气浮+电芬顿+接触氧化+MBR工艺在金属表面清洗废水中的应用

王俊先，胡志能，褚 锐，邓伟权

(广州恩维乐环境科技有限公司，广东 广州 510510)

1 工程概况及难点分析

1.1 工程概况

金属表面处理通常包含磨光、抛光、除油、脱脂、酸洗、磷化等工序，上述工序会使用各类型清洗剂、表面活性剂、抛光剂、磷化剂等，最终在清洗工序中上述化学品被带入生产废水，废水中主要污染物包含各类型表面活性剂、乳化油等，表现为高油脂、高总磷、高悬浮物、高COD及难降解等特性[1]。

广州某科技公司是专业的金属表面处理及热处理加生产企业，主要生产高端手机金属边框，产品远销海内外，为满足市场需求，该公司计划扩建生产线，扩建后新增废水处理规模为250 m3/d，该公司主要涉水生产工艺为清洗工序，其生产过程中产生一定量的金属表面清洗废水，含有大量悬浮物，胶体性和有机污染物以及油类，最高CODCr接近7 000 mg/L，B/C接近0.1，属于高浓度不易降解废水。

1.2 难点分析

(1)废水成分复杂、浓度高、难降解，由于生产工艺的需求，上述清洗、抛光多数化学品药剂为保密配方，使用多为复杂的难降解有机物，给后续处理带来压力；此外废水中含有大量的乳化油，是贡献COD的主要污染物，其乳化程度通常很高，处理需要考虑破乳工序；同时由于生产工序的复杂性，金属表面处理废水不可避免含有大量的磷化物及少量的重金属及其他污染物，处理工序复杂，难度大，要求高，通常需要采用物化与生化相结合的处理工艺[2-5]。

(2)项目用地紧张，本项目为新建生产项目，但由于生产车间布置原因，用于预留废水处理站的面积十分有限，不满足传统生化工艺的用地，需要考虑物化+高级氧化+生化联合处理的处理技术。

1.3 解决思路

鉴于本项目废水特征及用地紧张的实际情况，本项目计划将高级氧化引入处理工艺，首先采用混凝气浮工艺，通过破乳破坏乳化体系，去除悬浮物及油脂，随后废水进入高级氧化工序，高级氧化不以全部矿化污染物为目标，仅以去除部分污染物，改善可生化性为主要目的，高级氧化的出水进入后续好氧处理系统进行处理，处理后出水达标排放。

2 工艺设计

2.1 水量水质

该新建项目废水的处理规模为250 m3/d，20 h运行，设计时处理量12.5 m3/h，设计的进、出水水质指标如表1所示，出水执行广东省地方标准《水污染物排放限值》(DB44/26-2001)第二时段三级标准。

表1 设计进水和出水水质

2.2 工艺流程及说明

本项目中高级氧化工序是关键工序，目前以电芬顿为代表的类芬顿工艺在工程获得了越来越多的应用[6]，其主要原理是利用电化学法产生的H2O2和Fe2+作为芬顿试剂的持续来源，两者产生后立即作用而生成具有高度活性的羟基自由基，使有机物得到降解，其实质就是在电解过程中直接生成芬顿试剂，目前在化工、造纸、印染等废水处理领域获得了较多成功应用，电芬顿根据作用原理分为阴极电芬顿及阳极电芬顿等多种形式，结合目前电芬顿应用案例情况，本项目设计采用牺牲阳极形式的电芬顿技术。

根据进水水质情况和出水水质要求，本项目最终设计采用“格栅隔油初沉池+调节池+气浮+电芬顿高级氧化+接触氧化池+MBR”的组合工艺，具体工艺流程见图1。

工艺流程如下：原水从车间收集进入初沉调节池，拦截栅渣、初步沉淀废水中的悬浮物以及调节pH，调节出水进入气浮池，在气浮池中投加PAC、PAM及破乳剂，对乳化液进行破乳去除悬浮物及油脂，气浮是本项目关键工序之一，废水中相当大部分COD在本阶段被去除，处理后的出水进入电芬顿工序，本项目电芬顿设计采用铁阳极芬顿，即阳极溶解出铁离子与外部投加的双氧水反应生成羟基自由基氧化难降解有机污染物，由于高级氧化成本较高，本项目设计控制双氧水投加量，控制芬顿反应矿化程度，起到改善生化性作用而不至于完全矿化难降解COD。电芬顿是本项目处理的关键重点，主要是针对难降解有机物的改善作用，为后续好氧处理创造有利条件，工程实践表明，气浮后出水再经过电芬顿高级氧化后可生化性大大的提高，B/C从进水的0.1提高到出水的0.4以上。电芬顿的出水流入好氧生化处理单元，好氧生化采用接触氧化式MBR工艺，通过MBR及填料提高微生物量，提高去除效率，在生化单元中绝大部分有机物、氨氮被降解去除，MBR还具有过滤作用，出水悬浮物可控制在10 mg/L以内。项目物化生化各个环节产生的污泥进入污泥池后最终进入板框脱水机压滤脱水。

2.3 主要处理单元及设计参数

(1)格栅隔油初沉池：数量：1座；结构尺寸5.00×1.20×4.50 m，表面负荷2.08 m3/m2·h，配套排泥系统。

(2)人工格栅：数量：1座；设置人工格栅1台，不锈钢，设在隔油初沉进水处。

(3)调节池：数量：1座；结构尺寸6.00 m×5.00 m×5.00 m，有效容积135 m3，HRT=10.8 h，配套气体搅拌系统。

(4)气浮机：数量：1座；气浮机含有搅拌系统、加药系统、气浮系统和排泥系统，处理量为250 m3/d；进气压力为0.5 MPa，功率12 kW，设备分离区尺寸3.0×1.5×2.0 m；主要投加铝盐、铁盐、PAM药剂。

(5)电芬顿高级氧化池：数量：2座；单座净尺寸3.00 m×2.00 m×1.50 m；单座有效容积7.5 m3，单套电极21块(10阴11阳，材质均为碳钢，厚10 mm)，单块电极面积：1.0 m2，极板间距80 mm，配套电源，功率15 kW；设备材质为碳钢环氧煤沥青涂刷防腐。

(6)接触氧化池：数量：2座；新建地下钢砼结构，结构尺寸(8.00 m×4.00 m×5.50 m)，总有效容积320 m3，停留时间T=25 h，容积负荷4.78 kgCOD/m3.d，总供空气量5 000 m3/d。

(7)MBR池：数量：1座；新建地下钢砼结构，结构尺寸(4.00 m×2.00 m×5.50 m)，有效容积40 m3，停留时间T=3.2 h。

(8)剩余污泥处理系统。新建1座地下式污泥浓缩池，结构尺寸(4.70 m×3.50 m×4.50 m)，有效容积65 m3，平均每日产绝干污泥量500 kg，浓缩后含水98%，污泥体积25 m3。

3 运行情况

(1)调试运行效果。本工程取某城市污水处理厂的活性污泥进行驯化，经过3个月的调试，系统运行情况稳定，处理出水效果较好。各项出水指标均达到广东省《水污染物排放限值》(DB44/26-2001)第二时段三级标准，各单元出水水质见表2。

表2 系统主要单元处理效果

(2)运行费用分析。废水处理工程的运行成本为19.25元/m3，其中：

①电费：工程每天耗电为1 070 kW·h，电价为0.65元/(kW·h)，则电费为2.78元/m3；

②药剂费：PAC(粉剂)投加量：300 mg/L，药剂单价：2.5元/kg，PAC药剂费为0.75元/m3；破乳剂(30%三氯化铁)投加量：1 000 mg/L，药剂单价：0.6元/kg，破乳剂药剂费为0.60元/m3；PAM投加量(含污泥)：30 mg/L，药剂单价：12元/kg，PAM药剂费为0.36元/m3；液碱(32%)投加量：1 500 mg/L，药剂单价：1.5元/kg，液碱药剂费为2.25元/m3；硫酸(50%)投加量：1 800 mg/L，药剂单价：0.8元/kg，硫酸药剂费为1.44元/m3；双氧水(50%)投加量：2 000 mg/L，药剂单价：2.5元/kg，双氧水药剂费为5.0元/m3；MBR膜片药剂清洗及碳钢消耗折合药剂费约为20元/天，折算约为0.08元/m3，则总药剂费为190元/m3，折合吨水费为10.48元/m3；

注：以上药剂费均为处理规模250 m3/d的工况下折算吨水处理投加药剂下的成本。

③污泥处置费用：实际物化、生化污泥合计每吨水产泥率为2 000 mg/L，则每天产绝干污泥为500 kg，污泥脱水后污泥为1 667 kg(含水率为70%)(含初沉池及生化池污泥)，按500元/m3的处置费计算，污泥处置费为833元/d，折算后的污泥处置费用为3.33元/m3。

④人工费：废水处理站设专职管理人员4名，按工资为 5 000元/月/人，折算后的人工费用为2.66元/m3。

4 结 论

(1)采用“气浮+电芬顿高级氧化+接触氧化+MBR”工艺处理高浓度金属表面清洗废水，可稳定达到广东省《水污染物排放限值》(DB 44/26-2001)第二时段二级标准，采用上述工艺适用于现场用地紧张的应用场景，具有处理效果好，系统运行稳定，耐冲击负荷能力强等优点。

(2)工程运行结果表明，该工艺处理研磨清洗废水的CODCr去除效率为95%，吨水直接运行成本为19.25元/m3。