集成膜分離技術(shù)處理電鍍綜合廢水可行性研究

集成膜分離技術(shù)處理電鍍綜合廢水可行性研究1．概述采用集成膜技術(shù)處理電鍍綜合廢水，實(shí)現(xiàn)水在線回用、清潔生產(chǎn)，以美國通用公司OEM生產(chǎn)汽車輪轂企業(yè)上海某電鍍廠項(xiàng)目為案例，該項(xiàng)目日處理廢水量為480M3，要求零排放設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)循環(huán)水85%利用，處理后水質(zhì)要求理化指標(biāo)與上海自來水標(biāo)準(zhǔn)相同。處理工藝主體完全采用當(dāng)今世界先進(jìn)的膜分離技術(shù)，利用OSMONICS一種具有半透性能的高分子合成膜材料，在外壓趨動(dòng)力作用下實(shí)現(xiàn)廢水溶液中某些組分選擇性透過的分離技術(shù)。膜材質(zhì)選型為芳香族聚酰胺，可脫除污水中的有機(jī)物、細(xì)菌、病毒、鹽類等物質(zhì)，操作壓力為0.4-1.0MPa。利用這種新技術(shù)、新設(shè)備的凈化裝置其性能優(yōu)良、經(jīng)濟(jì)適用、效果突出、節(jié)省投資，運(yùn)行成本低廉，占地面積小，在污水深度凈化處理中實(shí)現(xiàn)開電鍍綜合廢水處理循環(huán)利用先河。電鍍廢水主要包括電鍍工藝的前處理廢水、鍍層漂洗廢水、后處理廢水、廢鍍液以及設(shè)備沖洗廢水、刷洗地坪和極板廢水以及由于操作或管理疏漏而引起的跑冒滴漏產(chǎn)生的廢水,還有:在廢水傳統(tǒng)的化學(xué)處理過程中導(dǎo)致的二次污染等。電鍍表面處理工藝過程，常用的鍍種有鍍鎳、鍍銅、鍍鉻、鍍鋅等。電鍍工藝根據(jù)不同鍍種分類，在鍍件生產(chǎn)過程中，除油、酸洗和電鍍等所產(chǎn)生的鍍件清洗、鍍液過濾、廢液、滲漏及地面沖洗等，廢水中污染物的濃度不盡相同,其中電鍍前處理工序的除油、除銹、活化等過程產(chǎn)生的大量的化學(xué)藥劑、重金屬離子和有機(jī)添加劑而形成的酸堿廢水總量占50%以上。廢水處理的目的是將廢水中的有害物質(zhì)加以分離，或使有害物質(zhì)改性變成無害物。電鍍廢水的處理方法大體可分為物理法、物化法和生化處理法。物理處理法主要是去除或回收廢水中較大顆粒的懸浮物和油類等，包括自然沉淀、浮選、過濾、離心、蒸發(fā)等；物化法主要是去除或回收廢水中的細(xì)小懸浮物、膠體和溶解物質(zhì)，或者將有毒物質(zhì)改性轉(zhuǎn)化為無毒物質(zhì)，包括混凝沉淀、中和、氧化還原、萃取、吸附、離子交換、反滲透、電滲析等；生化處理法主要是通過生物作用將廢水中膠體的和溶解的有機(jī)物分解破壞而加以分離去除。以集成膜技術(shù)處理電鍍廢水就是以篩分為機(jī)理按電鍍廢水的特性分級分段或多級多段處理。集成膜過程是進(jìn)幾年來在膜分離技術(shù)的發(fā)展中的又一項(xiàng)新技術(shù)，即：將幾種膜分離過程聯(lián)合起來，或?qū)⒛し蛛x與其它分離方法結(jié)合起來，將它們各自用在最適合的條件下，發(fā)揮其最大的效率。隨著集成膜分離技術(shù)的不斷發(fā)展和完善，膜分離技術(shù)在工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域中將發(fā)揮更大的作用。2．項(xiàng)目來源與背景上海閔行某電鍍有限公司是美國通用公司、福特、戴姆勒-克萊斯勒三大汽車制造公司的整車輪轂OEM生產(chǎn)廠。項(xiàng)目單位概況：廠區(qū)占地面積13876平方米，建筑面積6716．7平方米，綠化面積2775．2平方米，綠化率20%。年產(chǎn)電鍍輪轂30萬只、銷售12240萬元、利潤3000萬元。設(shè)計(jì)電鍍廢水總排放量184M3／D，實(shí)際電鍍廢水排放總量768M3／D（其中含有生活區(qū)該電鍍廠位于上海黃浦江上游準(zhǔn)水源保護(hù)區(qū)、上海世博園區(qū)東南隅，新建項(xiàng)目要求不得向準(zhǔn)水源排污，實(shí)現(xiàn)重金屬廢水閉路處理與循環(huán)水利用。3．項(xiàng)目設(shè)計(jì)依據(jù)鍍件前處理廢水：15M3銅系漂洗廢水：3M3鎳系漂洗廢水：6M3鉻系漂洗廢水：3M3鋅系漂洗廢水：4M3含氰廢水：5M3跑冒滴漏廢水：12M3電鍍生產(chǎn)線總廢水量：768M3電鍍原廢水水質(zhì)主要成分表1序號(hào)工序成分溫度1前處理（脫脂、脫蠟）碳酸鈉70℃磷酸三鈉硅酸鈉2陰極除油碳酸鈉70-80℃磷酸三鈉3堿濁氫氧化鈉常溫4沉鋅氫氧化鈉40-50℃氧化鋅5脫鋅硝酸常溫6預(yù)鍍鎳硫酸鎳55℃氯化鎳硼酸7鍍銅前酸活化硫酸常溫8光亮鍍銅硫酸銅50℃硫酸9半亮鎳硫酸鎳60℃氯化鎳硼酸BTLTL-210高硫鎳硫酸鎳50℃氯化鎳硼酸BTLTN11亮鎳硫酸鎳60℃氯化鎳硼酸12鎳封硫酸鎳50-60℃氯化鎳硼酸BNT-BBNF-110BNF-22013鍍鉻前酸活化鉻酐30℃14鍍鉻鉻酐30℃硫酸4．系統(tǒng)主體工程設(shè)計(jì)(1)設(shè)計(jì)電鍍廢水收集槽收集來自電鍍生產(chǎn)線的各鍍種漂洗廢水（含沖洗、跑冒滴漏廢水），收集槽廢水停留時(shí)間8h；(2)經(jīng)提升泵進(jìn)入前置預(yù)處理去除懸浮物固體；(3)初處理廢水進(jìn)入U(xiǎn)F分子篩分子系統(tǒng)去除大分子物質(zhì)及膠體、去除部分COD；(4)實(shí)現(xiàn)NF／RO進(jìn)水要求時(shí)由多級分離增壓泵送入離子篩分系統(tǒng)，同時(shí)在線調(diào)整pH值，使分離后水質(zhì)指標(biāo)達(dá)到電鍍生產(chǎn)工藝用水及漂洗水要求；(5)系統(tǒng)產(chǎn)水收集備用并提升至高位水箱輸送到生產(chǎn)線；(6)系統(tǒng)設(shè)計(jì)pH自動(dòng)加藥調(diào)整、集成膜分離維護(hù)藥洗系統(tǒng)；(7)系統(tǒng)過程控制設(shè)PLC自動(dòng)報(bào)警控制系統(tǒng)，在線監(jiān)測ORP、TDS、pH，確保循環(huán)利用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)；(8)膜分離后少量濃縮液經(jīng)一步法化學(xué)處理，上清液導(dǎo)入原廢水池進(jìn)入系統(tǒng)循環(huán)處理，少量殘?jiān)〕龆ㄆ谔幚恚?個(gè)月或12個(gè)月清理一次）。5．集成膜系統(tǒng)構(gòu)成系統(tǒng)構(gòu)成（圖1）：6．工藝流程及設(shè)備配置分析工藝流程（圖2）：系統(tǒng)設(shè)備配置及運(yùn)行工況分析：膜法水處理與傳統(tǒng)工藝不同在于，膜處理過程是物理過程，不發(fā)生相變、在常溫下運(yùn)行、選擇性強(qiáng)、無化學(xué)變化、適應(yīng)性強(qiáng)?？朔藗鹘y(tǒng)工藝能耗高、二次污染、占地面積大、自動(dòng)化控制難和操作繁瑣的缺點(diǎn)。前置預(yù)處理系統(tǒng)由DGF／ACF／MF裝置組成：前置預(yù)處理系統(tǒng)廢水來源破氰、鍍鉻及綜合廢水，經(jīng)多介質(zhì)濾器進(jìn)入系統(tǒng)處理，使SS基本去除后進(jìn)一步降低濁度而實(shí)現(xiàn)部分重金屬吸附去除。多介質(zhì)過濾有效去除廢水中的生物絮體和膠體物質(zhì)，去除化學(xué)絮凝過程產(chǎn)生的鐵鹽、鋁鹽、等沉積物，顯著降低出水的懸浮物含量和濁度，使出水安全進(jìn)入下一個(gè)系統(tǒng)，以保證UF分子篩分系統(tǒng)的正常運(yùn)行。活性炭過濾進(jìn)一步降低出水的BOD、COD值，對重金屬、細(xì)菌、病毒有很高的去除率。MF過濾裝置：微濾是以靜壓差為推動(dòng)力，利用篩網(wǎng)狀過濾介質(zhì)膜的“篩分”作用進(jìn)行分離的膜過程，其原理與普通過濾相類似，但過濾的微粒在0.03～15μm，因此又稱其為精密過濾，是過濾技術(shù)的最新發(fā)展。在靜壓差作用下，小于膜孔的粒子通過膜，比膜孔大的粒子則被截留在膜面上，使大小不同的組分得以分離，操作壓力為0.7～7Kpa。MF膜的截留作用大體可分為以下幾種：A、機(jī)械截留作用指膜具有截留比它孔徑大或孔徑相當(dāng)?shù)奈⒘５入s質(zhì)的作用，即篩分作用。B、物理作用或吸附截留作用如果過分強(qiáng)調(diào)篩分作用就會(huì)得不出不符合實(shí)際的結(jié)論，除了要考慮孔徑因素外，還要考慮其他因素的影響，其中包括吸附和電性能的影響。C、架橋作用通過電鏡可以觀測到，在孔的入口處，微粒因?yàn)榧軜蜃饔靡餐瑯涌梢员唤亓?。D、網(wǎng)絡(luò)型膜的網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部截留作用是將微粒截留在膜的內(nèi)部，并非截留在膜的表面。UF分子篩分裝置：超濾是介于微濾和納濾之間的一種膜過程，膜孔徑范圍為0.05μm（接近MF）至1nm（接近NF），超濾的典型應(yīng)用是從溶液中分離大分子物質(zhì)和膠體，所分離的溶質(zhì)分子量下限為幾千Dalton(1Dalton即1Da,1Da=1.66054×10-27kg)。超濾膜對溶質(zhì)的分離過程主要有：A、在膜表面及微孔內(nèi)吸附；B、在孔中停留而被去除；C、在膜面的機(jī)械截留。超濾對于水中懸浮物、固體、膠體、大分子、細(xì)菌有較高的去除率，對BOD和COD有部分的去除率。超濾膜可通過定期反洗和化學(xué)清洗，保持長期使用。NF(RO)離子篩分裝置：RO系統(tǒng)原理：在濃液的一邊加上比自然滲透壓更高的壓力，扭轉(zhuǎn)自然滲透方向，把濃溶液中的溶劑（水）壓到半透膜的另一邊稀溶液中，這是和自然滲透過程相反的。這種現(xiàn)象表明，當(dāng)對鹽水一側(cè)施加的壓力超過水的滲透壓時(shí)，可以利用半透膜裝置從鹽水中獲得淡水。反滲透對于水中溶質(zhì)、鹽（懸浮物、大分子、離子、二價(jià)和多價(jià)陽離子鹽）有很高的脫除率。采用進(jìn)口超低壓膜進(jìn)行除鹽，脫鹽率可達(dá)到99.5%以上，使產(chǎn)水電導(dǎo)率下降到200μs/cm以下。PLC在線控制系統(tǒng)及相關(guān)輔助設(shè)備：RO系統(tǒng)的控制（集中控制）方式采用手動(dòng)控制（按鈕操作）和全自動(dòng)控制（PLC運(yùn)行）方式兩種。在全自動(dòng)控制方式無故障情況下不采用手動(dòng)控制方式，確保反滲透系統(tǒng)正常運(yùn)行，避免在操作失誤的情況下造成不必要損失。RO控制系統(tǒng)采用模擬屏顯示，各種運(yùn)行參數(shù)、狀態(tài)及水質(zhì)情況直觀明了；整套控制系統(tǒng)配有在線ORP／TDS／pH監(jiān)測儀、高壓泵低壓保護(hù)裝置、在線壓力傳感器、水箱液位傳感器、在線溫度傳感器、在線流量傳感器等全套在線儀表，確保各種運(yùn)行參數(shù)都能在模擬顯示屏上反應(yīng)出來。同時(shí)具有運(yùn)行狀態(tài)及故障報(bào)警遠(yuǎn)傳功能。系統(tǒng)運(yùn)行工況受進(jìn)水及預(yù)處理水箱的液位自動(dòng)控制，高位運(yùn)行，低位停止。系統(tǒng)處理后水質(zhì)情況表2序號(hào)項(xiàng)目原水水質(zhì)指標(biāo)中水水質(zhì)指標(biāo)系統(tǒng)產(chǎn)水水質(zhì)1pH值1.829.036.5-7.52CN-(mg/L)790.7<0.053Cr6+(mg/L)2560.78<0.054總鉻(mg/L)2840.84<0.15Ni2+(mg/L)35.50.672<0.026Cu2+(mg/L)524.3<0.57電導(dǎo)(μs/cm)----<150膜對不同價(jià)離子的截留性能表3化合物/無機(jī)鹽膜A膜B膜C膜DNaCl15.8133.1535.1540.81Na2CO362.2672.5375.5178.18Na2SO485.8791.0292.6096.21MgSO480.7087.3793.0998.48KCl20.5740.5742.2142.71CaCl247.3652.8068.5173.63BaCl238.2246.6662.3276.177．經(jīng)濟(jì)效益分析設(shè)計(jì)每天電鍍綜合廢水進(jìn)水處理量：Q進(jìn)＝768m3/d；即：768m/d3×75%=576m3設(shè)計(jì)每天系統(tǒng)產(chǎn)水回用量（75%）：Q出＝576m3回用水按自來水單價(jià)2.5元/m3計(jì)算即：576m3年直接水回用量：576m3/d×300天=172,800m年直接回用水產(chǎn)生效益：172，800m3年節(jié)約排污費(fèi)用：排污費(fèi)按3．0元/m3計(jì)算即：768m3/d×3．0元/m3運(yùn)行費(fèi)用：以處理量768m3即：45kw/h×0.5元×16h＝360元/d；則年用電費(fèi)用：360元×300＝108000元/年；材料損耗費(fèi)用：更換UF／RO膜元件,設(shè)膜壽命三年,整套設(shè)備需配膜組件108支，單支膜平均單價(jià)按2，500元／支計(jì)即：2，500元×108＝270，000元（平均每三年間歇更換一次）；則每年損耗費(fèi)為：270，000元÷3＝90，000元/a；電鍍廢水回用工程實(shí)際創(chuàng)造效益：年節(jié)水：140,400m3年節(jié)水產(chǎn)生效益：432,000元/a；年節(jié)約排污費(fèi)用：691,200元年水回用直接效益+節(jié)約補(bǔ)給水效益+節(jié)約排污費(fèi)-(用電費(fèi)用+材料費(fèi)用)即：(432，000＋691，200元)/年–(108000元+90，000元)/年=925，200元/年則：年實(shí)現(xiàn)效益925，200元。工程及設(shè)備總投資2，500，000萬元（人民幣）工程投資回收期2，500，000萬元÷925，200元/年≈3年即:不到三年收回投資。結(jié)論采用集成膜分離技術(shù)處理電鍍廢水，根據(jù)上海、惠州、廈門、湖州、江陰等幾家電鍍企業(yè)的工程實(shí)例的運(yùn)行結(jié)果，技術(shù)可行、工程設(shè)計(jì)方案愈來愈科學(xué)合理。本文