多级过滤技术在汽车工业废水处理尾水回用中的应用

收稿日期：2014-08-07修回日期：2014-08-28作者简介：陆宁(1981-)，男，江苏苏州人，工程硕士在读，主要从事汽车废水和循环水处理技术管理工作。通讯作者：王春冬，E-mail:esewang@gmail.com.多级过滤技术在汽车工业废水处理尾水回用中的应用陆宁1,2，郭牧3，李璐4，王春冬1,5（1.同济大学环境科学与工程学院，上海200433；2.上海依科绿色工程有限公司，上海200433；3.上海市闸北区环境监测站，上海200072；4.长江勘测规划设计研究有限责任公司上海分公司，上海200439；5.中芯国际集成电路制造（上海）有限公司，上海201203）摘要：某大型汽车厂设计采用多级过滤技术对工业废水处理尾水进行深度处理，再生后的中水回用于工业循环冷却水系统。介绍了多级过滤工艺的系统组成、工艺原理及处理效果。实际运行情况表明：采用多级过滤技术处理汽车工业废水处理后的尾水，系统运行稳定，出水水质良好，满足ＧB/Ｔ19923—2005《再生水用作冷却用水的水质控制标准》的要求。关键词：超滤；汽车工业废水；中水；回用中图分类号:Ｘ7文献标识码:B文章编号:1674-4829（2014）06-0045-03ApplicationofMultistageFilteringTechnologyinReuseofAutomotiveIndustryDischargeWastewaterLUＮinｇ1,2,ＧUOMｕ3,LILｕ4,WＡＮＧChｕn-ｄonｇ1,5(1.SchooｌoｆEnｖiｒonｍentａｌScienceａnｄEnｇineeｒinｇ,ＴonｇjiUniｖeｒsitｙ,Shａnｇhａi200433,Chinａ;2.ShａnｇhａiＹikeＧｒeenEnｇineeｒinｇCo.Ltｄ.,Shａnｇhａi200433,Chinａ;3.ＺhａbeiEnｖiｒonｍentMonitoｒinｇStａtion,Shａnｇhａi,Shａnｇhａi200072,Chinａ;4.ChａnｇjiａnｇInstitｕteoｆSｕｒｖeｙ,Pｌａnninｇ,DesiｇnａnｄＲeseａｒch,ShａnｇhａiDepａｒtｍent,Shａnｇhａi200439,Chinａ;5.SeｍiconｄｕctoｒMａnｕｆａctｕｒinｇInteｒnａtionａｌ(Shａnｇhａi)Coｒpoｒａtion,Shａnｇhａi201203,Chinａ)Abstract:Ａｌａｒｇecａｒｆａctoｒｙtｒeａteｄtheｄischａｒｇeｄwａstewａteｒbｙｍｕｌtistａｇeｆiｌteｒinｇtechnoｌoｇｙａnｄtheｒeｇeneｒａtionwａteｒwａsｒeｕseｄintheinｄｕstｒiａｌciｒcｕｌａtinｇcooｌinｇwａteｒsｙsteｍ.Ｔhispａpeｒintｒoｄｕcesthesｙsteｍcoｍponentsoｆｍｕｌtistａｇeｆiｌtｒａtiontechnoｌoｇｙ,pｒocesspｒincipｌeａnｄtｒeａtｍenteｆｆiciencｙ.Ａctｕａｌopeｒａtinｇｒesｕｌtshowsthａt,ｄｕｒinｇａppｌicａtionoｆtheｍｕｌtistａｇeｆiｌtｒａtiontechnoｌoｇｙtotｒeａttheａｕtoｍotiｖeinｄｕstｒｙｄischａｒｇewａstewａteｒ,thesｙsteｍｒｕnsstａbｌｙａnｄtheeｆｆｌｕentqｕａｌitｙisｇooｄａnｄｍeetstheｄeｍａnｄsoｆ＜Ｔheｒeｕseoｆｕｒbａnｒecｙcｌinｇwａteｒ—Wａteｒqｕａｌitｙstａnｄａｒｄｆoｒinｄｕstｒiａｌｕses(ＧB/Ｔ19923—2005).Keywords:Uｌtｒａｆiｌtｒａtion；Ａｕtoｍotiｖeinｄｕstｒｙwａstewａteｒ；Ｒecｌａiｍeｄwａteｒ；Ｒeｕse；0引言汽车生产主要有冲压、焊接、涂装和组装等工序，其中涂装工序是汽车工业废水的主要来源。涂装工序产生的废水主要有脱脂、磷化、电泳和喷漆废水，各股废水成份复杂，含有多种有毒物质，浓度高，水质变化大且无规律，可生化性差。废水主要污染物为COD，SS，石油类以及Ｚn2+，Ｎi2+等重金属离子[1]。由于涂装废水可生化性差，单纯的物化处理在理论上可行，但出水水质不稳定，易导致出水超标。物化与生化相结合的处理方法是目前处理汽车涂装废水最具前景的方法之一，此工艺以物化法作为预处理，然后采用生化法处理，使废水达标，具有处理效果稳定、运行成本低、操作维护简单等特点。合理开发利用水资源是汽车厂的一项重要环保工作。中水的推广使用，既能减少自来水的消耗，又能减少污水排放量，具有重要的经济价值及社会意义。汽车工业废水处理尾水作为中水使用在SS、细菌等指标上尚有差距，还需进行深度处理。本文研究了某大型汽车厂采用多级过滤技术对汽车废水处理尾水进行深度处理并回用于循环冷却水系统的工程应用，为水资源消耗巨大的汽车行业进行节能减排提供参考。1用排水现状1.1工业废水排放特点汽车各类涂装废水通过管网排放至厂区废水处理站进行集中处理。废水处理采用物化与生化联合第27卷第6期2014年12月环境科技EnｖiｒonｍentａｌScienceａnｄＴechnoｌoｇｙVoｌ.27Ｎo.6Dec.2014环境科技2014年12月处理工艺，物化处理单元采用混凝沉淀工艺，物化出水与生活污水混合后进入生化处理单元，生化处理工艺采用生物接触氧化法，生化出水达标排放，平均排放量约2250t/ｄ，出水水质见表1。1.2回收利用分析工业冷却水对水质要求较低，水量需求巨大，主要用于补充冷却水蒸发与排污的水量消耗，是工业废水处理尾水回用的理想对象。当然，尾水作为中水回用于冷却水时应考虑可能对冷却水系统造成的不良影响，并应采取相应的防治措施[2]。通过对厂区废水排放量的调查，废水站排放废水水量能够满足冷却水补水需求。由表1可知，排放废水的水质满足ＧB8978—1996《污水综合排放标准》中的二级排放标准，虽然未满足中水回用要求，但仅COD、浊度等个别指标略有差距，经过深度处理后作为冷却水系统水源具有很大的潜力。2中水处理方案2.1回用工艺选择再生水的细菌总数与SS是相对于自来水有较大差异的2个指标，SS指标虽未在回用标准中予以规定，但考虑到SS的累积对循环水系统的稳定运行可能会产生较大影响，也应在工艺设计时予以重点考虑[3]。因此，回用工艺宜选择采用物理分离的工艺模式。2.2工艺流程超滤技术具有操作简单、流程短、分离效果好，处理效率高、能耗低等特点，在废水处理中得到了广泛地应用[4]，也比较适宜于作为废水处理尾水的深度处理。中水回用处理工艺采用预处理+超滤的多级过滤工艺流程，见图1。2.3工艺介绍（1）预处理预处理由砂滤器、活性炭过滤器、保安过滤器组成。砂过滤器与活性炭过滤器均为2组并联运行，作用是预先去除水中部分的污染物质，减轻超滤设备的负荷，延长超滤膜的寿命。排放废水进入砂滤器前通过计量泵向水中投加PＡC絮凝剂，使水中的悬浮物形成较大的絮体，经过砂滤器时被其中的石英砂截留，从水中去除。砂滤器出水进入活性炭过滤器，利用活性碳的吸附能力降低水中有机物等污染物的浓度。2组活性炭过滤器的出水合流进入保安过滤器，保安过滤器滤芯孔径50μｍ，主要作用是去除水中的较大颗粒物，保护超滤膜不受损伤。（2）超滤保安过滤器的出水进入超滤系统，超滤系统由16支超滤膜组件及配套的气动阀门、流量计等设备组成。超滤主要用于将溶液中的颗粒物、胶体和大分子与溶剂等小分子物质分离，分离过程主要有：在膜表面及微孔内吸附（一次吸附）；在孔中停留而被去除（阻塞）；在膜面的机械截留（筛分）[5]。利用超滤膜的上述分离能力可进一步降低处理废水中的SS、胶体、微生物的含量。（3）供水向超滤膜出水中投加次氯酸钠，保持水中余氯含量，防止细菌、藻类滋生，最终进入回用水池，通过回用水泵升压后回用于冷却水系统。（4）处理工艺特点本处理工艺采用全自动控制方式，占地面积小，操作简单，可靠性强。利用滤料层的截留与超滤膜的分离机理，对细小悬浮固体颗粒与微生物具有较高的去除率。2.4工艺及设备参数中水处理设备设计产水能力为60ｍ3/h。超滤膜组件为东丽（ＴOＲＡＹ）ＨFU-2020外压式聚偏氟乙烯（PVDF）中空纤维膜，截留分子量为150000ｇ/ｍoｌ，有效膜面积72ｍ2，最大进水流量12ｍ3/h。超滤机组进水限制条件见表2。由表2可知，超滤膜对进水图1中水回用处理工艺流程排放废水PＡC砂滤器活性炭过滤器保安过滤器次氯酸钠循环水补水回用水池超滤膜表1工业废水处理出水水质pＨ值ρ(CODCｒ)/(ｍｇ·L-1)46～105ρ(SS)/(ｍｇ·L-1)6.9～15ρ(ＮＨ3-Ｎ)/(ｍｇ·L-1)1.32～3.42ρ(ＴP)（以P计）/(ｍｇ·L-1)0.29～1.4ρ(石油类)/(ｍｇ·L-1)1.2～4浊度/ＮＴU8.4ρ(BOD5)/(ｍｇ·L-1)4.82ρ(Cｌ-)/(ｍｇ·L-1)16ρ(总硬度)（以CａCO3计）/(ｍｇ·L-1)133ρ(总铁)/(ｍｇ·L-1)0.009出水水质6.72～7.87项目46第27卷第6期的限制条件较为宽裕，排放废水完全满足其要求，适用性较强。项目限制条件表2超滤机组进水限制条件间歇性高峰值100连续性最大值30间歇性高峰值100连续性最大值30温度范围/℃0～40pＨ值1～10最大进水压力/kPａ300浊度/ＮＴUρ（SS）/（ｍｇ·L-1）主要设备参数见表3。2.5设备运行说明（1）砂碳滤砂滤器、活性炭过滤器运行时，水流自上而下流经滤层，进水流量为55～60ｍ3/h，进水压力为0.08～0.1MPａ。为保证持续良好的过滤效果，每48h进行一次清洗，按先反冲洗后正冲洗的步骤进行。砂滤器反洗前先以25ｍ3/h进行5ｍin空气冲刷，使附着在滤料表面的污染物脱落，提高反冲洗效果。反冲洗时冲洗水自下而上流经滤层，带出污染物，反洗流量为120ｍ3/h，冲洗时间为10ｍin。（2）超滤超滤机组进膜压力为0.05～0.1MPａ，中水回收率达90%以上。超滤膜组件连续产水运行过程中，污染物会使超滤膜产水量发生不可逆的变化，为确保超滤膜连续稳定运行，需定期反洗恢复超滤膜产水量[6]。为此，超滤膜每隔30ｍin执行一次物理清洗，包括反洗与空气冲刷。运行表明，反洗时间1.5ｍin，流量60ｍ3/h，空气冲刷时间1ｍin，可以使超滤产水量达到较为稳定的状态。除了物理清洗，超滤膜组件每24h进行一次维护性清洗。维护性清洗是为了确保膜的最适宜寿命及透过水产量[7]。维护性清洗时，将带有次氯酸钠的反洗水注入超滤膜组件并浸泡20ｍin。化学清洗用于去除附着在膜表面或积蓄在膜孔内的污染物质，当过膜压差上升或膜过滤性能下降时实施化学清洗。化学清洗通常使用柠檬酸与次氯酸钠进行酸碱组合清洗以获得最佳的清洗效果。清洗时，配制质量分数为3%的柠檬酸与质量浓度为3000ｍｇ/L的次氯酸钠以50L/ｍin的循环流量循环1～3h后排放。一般2～3月实施一次化学清洗。3回用可行性分析3.1中水处理效果中水回用处理设备经过调试运行，运行情况良好，产水水质稳定。具体水质指标（2014年3，4月的数据平均值）与回用标准见表4。由表4可知，中水水质满足ＧB/Ｔ19923—2005《再生水用作冷却用水的水质控制标准》的要求。表3主要设备参数名称砂滤器活性炭过滤器保安过滤器进水泵PＡC加药泵次氯酸钠加药泵超滤膜反冲洗泵供水泵化学清洗泵型号规格Ф2000ｍｍ×3500ｍｍ，碳钢，内部衬胶Ф2000ｍｍ×3200ｍｍ，碳钢，内部衬胶BFＮ12-304SSCＲ64-2，Ｑ=65ｍ3·h-1，Ｈ=43ｍC126-398ＴI，Ｑ=15.1L·h-1，0.69MPａＧB0250PP1MＮＮ，Ｑ=237L·h-1，1MPａＨFU-2020CＲ120-2-1，Ｑ=120ｍ3·h-1，Ｈ=36.4