乳化液废水预处理工程设计

杜肖， 陈德星

（麦王环境技术股份有限公司， 上海 200082）

1 工程概况

广西某铝加工公司年产20 万t 大规格高性能铝合金板带型材， 在中厚板热轧生产过程中产生含油乳化液废水， 乳化液废水主要包括热轧机组乳化液废水和轧辊磨削乳化液废水。 废水中约含有5%的油脂， 其中95%为乳化油， COD 质量浓度约为180 000 mg／L。 必须有效地进行除油预处理， 才能进入后续生化装置。

针对乳化液废水高油、 高COD 的特点， 采用调节池-转鼓收油器-纸带过滤机-循环水池及浓水池-陶瓷膜超滤工艺， 高效、 稳定地去除废水中的油类， 大大降低出水COD 浓度， 为后续生化处理提供了有利条件。

2 设计水量、 水质

乳化液废水设计处理规模为3 m3／h， 乳化液废水设计进出水水质见表1。

表1 设计进出水水质Tab. 1 Design influent and effluent water quality

3 处理工艺流程

乳化液废水产生于机械加工和钢铁冷轧等行业，主要成分有矿物油、 表面活性剂、 添加剂及金属屑等。 COD 浓度在几万到几十万， 可生化性差， 属于高浓度难降解有机废水［1］。 目前， 国内外处理工艺有加酸加热破乳、 化学混凝-生化、 药剂氧化及陶瓷膜超滤等［2-3］。 汽车零部件清洗过程产生的乳化液废水采用两级混凝－生物接触氧化法处理后， COD平均去除率达99.55%， 油去除率达99.91%［4-5］。 轧钢乳化液废水采用刮油刮泥机-纸袋过滤机-陶瓷膜超滤处理， 操作稳定， 占地面积小， 出水水质好， 正常工作时不消耗药剂［6］。 钢板冷轧过程中产生的乳化液废水采用刮油机－涡凹气浮预处理， 再与其他废水混合采用溶气气浮－A／A／O－MBR 膜生化处理法处理， 出水ρ（COD）＜30 mg／L［7］。

本工程乳化液废水水量小， COD 及油含量高，用地紧张， 出水要求高， 选择转鼓收油器－纸带过滤机－陶瓷膜超滤工艺进行处理， 出水水质能够满足后续生化要求。 乳化液废水处理工艺流程见图1。

图1 乳化液废水处理工艺流程Fig. 1 Process flow of emulsification wastewater treatment

乳化液废水压力输送至调节池内进行均质均量， 调节池内设电加热装置及硫酸加药管道， 用于乳化液废水破乳， 油水分离。 调节池液面上设置转鼓收油器， 收集破乳后漂浮到表面的浮油， 然后用气动隔膜泵将其输送到废油池。 调节池下部废水用离心泵提升到纸带过滤机， 进一步过滤去除废水中细小杂质、 悬浮物及乳化油。 纸带过滤机放在循环水池池顶， 过滤出水自流入循环水池。 循环水池内设电加热装置、 硫酸加药管道， 根据陶瓷膜超滤运行情况及时在线调整循环水池的温度和pH 值， 保证超滤产水的除油效果及回收率大于90%。

超滤装置包括进料泵、 循环泵及超滤膜管。 循环水池与超滤装置构成一个循环回路。 超滤膜进料泵启动， 废水充满超滤膜管后， 开启循环泵， 开始过滤， 超滤产水达标排放， 其余废水则在循环水池与超滤装置构成的系统中循环回流。 随着超滤运行时间的延长， 循环水池内油含量逐渐增加到一定浓度时， 用泵抽送到浓缩液水池内静置分层， 下层废水输送到调节池再次处理， 上层浮油则用泵输送到废油池。 超滤膜面污染后系统报警， 停止过滤， 系统切换到清洗状态。 清洗完毕后， 系统过滤能力恢复， 废水重新开始过滤。 超滤运行时控制温度在50 ℃左右。

4 主要构筑物及设备参数

（1） 调节池。 1 座， 分2 格。 单格尺寸为7.2 m × 3.0 m， 有效水深6.0 m， 每格容积为140 m3。池内设电加热装置， 每格4 个， 单个功率为25 kW； 设调节池提升泵2 台， 1 用1 备， 单台流量为10 m3／h， 扬程为15 m， 功率为1.1 kW， 提升泵出口干管上设置电磁流量计， 用以计量出水的瞬时流量及累计流量， 并设回流管调节流量； 设温度传感器2 台， 每格1 台； 超声波液位计2 台， 每格1台， 可在控制室进行监控。

（2） 转鼓收油器。 最大收油能力为5 m3／h， 功率为0.25 kW。 配套气动隔膜泵， 最大流量为170 L／min， 出口压力为8.6 kg／cm2。

（3） 废油池及事故池。 废油池1 座， 与调节池合建， 尺寸为7.2 m×2.0 m， 有效水深6.0 m。 池内设电加热装置2 个， 单个功率为25 kW； 设废油池提升泵1 台， 采用气动隔膜泵， 流量为10 m3／h， 扬程为25 m。

事故池1 座， 与调节池合建， 尺寸为7.2 m×5.6 m， 有效水深6.0 m。 设事故池提升泵1 台， 流量为10 m3／h， 扬程为15 m， 功率为1.1 kW。

（4） 纸带过滤机。 处理流量为10 m3／h， 设置2 台， 1 用1 备， 材质为不锈钢304， 功率为400 W， 配套磁辊分离器， 用以去除废水中的铁屑。

（5） 循环水池及浓缩液水池。 两池合建， 1座， 分2 格。 单格尺寸为4.1 m×3.0 m， 有效水深2.5 m， 每格容积为36 m3。 池内设电加热装置， 每格2 个， 单个功率为10 kW； 设温度传感器2 台；超声波液位计2 台； pH 在线监测仪2 台， 可在控制室进行监控； 提升泵1 台， 流量为40 m3／h， 扬程为10 m， 功率为4 kW。

（6） 陶瓷膜超滤装置。 共2 套， 单套处理能力为3 m3／h。 每套装置包含2 个膜组件， 串联形成一个循环回路， 膜通量为60 L／（m2·h）； 超滤膜支撑体材质为α－Al2O3， 膜材质为ZrO2， 膜孔径为0.05 μm， 单支膜管面积为0.42 m2， 膜管外径为41.0 mm， 膜管长度为1 000 mm， 通道数量为37 孔，端封采用PTFE（聚四氟乙烯）材质， 超滤运行时废水温度为50 ℃， 出水回收率大于90%。

每套陶瓷膜超滤装置配有1 台进料泵和1 台循环泵， 进料泵流量为30 m3／h， 扬程为30 m， 功率为7.5 kW； 循环泵流量为250 m3／h， 扬程为30 m， 功率为37 kW。 循环泵的大流量保证废水在超滤膜管内速度不小于3 m／s。

超滤装置配置1 套CIP 在线清洗系统， 为不锈钢304 一体化设备， 包括水洗槽、 碱洗槽、 酸洗槽，尺寸分别为1.5 m×2.7 m， 1.5 m×0.7 m， 1.5 m×0.7 m， 有效水深1.7 m。 每格内配备1 台电加热装置，功率分别为20、 10、 10 kW。 硝酸质量分数为1%～2%， 氢氧化钠溶液质量分数为2%～4%。

超滤系统为自动控制， 对进口、 出口及循环口的气动阀门进行控制， 并设在线监测超滤出水的电磁流量计及压力变送器， 实现自动过滤、 冲洗。

5 运行效果

经单机调试、 联动调试后， 该工程实际运行结果表明， 整套系统运行稳定， 在进水水量水质波动较大的情况下， 调节池起到很好的调节作用， 保证了后续工艺的平稳进行。 实测进出水水质见表2。

表2 实测进出水水质Tab. 2 Actual measured influent and effluent water quality

6 投资及运行成本

本工程设备投资约为280 万元。 吨水用电成本约为14.50 元， 吨水药剂成本约为1.36 元， 吨水总运行成本约为15.86 元。

7 结语

（1） 采用调节池－转鼓收油器－纸带过滤机－循环水池及浓水池－陶瓷膜超滤工艺处理含油乳化液废水， 处理出水ρ（COD） ＜5 000 mg／L， COD 去除率大于90%； 出水ρ（石油类） ＜70 mg／L， 去除率大于99%； 废水回收率大于90%， 达到进入后续生化系统的要求， 降低了对生化系统的冲击及处理负荷。

（2） 调节池内使用的转鼓收油器对表面浮油收集效果好， 适用于表面含有浮油的废水预处理工程中。

（3） 陶瓷膜超滤工艺处理乳化液废水用电量大， 改进陶瓷膜表面亲水疏油性能， 降低膜管内冲刷流速， 降低能耗是待改进之处。