,出水中各項重金屬離子濃度均符合 DB44/1597-2015 中的有關限值。進一步延長停留時間,去除效果增加緩慢,但對 MBR的建設規模要求更高,會增加投資成本,影響經濟性。


2.4 MBR超濾膜透過率對出水水質的影響


MBR 中 0.05 μm 厚度的超濾膜能較好的攔截經混凝沉淀后的懸浮絮狀顆粒物。電鍍廢水經綜合反應、混凝沉淀后,廢水中Ni2+、Cu2+、總Cr等污染物的含量分別為 0.33 mg/L,0.32 mg/L 和 0.41 mg/L。


采用聚酰胺材質的簾式中控纖維超濾膜組件,控制壓力為 0.25 MPa,調整出水流量使濾液透過率分別為 0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9,探索最佳的透過


率。不同透過率下的金屬離子濃度如圖 4 所示。


5.jpg


可以看出,濾液透過率越低則出水水質越好,當透過率為 0.7時,Ni2+、Cu2+、總 Cr等污染物仍然有一個較好的去除效果 ,出水中 Ni2+濃度為 0.255 mg/L、Cu2+濃度為 0.27mg/L、總 Cr 濃度為 0.328 mg/L,由于濃度積常數的原因,出水中有游離態的 Ni2+、Cu2+存在。


超濾膜對細小的重金屬沉淀顆粒物有較好的攔截作用 ,對 Ni2+ 、Cu2+去除率分別為 20.31% 和19.09%,總 Cr 也有 20% 的去除率。當透過率為 0.8 和0.9時,從實驗結果來看其出水水質仍然較好,但過高的透過率會導致UF膜出現嚴重的濃差極化現象,加快膜的老化,加快超濾膜的更換速率,提高廢水處理成本。


3 結果對比


本項目屬于珠三角現有項目,自 2012 年 9 月 1日前環境影響評價文件獲得批準。通過對工藝改造及其對混凝工段和水力停留時間的研究,使其出水水質達到廣東省地方標準《電鍍水污染物排放標準》(DB 44/1597-2015)中污染物的排放限值。具體出水水質如表 3 所示。


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從表 3 可看出,該改造工藝的出水水質能較好滿足廢水排放標準要求,工藝技術可行。


4 經濟效益分析


該改造工藝運行費用主要包括電費、試劑費、超濾膜更換費用、膜清洗費用等,按單位體積廢水處理成本計算其經濟性。其中,系統總裝機功率600 kW,耗電量 1496.8 kWh/d,單位水量耗電指標1.248 kWh/m3,電費單價 0.8 元/kWh,則電費成本0.9984 元/m3。項目人工定員 8 人,人員月工資為3600元,則人員工資成本 0.8元/m3。試劑消耗包括石灰、PAM、PAC、NaClO 等,相應費用合計 686.06元/d,試劑費成本 0.57 元/m3。根據現有數據,超濾膜的更換及清洗費用按 0.21元/m3計。則可計算電鍍廢水處理運行成本 2.58 元/m3。同時考慮節省了砂濾池運行和維護成本0.2 元/t,則改造工藝運行總成本增加 2.38 元/t,該工藝經改造后經濟、技術可行。


5 結論


(1)充分利用電鍍廢水處理廠原有工藝,采用混凝沉淀-MBR工藝代替沙濾工段,改造后出水滿足廣東省地方標準《電鍍水污染物排放標準》(DB44/1597-2015)中污染物的排放限值,改造工藝從技術角度可行。 (2)對原有工藝進行改造后,廢水處理的運營成本為 2.58 元/t,相較于原工藝增加 2.38 元/t,技術經濟可行性較好。


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