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威士邦电镀污水处理工艺

2013-7-17 9:52:54

 

1、概述

        电镀废水的成分非常复杂,除含氰(CN-)废水和酸碱废水外,重金属废水是电镀业潜在危害性极大的废水类别。根据重金属废水中所含重金属元素进行分类,一般可以分为含铬(Cr)废水、含镍(Ni)废水、含镉(Cd)废水、含铜(Cu)废水、含锌(Zn)废水、含金(Au)废水、含银(Ag)废水等。电镀废水的治理在国内外普遍受到重视,研制出多种治理技术,通过将有毒治理为无毒、有害转化为无害、回收贵重金属、水循环使用等措施消除和减少重金属的排放量。随着电镀工业的快速发展和环保要求的日益提高,目前,电镀废水处理已开始进入清洁生产工艺、总量控制和循环经济整合阶段,资源回收利用和闭路循环是发展的主流方向。

2、电镀废水处理常用方法

       针对我国家目前电镀行业废水的处理现状的统计和调查,广泛采用的主要有7不同分类的方法:

       (1)化学沉淀法,又分为中和沉淀法和硫化物沉淀法;(2)氧化还原处理,分为化学还原法、铁氧体法和电解法;(3)溶剂萃取分离法;(4)吸附法;(5)膜分离技术;(6)离子交换法;(7)生物处理技术,包括生物絮凝法、生物吸附法、生物化学法、植物修复法。

传统的电镀废水处理工艺流程

3、威士邦电镀污水处理工艺主要有以下几个特点:
 
其一,分类处理
 
        针对电镀生产工艺的不同而采用分质分流工艺,废水分流处理大大减小处理难度,形成针对性的处理技术,更能确保废水稳定达标排放;对不同废水进行分类处理,各种金属离子最佳沉淀PH值不同,不同金属离子选用不同最佳PH沉淀值,有助于排放水达标排放。
 
其二,稳定达标排放
 
        威士邦开发的电镀废水处理工艺可以帮助现有企业提供成熟的提标改造方案,解决现有企业的后顾之忧,适应当前的环保要求。也为新建立企业提供完善的电镀废水解决方案,使排放废水稳定达到新环标规定的20项污染物排放控制要求,彻底消除电镀企业面对新标的困扰,威士邦在各类废水处理池后创新性地设计了缓冲池,可以保证药剂与废水的完全反应,从而提高处理效果;设计了独特的缓冲池排泥、电动排泥系统,排泥效率高,威士邦拥有先进的HDTS-System排放水终端保障系统,可以保证电镀废水的稳定达标排放。
 
其三,前瞻性
 
        威士邦电镀废水新工艺对各系废水采用分开沉淀,单独收集的技术,为将来的回用要求作好了准备。将来设计回用工艺时,对膜有影响的废水可以单独处理、达标排放;而可以回收的几类废水可以“一步法”“无缝衔接”对接深度回用系统,不用增加系统改造。对于一些当前不需要回用,而在将来有回用需求的电镀企业尤其适用。
 
其四,独特的生化处理技术
 
        前处理有机废水、老化废水等有机物浓度很高(有的COD高达几万mg/l),由于废水可生化性差且难以生物降解,用通常的生物方法处理,效果甚微,因而可以采用比较特别的生化处理方法将其除去。威士邦拥有独特的UASB厌氧工艺和Flow Split®  SMF浸没式超滤技术可以有效降低废水中的COD。

其五,自动化程度高

        采用PLC+PC+组太+网络远程控制,实现高度自动化,节省人工投入,降低劳动强度。可以完成数据的自动采集和累积并自动分析生成报表图,实现网络远程控制。

 

工艺比较

 

项目

传统工艺

威士邦新工艺

处理

方法

传统化学沉淀法,

无终端保障系统

物理、化学、生物等多种方法,

增加终端保障系统

优点

技术成熟

技术先进,系统运行稳定、产水达标排放

自控

自动化控制程度低 

自动化控制程度高、操作方便

缴纳排污费

环保效益

政策扶持

支持力度小

支持力度大

出水水质

很难达到新标

达到新标

 

3.1 分质分流治理技术
 
        根据电镀废水处理工艺及所含污染物质的不同,电镀废水分质收集,再根据各类废水所含污染物的特点采用适宜的工艺进行治理。在化学药剂的投加上改变以往过量投加的方法,采用计量泵投加的方式,以精确调整pH值,减少药剂使用量,降低成本。
 
前处理废水处理技术
 
      前处理废水的污染物以镀件上的油污为主,包含除蜡除油、老化液、皂化废液,包含油脂、表面活性剂、磷酸盐等多种污染物,COD含量高。为提高处理效果,降低药剂成本,在工艺选择上采取物理、生化相结合的方法处理。
 
含铬废水处理技术
 
        由于电镀废水中的Cr主要以Cr6+离子形态存在,其毒性也较大,对铬废水的处理先将六价铬还原成三价再采用氢氧化物沉淀的方法,使之生成氢氧化铬沉淀去除。还原池设有混合搅拌机,使进入还原池的废水和还原药剂能充分混合,同时因搅拌的作用加快了反应速率、提高了废水处理效率。为了提高还原反应的自动化程度,在反应池上安装ORP和PH自动监测仪对废水进行实时监控。
 
含锌废水处理技术
 
        处理含锌废水,一般采用化学凝聚沉淀法,但由于工艺的不同,在废水处理工艺上也有所差异。一般不含配位剂或含配位剂量少的锌废水,如碱性锌酸盐锌、酸性锌、钾盐镀锌等各钟废水,只需调整废水的PH值并投加一定量的凝聚剂,使锌形成氢氧化锌沉淀,经沉淀和过滤后,出水含锌量能达到2.0mg/L的排放标准。处理后90%左右水能循环使用。而含配位剂较多的如铵盐镀锌废水则需破坏配合物后,再按上述调整废水PH值,使锌形成氢氧化锌而除去。
 
        锌为两性金属,在废水中的存在形态由PH值决定,一般认为pH值大于10时,锌主要以Zn2-存在,当PH值调整到8~10时,主要以Zn(OH)2形态存在,其反应为:
 
                 Zn2-+2OH-     Zn(OH)2

                 Zn(OH)2+2OH-     ZnO2-2+2H2O;

                 Zn(OH)2+H2SO4      ZnSO2+2H2O。

 

含氰废水处理技术
 
        含氰废水不能与其它重金属废水混排,必须单独进行预处理,达到预期目的后,才能进入下一道处理系统。为使化学处理系统安全运行,同时降低氢化氰气体溢出的可能,采用单独收集、先氧化的化学处理工艺。威士邦工艺采用二级破氰的方式,将含氰废水进行完全氧化处理。
破氰原理:
 
       采用碱性氯化法(次氯酸钠或液氯),分二阶段破氰,
       第一阶段为不完全氧化将氰氧化成氰酸盐:

                 CN-+OCl-+H2O——CNCl+2H-

                 CNCl+2OH-——CNO-+Cl-+H2O

        CN-与OCl-反应首先生成CNCl,再水解成CNO-;其反应速度取决于PH值、温度和有效氯浓度,pH值越高,水温越高,有效氯浓度越高则水解的速度越快高,据报导CNO-的毒性仅为CN-毒性的千分之一;

        第二阶段为完全氧化阶段——将氰酸盐进一步氧化分解成二氧化碳和氮气:

                  2CNO-+3ClO-+H2O——2CO2  +N2  +3Cl-+2OH-

 

混合废水处理技术
 
         车间除分质处理的废水外,其余各种废水包括冲洗地坪等废水,将集中在一起的废水叫做重金属混合废水。这种集中在一起的重金属混合废水内容较复杂,主要污染物质有Cu、Zn、Ni等,少量Pb、Pt等。目前国内常用化学中和、凝聚沉淀等方法处理重金属混合废水,使废水中的酸、碱中和,同时使重金属离子形成氢氧化物沉淀,然后再经固液分离装置去除沉淀物,处理后水回用或排放。
 
        用化学中和,凝聚沉淀处理法处理电镀混合废水,其处理后水能达到排放指标较难,为保障排放水的达标而采用二级沉淀工艺。含多种金属离子混合废水通常采用加碱中和沉淀法,应考虑PH值控制条件和金属离子共存时相互作用的影响,威士邦电镀废水处理系统在调试过程中以出水各项重金属指标达标为前提,以加药量最少为原则来确定,可准确控制废水达到各种金属离子去除的最佳PH值。威士邦处理技术在混合废水处理系统上还配置了pH值自动检测和试剂投加装置,以提高废水处理效率。
 

3.2有机废水处理新工艺

         威士邦有机废水处理新工艺主要采用物化及生化结合的治理工艺对有机废水进行处理,其中主要工艺为UASB厌氧工艺和Flow Split®  SMF浸没式超滤工艺。

UASB工艺

UASB结构

 

UASB布置示意图

 

        厌氧生物处理作为利用厌氧性微生物的代谢特性,在不用提供外源能量的条件下,以被还原有机物作为受氢体,同时产生有能源价值的甲烷气体。厌氧生物处理法不仅适用于高浓度有机废水,进水BOD最高浓度可达数万mg/l,也可适用于低浓度有机废水,如工厂排放的生活污水等。 
 
        厌氧生物处理过程能耗低;有机容积负荷高,一般为5-10kgCOD/m3.d,最高的可达30-50kgCOD/m3.d;剩余污泥量少;厌氧菌对营养需求低、耐毒性强、可降解的有机物分子量高;耐冲击负荷能力强。
 
        UASB的基本原理:升流式厌氧污泥床UASB( Up-flow Anaerobic Sludge Bed )
 
        UASB由污泥反应区、气液固三相分离器(包括沉淀区)和气室三部分组成。在底部反应区内存留大量厌氧污泥,具有良好的沉淀性能和凝聚性能的污泥在下部形成污泥层。要处理的污水从厌氧污泥床底部流入与污泥层中污泥进行混合接触,污泥中的微生物分解污水中的有机物,把它转化为沼气。沼气以微小气泡形式不断放出,微小气泡在上升过程中,不断合并,逐渐形成较大的气泡,在污泥床上部由于沼气的搅动形成一个污泥浓度较稀薄的污泥和水一起上升进入三相分离器,沼气碰到分离器下部的反射板时,折向反射板的四周,然后穿过水层进入气室,集中在气室沼气,用导管导出,固液混合液经过反射进入三相分离器的沉淀区,污水中的污泥发生絮凝,颗粒逐渐增大,并在重力作用下沉降。沉淀至斜壁上的污泥沼着斜壁滑回厌氧反应区内,使反应区内积累大量的污泥,与污泥分离后的处理出水从沉淀区溢流堰上部溢出,然后排出污泥床。
 
UASB的主要优点是:
        1、UASB内污泥浓度高,平均污泥浓度为20-40gVSS/1; 
        2、有机负荷高,水力停留时间长,采用中温发酵时,容积负荷一般为10kgCOD/m3.d左右; 
        3、无混合搅拌设备,靠发酵过程中产生的沼气的上升运动,使污泥床上部的污泥处于悬浮状态,对下部的污泥层也有一定程度的搅动; 
        4、污泥床不填载体,节省造价及避免因填料发生堵赛问题; 
        5、UASB内设三相分离器,通常不设沉淀池,被沉淀区分离出来的污泥重新回到污泥床反应区内,通常可以不设污泥回流设备。
 
 Flow Split® SMF浸没式超滤工艺

A、概述及分类

        Flow Split®  SMFTM(专利号:ZL 2007 2 0007883.4)是威士邦膜科技有限公司基于Flow Split®超滤膜组件开发出的一种浸没式超滤系统。

        按照应用模式区分,SMF可以划分为改进型膜生物反应器(AMBR)及浸没式强化膜过滤(MFR)。其区别如下表:

项目

SMF应用之一:改进型膜生物反应器

AMBR

SMF应用之二:浸没式强化膜过滤

MFR

设计通量

10~12L/m2·hr

20~30L/m2·hr

HRT

4hr以上

一般小于2hr

主要作用

提高污泥浓度,强化过滤

强化过滤

应用范围

取代二沉池

取代柱式超滤及其预处理,如碳滤、砂滤等

        治理工艺中主要是采用第一类应用—改进型膜生物反应器(AMBR),是膜分离技术与生物处理技术有机结合之新型态废水处理系统。主要利用沉浸于好氧生物池内的膜分离设备截留池内活性污泥,在实现固液分离的同时,利用高浓度的活性污泥对废水中的污染物进行降解,从而真正实现废水的达标排放。

改进型膜生物反应器(AMBR)

        其处理电镀废水除具有处理一般工业废水的特点外,对水中未降解的物质具有截留作用,防止他们带出池外,经过池内较长时间的厌氧回流、好氧曝气直到降解为止,这就保证了处理水的COD浓度较低。

改进型膜生物反应器(AMBR)具有以下特点:

        1、膜分离技术代替二沉池使反应器内微生物浓度大大提高,污泥负荷降低,出水质量高。

        2、膜分离技术使大分子难降解物质在反应器内的停留时间增加,生物氧化去除率提高。

        3、出水不受污泥膨胀等因素影响,控制管理方便。

B、针对性研发

AMBR针对常规MBR设备在众多污水处理厂使用中存在的断丝、处能力小、不易清洗技术难题,我们引进了最先进的漂悬海藻式技术理念,该技术改变传统的双边出水为单边产水,这样也便于增加同一规格内膜丝的长度,从而增加了单位膜面积。膜组件的单边产水不等于是让膜组件在运行时像海藻一样在反应池漂悬,而是想办法在让其漂悬的同时加设固定支架,使其在漂悬时不至于打结,进而提高处理效率。同时,还采用纳米“云分散技术”将纳米TiO2均匀分散在膜组件中,大大提高了膜丝抗拉伸性能。

        在增加单位膜面积方面,我们利用最有限的空间增大了单位膜丝总数,做到变向增加单位膜面积。膜组件的断丝则是因为其固定粘胶技术所致,采用多层次高柔软性的粘胶技术是控制断丝最理想的方法。膜组件的清洗问题也是浸没式超滤得以长期安全运行的技术保障,在膜组件的设计中采用单边上出水,另一边冲气搅拌的设计方式更有助于降低膜组件的体外清洗频率。即威士邦SMF技术是膜分离技术与生物技术有机结合的新型废水处理技术,也称膜分离活性污泥法。它利用膜分离设备将生化反应池中的活性污泥和大分子有机物质截留住,水力停留时间(HRT)和污泥停留时间(SRT)可以分别控制,而难降解的物质在反应器中不断反应、降解。一方面,膜截留了反应池中的微生物,使用池中的活性污泥浓度大大增加,使降解污水的生化反应进行得更迅速更彻底,另一方面,由于膜的高过滤精度,保证了出水清澈透明从而节省了二次沉淀。因此,膜-生物反应器工艺通过膜分离技术大大强化了生物反应器的功能。与传统的生物处理方法相比,具有生化效率高、抗负荷冲击能力强、出水水质稳定、占地面积小、排泥周期长、易实现自动控制等优点。

C、优点

     、对污染物的去除效率高

        对悬浮固体(SS)浓度和浊度有着非常良好的去除效果。由于膜组件的膜孔径非常小(0.01~1µm),可将生物反应器内全部的悬浮物和污泥都截留下来,其固液分离效果要远远好于二沉池,AMBR对SS的去除率在99%以上,甚至达到100%;浊度的去除率也在90%以上,出水浊度与自来水相近。

        由于膜组件的高效截留作用,将全部的活性污泥都截留在反应器内,使得反应器内的污泥浓度可达到较高水平,最高可达10~20g/L。这样,就大大降低了生物反应器内的污泥负荷,提高了AMBR对有机物的去除效率。

        同时,由于膜组件的分离作用,使得生物反应器中的水力停留时间(HRT)和污泥停留时间(SRT)是完全分开的,这样就可以使生长缓慢、世代时间较长的微生物(如硝化细菌)也能在反应器中生存下来,保证了AMBR除具有高效降解有机物的作用外,还具有良好的硝化作用。研究表明,AMBR在处理工业污水时,对氨氮的去除率平均在98%以上,出水氨氮浓度低于1mg/L。

        此外,选择合适孔径的膜组件后,AMBR对细菌和病毒也有着较好的去除效果,这样就可以省去传统处理工艺中的消毒工艺,大大简化了工艺流程。另外,在DO浓度较低时,在菌胶团内部存在缺氧或厌氧区,为反硝化创造了条件。仅采用好氧AMBR工艺,虽然对TP的去除效率不高,但如果将其与厌氧进行组合,则可大大提高TP的去除率。

、具有较大的灵活性和实用性

在工业废水处理中,传统的处理工艺(格栅+沉砂池+初沉池+曝气池+二沉池+消毒池)流程较长,占地面积大,而出水水质又不能保证。而AMBR工艺(筛网过滤+AMBR)则因流程短、占地面积小、处理水量灵活等特点,而呈现出明显优势。AMBR的出水量根据实际情况,只需增减膜组件的片数就可完成产水量调整,非常简单、方便。

        对于传统的活性污泥法工艺中出现的污泥膨胀现象,AMBR由于不用二沉池进行固液分离,可以轻松解决。这样,就大大减轻了管理操作的复杂程度,使优质、稳定的出水成为可能。同时,AMBR工艺非常易于实现自动控制,提高了污水处理的自动化水平。

、解决了剩余污泥处置难的问题

        剩余污泥的处置问题,是污水处理厂运行好坏的关键问题之一。AMBR工艺中,污泥负荷非常低,反应器内营养物质相对缺乏,微生物处在内源呼吸区,污泥产率低,因而使得剩余污泥的产生量很少,SRT得到延长,排除的剩余污泥浓度大,可不用进行污泥浓缩,而直接进行脱水,这就大大节省了污泥处理的费用。有研究得出,在处理工业污水时,AMBR最佳的排泥时间在35d左右。

Flow Split® SMFTM AMBR与传统膜生物反应器处理工艺的比较

项   目

膜生物反应器工艺

传统处理工艺

基建费用

较低

较高

运行费用

相当

相当

出水水质

稳定优质、优于现行废水标准

水质不稳定、较差

维护管理

易管理、易实现自动化

不易管理、较难控制

可改造性

可改造、易扩建

不易改造、扩建

适用性

高浓度废水皆可适用

高浓度废水需稀释后再处理

D、工艺原理

        SMF膜生物反应器是生物反应器处理技术和膜处理技术的组合,毫无疑问它也综合了两者的特点;生物反应器内的微生物利用污水中的有机物进行生长繁殖,并逐渐开始在系统内形成适合有机污染物降解的微生物链,而膜的分离作用将微生物截留在生物反应器内,使污染物得到比较充分的氧化分解,最终出水得到了净化。由于膜的分离作用,生物反应器内的活性污泥浓度较传统的生物处理法要高,这就提高了污水的处理效率与出水水质,同时降低了运行过程的能耗。

①结构特点:

浸没式超滤组件结构

 

Flow Split® 浸没式超滤组件结构图

②简单流程:

AMBR流程配置

 

AMBR流程配置示意图

3.3 HDTS-System排放水终端保障系统

        High-efficient Drainage-waterTerminal Safeguard System是Visbe® HDTS-System的全称,顾名思义,该套系统具有高效的终端保障作用。为应对电镀新标,保证废水COD、金属离子均可达标排放,威士邦电镀废水处理新工艺在原有化学法系统的基础上增加高效的排放水终端保障系统。威士邦HDTS -System系统具有高效的保障作用,能在电镀废水处理工艺的最后阶段严格把关,保证处理水的稳定达标排放。系统由多介质过滤器和金属离子捕捉系统构成。多介质过滤器采用多层滤料过滤,可去除部分COD,金属离子捕捉系统采用特定的树脂,可有效去除废水中残余的少量金属离子,使废水达标排放。

多介质过滤器

        多介质过滤器主要是利用滤料的筛滤和吸附机理来去除水中的有机物和余氯,还可以去除胶体渣、铁氧化物、悬浮物,降低色度、浊度,保障系统出水水质。滤罐滤速保持在8~12m/s,过滤效果最好。采用先进的布水技术,使得整个过滤面上滤速均匀一致,在保证过滤效果的基础上最大限度地提高了有效的过滤速度。同时,按科学的滤料级配原则,用多种精制滤料组成多层滤料层,使过滤效果更佳、滤床更深,当进水水质突然恶化时,还能保证出水水质清净,抗冲击能力强,避免了水质变化差异的缺点。

        多介质过滤器利用滤料的吸附机理来吸附水中的有机物,还可以去除水中存在的胶体渣、铁氧化物、悬浮物,降低色度、浊度,保证后道系统的稳定运行。

金属离子捕捉系统

        金属离子捕捉系统采用特定的树脂,该树脂是一类能与金属离子形成多配位络合物的交联功能高分子材料,其最大特点是可在很宽的条件范围内只吸附一种或几种特定的离子而不吸附其它离子,与特定的离子形成稳定络合物,与一般的离子交换树脂相比,该树脂与金属的离子的结合力更强,选择性也更高,从而可以有效去除废水中残余的少量金属离子,使废水达标排放。

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