0引言

企業主要從事氣動控制元件、電磁閥、氣缸和氣缸零件等的研究、開 發 和 生 產，設 有 注 塑、壓鑄、精加工、電鍍、噴涂和組裝等生產工序，其產品享譽全世界。該企業有2條電鍍線：一條鍍鉻生產線，一條鍍鎳生產線。生產線的清洗廢水中含有大量的鉻和鎳等重金屬離子，毒 性 較 大，有 些 還 含 致 癌、致畸、致突變的劇毒物質，對人類危害極大[1]。隨著我國工業化進程加快，近 年 來 長 期 積 累 的重金屬污染問題開始逐漸顯露，造成了較大的社會影響，而電鍍企業又是產生重金屬污染物的重要來源。為解決電鍍工業的重污染問題，我國環保政策日趨嚴厲，要求電鍍企業通過新建或改建的方式增加 處 理 設 施，達 到 廢 水“零 排 放”，專 注 產 品 生 產，以期實現經濟、環保、社會效益的統一。

電鍍工業傳統的廢水處理工藝大多采用化學混凝沉淀的方法，通過氧化還原及酸堿沉淀等化學反應，使有害的電鍍污染物變成無害或易分離的物質[4]，泥水filter press分離后再通過過濾吸附，基本滿足直接排放要求。但本工程要求廢水處理后回用，不能排放，且水質要達到 純 水 標 準（≤20μS/cm），所以傳統的工藝無法滿足，只能作為預處理使用。此時，膜技術逐漸成熟，膜產品逐漸走向市場化，其中有以壓力為分離驅動力的 超 濾、納 濾、反 滲 透、微孔過濾和以電位差為分離驅動力的電滲析，還有膜分離和生物降解合為一體的膜生物反應器等一系列膜分離技術，在電鍍廢水處理工藝中發揮著功不可沒的作用[5]。利用超濾膜和反滲透膜協同處理電鍍綜合廢水，取得了很好的效果。本項目結合廢水水量、水質及回用要求，采用化學混凝沉淀+膜 濃 縮+蒸 發 結 晶 的 組 合 工藝來實現電鍍清洗廢水“零排放”。

1項目概況

1.1廢水分類及水量含鉻廢水包括含鉻電鍍生產線和浸滲生產線2部 分 清 洗 廢 水，水 量 共 計35 m3/d；含鎳電鍍生產線產生的清洗廢水水量為20 m3/d。

1.2設計處理能力廢 水 總 水 量 為55 m3/d，設 計 每 天 運 行20 h。考慮80 %超 濾 回 收 率 和15 %預留部分富余處理能力，則該廢水處理系統的設計處理能力為4 m3/h。

1.3廢水水質采用含鉻和含鎳廢水等比例混合后的水質指標，詳見表1

1.4回用水標準回用水水質標準詳見表2。

2工藝設計

2.1工藝流程整套廢水系統工藝流程見圖1。

整套廢水系統主要由4個子系統組成，分別是：化學混凝沉淀系統、膜濃縮系統、蒸發結晶系統和污泥 處 理 系 統。其中膜濃縮系統包括砂炭過濾器、超濾、一 級RO，二 級RO和 三 級RO，而 蒸 發 結 晶 系 統包括雙效蒸發器和結晶干燥機。含鉻廢水進入還原槽內，槽 中 投 加H2SO4和NaHSO3，控制pH值 在2 ~ 3，此時通過化學反應，廢水中的六價鉻全部還原成三價鉻，還原后的含鉻廢水混入含鎳廢水。混合廢水由泵輸送至化學混凝槽，在槽中 先 投 加NaOH，控 制 槽 中pH值 在9 ~ 10，使廢水充分與藥 劑 反 應，生 成Cr(OH)2和Ni(OH)2等 沉淀物。然后投加PAC和PAM，使廢水中的沉淀物顆粒變大后進入沉淀池，進行泥水分離。沉淀槽底部污泥經收集輸送至污泥濃縮槽中，上清液溢流至中和槽。向中和槽中投加H2SO4，調節pH值在6 ~ 7之間。中和槽出水連續進入砂過濾器和活性炭過濾器。

中過濾吸附，去除水中大部分懸浮物后進入超濾。超濾作為反滲透的預處理，進一步凈化水中雜質，使超濾淡水達到反滲透膜的進水要求，濃水收集后作為砂炭過濾器的反洗水。超濾淡水由高壓泵輸送至一級RO，控制回 收 率 為60%，濃 水 進 入 二 級RO，控 制回收率為50%，二 級RO的 淡 水 和 一 級RO的 淡 水同時進入三級RO，而二級RO的濃水則進入蒸發結晶系統。在三級RO中，控制回收率為90%，其淡水達標后進入回用水槽回用于生產車間，而濃水則回流至一級RO再處理。二 級RO濃水經預熱器進入單效加熱器加熱，再進入單效分離器進行汽水分離后，然后濃縮水再進入二效加熱器和分離器中進一步負壓蒸發濃縮。控制雙效蒸發器濃縮倍數為6倍，防止廢水在雙效蒸發器中結晶，影響其處理能力。快要結晶的濃縮水進入結晶干燥機進行蒸發結晶，結晶析出物含水率低于30%后作為危廢外運處置。雙效蒸發器和結晶干燥機的蒸發冷凝水回流至前段超濾再處理。沉淀槽污泥由污泥泵輸送至污泥濃縮槽進一步重力壓縮沉淀，然后進入板框壓濾機壓濾。最終壓濾后的濾餅作為危廢外運處置，其 含 水 率 為70%左右。而濾液和污泥濃縮槽的上清液則流入地溝，由潛水泵提升至含鎳原水槽再處理。系統中砂炭過濾器的反洗水、多 余 的 超 濾 濃水 和反洗水，以及3組RO的快充水均排入鎳系原水槽。

2.2設備參數與系統控制

2.2.1主要設備技術參數化學混凝沉淀系統主要設備包括還原槽、混凝槽、沉淀槽以及中和槽。其中還原槽設計處理能力為2 m3/h，其他設備設計處理能力為4 m3/h。膜濃縮系統包括砂炭過濾器、超 濾 和3組RO。考慮到膜濃縮系統回收率及水量平衡關系，砂炭過濾器設計處理能力為4 m3/h，超濾設計處理能力為5m3/h，一 級RO設計處理能力為4 m3/h，二 級RO設計 處 理 能 力 為2 m3/h，三 級RO設計處理能力為3.5m3/h。蒸發結晶系統包括雙效蒸發器和結晶干燥機，加熱源為市政蒸汽。其中雙效蒸發器中主要設備采用石墨材質制作，管道材質為鋼襯四氟，其設計處理能力0.8 m3/h；結晶干燥機采用雙向不銹鋼2205制作，屬于全自動成套設備，其設計處理能力0.15 m3/h。

2.2.2系統控制整套廢水系統通過PLC設 置，除板框壓濾機和加藥需人工干預，其余均實現自動控制，包括液位計與 離 心 泵 和 攪 拌 機 的 聯 動，pH計、ORP計 與 加 藥 泵的聯動，以及根據時間繼電器的設備聯動。

2.3運行效果整套廢水系統安裝、調試好后運行3個月，在主要節點處取水樣檢測，以評估廢水處理工藝和設備運行效果。主要節點包括混合原水、沉淀出水、砂炭過 濾 器 出 水、超 濾 淡 水、一 級RO淡 水 和 三 級RO淡水。總鉻和總鎳主要在混凝沉淀系統中 去 除，去 除 率 均＞95%，剩 余 微 量 部 分 經 過 一 級RO和三級RO后全部去除，回用水中含量低于檢測線ρ（總 鉻）＜0.004 mg/L，ρ（總 鎳）＜0.05 mg/L；廢 水中CODCr主要由少量乳化油和表面活性劑組成，在混 凝 沉 淀 系 統 中 去 除 率 為45 %，通過砂炭過濾器過 濾 和 吸 附，其 去 除 率 為37 %，最后通過一級RO和 三 級RO后 全 部 去 除，回用水中含量低于檢測線（ρ（CODCr）＜8 mg/L）；而廢水電導率直接反映水中含 鹽 量，主 要 通 過 一 級RO和 三 級RO降 低，其 中 一級RO下降率為91 %，三級RO下降率為94 %，最終回用水電導率為6μS/cm，符合回用要求。這里需要說明的是超濾不會降低電導率，而表8中超濾淡水電導率下降的原因是雙效蒸發器和結晶干燥機冷凝水進入超濾后稀釋導致的。

3運行中存在的問題與解決方案

（1）起初系統安裝調試好后運行1周，發現一級RO污 堵 非 常 嚴 重，化學清洗頻率過高，1 ~ 2 d就 要清洗1次。且每次清洗后的膜通量都在快速下降。究其原因是：含鉻廢水中有一股浸滲清洗廢水，水中含有 少 量 硅 酸 鈉，它 能 起 到 微 孔（細 縫）滲 透 密 封 的 作用。硅對膜濃縮系統影響較大，若不對其進行有效處理，會造成反滲透膜的結垢污堵，且 極 難 清 洗，大 大縮短其核心元件膜的使用壽命，嚴重影響膜系統的正常運行[7]。最終解決方案：在一級RO前新增1臺 活 性 炭吸附器（D= 1.5 m，H= 2.5 m），對微量硅酸鹽進行充分吸附，阻斷硅酸 鹽 對 反 滲 透 膜 的 污 染。增 加 活 性炭吸附器后，作用明顯，一級RO化學清洗頻率 降 低至10 ~ 15 d/次，且化學清洗效果良好，膜 通 量 恢 復正常。

（2）原蒸發結晶系統中結晶部分采用的是傳統結晶工藝，即雙效蒸發器把二級RO濃水濃 縮 至 過飽和狀態后進入冷卻罐降溫，此時水中鹽分過飽和析出，最后進入離心機泥水分離。濾液經收集后再進入雙效蒸發器進行蒸發濃縮，循環處理，達到去除水中鹽分的目的。但是試運行1個月后發現，雙效蒸發器的二效換熱器形成的結垢會嚴重影響設備的傳熱性能[8]，處理能力下降至0.5 m3/h，遠 低 于0.8 m3/h的設計能力，二級RO濃水來不及處理，越積越多。最終解決辦法：拆除冷卻罐和離心機等原有結晶設施，增加1臺全自動結晶干燥機。雙效蒸發器只負責濃縮廢水，在濃縮水快要結晶時排出至結晶干燥 機。同 時 添 加H2SO4，控制雙效蒸發器中廢水pH值在5 ~ 5.5，防止濃縮過程中金屬類氫氧化物沉淀析出，徹底杜絕雙效蒸發器結垢。而結晶干燥機最大的特點是在其換熱壁上設有全貼合、無縫隙自動刮板裝置，當蒸發結晶物析出粘附在換熱壁上，刮板能將其完全刮除，從而不影響換熱效果。整套設備采用PLC控制，無需人工干預，結晶物含水率＜30 %。系統改造后運行1個月，效果良好，雙效蒸發器的處理能力一直維持 在0.8 m3/h左 右，結晶干燥機則維持在0.15 m3/h左右。4結論本項目設計采用化學混凝沉淀+膜 濃 縮+蒸 發結晶的組合工藝處理電鍍清洗廢水。實際運行中化學混凝的pH值控制在9 ~ 10范 圍 內，而 超 濾、一 級RO、二級RO和三級RO的回收率分別控制在80 %，60 %，50 %和90 %，最 終 三 級RO淡 水CODCr、總 鉻和總鎳均低于檢測線，而電導率≤20μS/cm，達 到 純水水質標準后回用于生產，循環利用。二級RO濃水再經過雙效蒸發器和結晶干燥機后，蒸發冷凝水經冷卻后收集回流至超濾，而結晶析出物含水率＜30%，跟普通飽和結晶離心方式（含水率 約70%）相 比，結晶物產生量減少約1倍，其 和 壓濾機污泥則作為危廢外運處理，真正實現了電鍍清洗廢水的“零排放”。目前整套廢水處理系統處理能力和回用水水質都達到了設計要求，且系統運行穩定、安全和可靠。