汽车涂装废水处理工程设计实例

2021-07-07田兴高秀梅张羽王飞龙

工业用水与废水 2021年3期

田兴，高秀梅，张羽，王飞龙

（1.苏州建设交通高等职业技术学校工程管理系，江苏苏州 215000；2.哈尔滨工业大学环境学院，哈尔滨150090；3.苏州苏净环保工程有限公司，江苏苏州 215000）

天津某汽车工厂每日排放废水约2 000 m3，主要包括汽车涂装废水和厂区全部生活污水（包括经过隔油池预处理的食堂污水和化粪池预处理的卫生间污水）。其中涂装废水主要由脱脂、酸洗、磷化等前处理废水，电泳废水和喷漆废水组成［1］，废水中含有酸性或碱性物质、油类物质、表面活性剂、磷酸盐、有机物和少量重金属离子等污染物。

涂装工艺废水种类较多，成分复杂，水量水质变化大，可生化性差，处理难度大［2］。目前国内涂装废水处理工艺主要有物化法、生化法、物化＋生化法［3－7］。本文结合天津某汽车厂废水处理的工程实践，对分质物化预处理＋生化法组合工艺的应用进行详细介绍。

1 处理水量及水质

1.1 处理水量

根据废水产生来源和水质不同，将其划分为磷化废水、酸碱废水、电泳废水、生活污水4类，所有废水的稳定产生量约为83.5 m3／h，最大量约为105 m3／h，设计处理能力取96 m3／h，其各自水量见表1。

1.2 设计进出水水质

磷化废水主要污染物为磷和镍；电泳废水主要污染物为COD、悬浮物和石油类；酸碱废水主要为表调废水和冲洗水，含有少量的金属离子和酸碱以及悬浮物；生活污水主要污染物为氨氮和COD。设计进水水质按同类工厂运行数据确定，处理后出水水质达到GB／T 18920—2002《城市污水再生利用城市杂用水水质》表1要求，用于冲厕、绿化及道路冲洗。设计进出水水质见表2。

表1 不同种废水处理量Tab.1 Treatment capacities of different kinds of wastewater

表2 设计进出水水质Tab.2 Design influent and effluent water quality

2 处理工艺流程

2.1 工艺流程选择

目前，处理涂装废水的方法主要有物化法（包括混凝沉淀法、混凝气浮法）、化学氧化法、微电解法、生物处理法、膜分离法以及各种方法的有效组合［8］。针对本工程涂装废水种类多、成分复杂、可生化性差的特点，采用分质预处理与二级生化处理相结合的工艺，可有效去除各类污染物，处理费用也较低。

2.2 工艺流程说明

各股废水分别收集，并进行预处理后，再进入综合废水处理系统进行生化处理，处理后废水进行回用。废水处理工艺流程见图1。

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

（1）磷化废水预处理系统。磷化废液由涂装车间进入磷化废液槽，槽内设搅拌器，均质后的磷化废液进入磷化废水槽与磷化废水相混合，槽内设机械搅拌，进行水质调节。磷化废水槽出水提升至磷化反应槽，槽内设4格，第1格内投加NaOH对pH值进行预调。第2格内投加石灰乳调节pH值至10～11，在此pH值下，废水中的Ni2+与OH－生成Ni（OH）2；废水中以正磷酸盐形式存在的磷，与石灰乳反应生成羟基磷酸钙（Ca5（PO4）3OH）。Ni（OH）2与Ca5（PO4）3OH均难溶于水，形成沉淀。后2格分别投加PAC、PAM，设机械搅拌，进行混凝反应。反应槽出水进入沉淀槽，进行泥水分离，污泥提升至物化污泥槽，上清液流入pH调整槽。在pH调整槽内设Ni在线监测仪，当Ni数值超标时，回流至磷化废水槽，当Ni数值达标时，提升至综合废水系统中间水池。

（2）电泳废水预处理系统。电泳废液由涂装车间进入电泳废液槽，槽内设搅拌器，均质后的电泳废液进入电泳废水槽与电泳废水相混合，槽内设机械搅拌，进行水质调节。电泳废水槽出水提升至电泳反应槽，槽内设4格，分别投加PAC、石灰乳、NaOH和石灰乳、PAM。此工段主要是通过混凝絮凝，去除废水中的悬浮物。反应槽出水进入沉淀槽，进行泥水分离，污泥提升至物化污泥槽，上清液流入酸碱废水槽。

（3）酸碱废水预处理系统。酸碱废水与上述经过预处理后的电泳废水在酸碱废水收集槽内混合后，提升进入酸碱反应槽。槽内设4格，分别投加NaOH、石灰乳、PAC、PAM，进行混凝反应。经过反应槽反应后，废水进入沉淀槽，进行泥水分离，污泥提升至物化污泥槽，上清液流入pH调整槽，调节pH值后进入中间水池。

（4）综合废水处理系统。涂装废水经过上述的3套系统，废水中的磷、重金属、悬浮物等污染物基本得以去除。物化系统无法对废水中溶解性的COD进行去除，因此在综合系统中，设置1套生化系统，对COD进行去除。预处理后的涂装废水和经过格栅、调节池处理后的生活污水在中间水池内搅拌混匀后，由泵提升至生化系统，先后经过厌氧、缺氧、好氧处理。微生物在厌氧与好氧状态下，进行释磷和吸磷，实现磷的去除；在好氧与缺氧状态下，进行硝化与反硝化作用，达到脱氮目的；在好氧状态下，进行COD的降解。生化系统出水经MBR膜进行泥水分离后进入回用水池。

3 主要构筑物及设计参数

（1）磷化废液槽。1座，尺寸为7.0 m×5.7 m×5.5 m，材质为SUS316L，同时作为磷化废水事故池。内设双曲面搅拌机，转速为20 r／min；设废液提升泵2台，1用1备，选用1寸气动泵。

（2）磷化废水槽。1座，尺寸为5.5 m×3.5 m×5.5 m，材质为SUS316L。内设双曲面搅拌机，转速为20 r／min；设废水提升泵2台，1用1备，选用2寸气动泵。

（3）磷化反应槽。1座，尺寸为3.0 m×3.0 m×3.0 m，材质为SUS316L，停留时间大于60 min，分为4格，依次投加NaOH、Ca（OH）2、PAC、PAM，每格设搅拌机，除PAM反应搅拌机转速为40 r／min外，其余均为86 r／min。工艺控制参数：第1格内，投加NaOH将pH值调至8.5～9.5；第2格内，投加石灰乳将pH值调至10～11；第3格内，PAC投加量为100 mg／L；第4格内，PAM投加量为10 mg／L。

（4）磷化沉淀槽。选用兰美拉沉淀池，1座，尺寸为3.3 m×2.0 m×3.0 m，有效容积为16.5 m3，材质为碳钢，内衬玻璃钢防腐，设计水量为20 m3／h，表面负荷为3.0 m3／（m2·h）。选用气动泵排泥，排泥方式为9 min（开启）／1 h（关闭）。

（5）磷化pH调整槽。1座，尺寸为3.0 m×3.0 m×3.0 m，有效容积为22.5 m3，材质为碳钢，内衬玻璃钢防腐，停留时间为60 min，pH值控制在7.5～8.5之间。设提升泵2台，1用1备，流量为20 m3／h，扬程为10 m。

（6）电泳废液槽。1座，尺寸为7.0 m×5.7 m×5.5 m，有效容积为200 m3，材质为SUS316L，同时作为电泳废水事故池。内设双曲面搅拌机，转速为20 r／min；设废液提升泵2台，1用1备，选用1寸气动泵。

（7）电泳废水槽。1座，尺寸为5.5 m×3.5 m×5.5 m，有效容积为100 m3，材质为SUS316L。内设双曲面搅拌机，转速为20 r／min；设废水提升泵2台，1用1备，选用2寸气动泵。

（8）电泳反应槽。1座，尺寸为6.0 m×1.5 m×3.0 m，有效容积为22.5 m3，材质为SUS304，停留时间为0.9 h，分为4格，分别投加PAC、石灰乳、NaOH和石灰乳、PAM，每格设搅拌机，除PAM反应搅拌机转速为40 r／min外，其余均为86 r／min。工艺控制参数：第1格内，PAC投加量为100 mg／L；第2格内，投加石灰乳将pH值调至9.5～10.5；第3格内，投加NaOH和石灰乳调节pH值至10.5～11.5；第4格内，PAM投加量为10 mg／L。

（9）电泳沉淀槽。采用竖流式沉淀池，2座，尺寸为φ4.0 m×5.0 m，有效容积为40 m3，材质为碳钢，内衬玻璃钢防腐，设计水量为12.5 m3／h，表面负荷为1.0 m3／（m2·h）。选用气动泵排泥，排泥方式为12 min（开启）／1 h（关闭）。

（10）酸碱废水槽。2座，尺寸为7.0 m×4.5 m×4.0 m，有效容积为110 m3，材质为SUS316L。内设双曲面搅拌机，转速为20 r／min；设废水提升泵3台，2用1备，选用3寸气动泵。

（11）酸碱反应槽。2座，尺寸为6.0 m×1.5 m×4.0 m，有效容积为31.5 m3，材质为SUS316L，停留时间大于60 min，分为4格，分别投加NaOH、石灰乳、PAC、PAM，分为2条线并联运行，每格设搅拌机，除PAM反应搅拌机转速为40 r／min外，其余均为86 r／min。工艺控制参数：第1格内，投加NaOH调节pH值至9～10；第2格内，石灰乳投加量为200 mg／L，pH值调至10～11；第3格内，PAC投加量为50 mg／L；第4格内，PAM投加量为10 mg／L。

（12）酸碱沉淀槽。选用兰美拉沉淀池，2座，尺寸为4.2 m×2.0 m×3.0 m，有效容积为21 m3，材质为碳钢，内衬玻璃钢防腐，设计水量为30 m3／h，表面负荷为3.57 m3／（m2·h），选用气动泵排泥，排泥方式为5 min（开启）／1 h（关闭）。

（13）酸碱pH调整槽。1座，尺寸为4.0 m×2.5 m×3.5 m，有效容积为30 m3，材质为碳钢，内衬4布5涂玻璃钢防腐，停留时间为0.6 h，pH值控制在7.5～8.5之间。设提升泵2台，1用1备，流量为60 m3／h，扬程为10 m。

（14）生活污水调节池。1座，有效容积为700 m3，材质为钢筋混凝土，调节池前设置格栅井，内装齿耙式格栅，栅隙5 mm，最大过流量350 m3／h，设提升泵3台，其中2台流量为80 m3／h，扬程15 m，1台流量为40 m3／h，扬程15 m。

（15）生化反应池。2座，每座由厌氧池、缺氧池和好氧池组成，厌氧池尺寸为5.0 m×4.0 m×6.0 m，缺氧池尺寸为7.0 m×5.0 m×6.0 m，好氧池尺寸为16.5 m×10.5 m×6.0 m，生化反应池停留时间为25 h，污泥浓度为3 g／L，污泥负荷为0.21 kg［BOD5］／（kg［MLVSS］·d），材质为碳钢内衬玻璃钢防腐。2个好氧池设罗茨风机3台，2用1备，风量为16.8 m3／min，风压为6 m，变频控制；好氧池设置在线溶氧仪，以调节好氧池内的溶解氧浓度。每个厌氧池设搅拌机1台，转速为710 r／min，每个缺氧池设搅拌机1台，转速为705 r／min。

（16）MBR池。2座，尺寸为9.0 m×5.0 m×5.5 m，有效容积为225 m3，材质为SUS304，每池设RW400型板式膜组件6台，膜通量为17 L／（m2·h），膜材质为CPVC。设鼓风机3台，2用1备，风量为16.8 m3／min，风压为6 m，变频控制；在线清洗系统1套；产水泵3台，2用1备，流量为70 m3／h，扬程为15 m；反洗泵2台，1用1备，流量为30 m3／h，扬程为8 m；污泥泵3台，2用1备，流量为100 m3／h，扬程为10 m。在污泥泵回流管路上设置自动阀，通过开启自动阀排出剩余污泥，在未排泥时，将沉淀池污泥回流至好氧池，污泥回流比为40%。

（17）物化／生化压滤机。2台，分别处理物化、生化污泥，过滤面积为80 m2，配10 m3滤液储槽1个，滤液提升泵2台，1用1备，流量为25 m3／h，扬程为15 m。