快渗和沉淀法处理酸洗磷化废水及对污泥去化水平研究

邱小强

(中山金粤环保工程有限公司，广东 中山 528400)

酸洗磷化能够对金属表面进行处理，能够起到除锈、防锈、提高附着力的作用，保证金属寿命，为后续的生产做好准备[1-2]。酸洗磷化污水由金属涂装过程中脱脂、磷化产生，废水中主要含乳化油、脱脂剂、润滑油、表面活性剂、悬浮物、磷酸根以及酸、碱等有机或无机杂质污染物，只有对污水处理达标了才能更好地实现污泥去化的目标[3]。

随着环境保护要求的日益严格，部分地区对于酸洗磷化行业废水的处理以及排放标准也越来越高，在某些水系发达的地方对于新建的排放氮磷污染物较高的工业项目，实行环保一票否决制[4]。因此对于酸洗磷化废水的进行有效的再回收处理，具有明显的现实意义[5]。

针对酸洗磷化废水，目前国内常见的处理工艺主要有隔绝油脂+酸碱中和+气体悬浮+倾斜沉淀，二次中和+二次沉淀+气体悬浮+活性炭吸附等工艺；经过上述工艺处理之后的污水，基本可以满足《污水综合排放标准》中的一级排放标准[5]。

但是这种品质的污水如果直接排入环境之中，仍会对环境产生一定的影响。常规处理工艺后的废水具有较高的含盐量，氯离子的浓度最高可高达2 000 mg/L以上，电导率可以达到 4 000 μs/cm，这种品质的水质不论是直接排放还是直接回用于酸洗磷化工序，都会带来不良影响。

本文探索采用化学沉淀与人工快渗相结合的工艺对酸洗磷化废水进行处理。人工快渗的操作是将污水通过具有渗滤效果的介质，通过冲水与干燥交替进行。通过一系列的物理、化学、生物作用去除悬浮物及其中的化学离子。人工快渗操作简单、成本低廉，效果优良，维护方便[5]。

中山某铸造公司对生产产生的废水进行沉淀以及快渗处理，经过一系列操作后，水质满足国际制定的相关标准，不会对人类生产生活、环保等方面产生负面影响。

1 处理水水质

废水的产生主要是由于将金属表面的油脂类杂质去除而产生。工体的工艺流程有半成品、脱脂、第一次水洗、酸洗、第二次水洗、酸碱中和、第三次水洗、表面调整、磷化、第四次水洗、热水冲洗、空气压缩机干燥、浸塑过程。

1.1 废水来源

从该企业的生产流程可以看出，整个过程中产生水污染的来源主要来源脱脂工艺、酸洗过程以及磷化过程中产生。

1.1.1 脱脂工艺

金属表面所含有的油污是此工艺的主要成分，脱脂剂主要有碱性皂化除油剂(含有氢氧化钠、碳酸钠等碱性物质)；乳化除油剂(含有乳化剂等大分子表面活性剂)。此时产生的废水中主要含有油脂、乳化剂等大分子物质，含有大量的可溶性物质，简单的进行沉淀工艺根本满足不了国家要求的各项污水处理标准[5]。

1.1.2 酸洗工艺

酸洗工艺主要是指利用酸碱等物质对金属表面进行处。此工艺产生的废水中有大量的酸碱、悬浮物繁多、金属离子丰富、含有少量的有机物。

1.1.3 磷化工艺

根据工艺所用试剂以及反应环境，此工艺的废水中含有大量的重金属离子、磷酸盐成分，整体而言水质成分组成较为单一，容易处理，可以通过大量添加碱性物质进行沉淀，经过处理后就可以满足排放标准。

1.2 水质水量

设计废水处理流量为每天五百方，根据污水的划分原则，将污水进行分类，按照国家所规定的环保要求，设计废水排放标准中各种物质的含量标准依据当地规定标准而确定。不同水质所含成分详见表1。

表1 水质分类表

表2 处理后污水指标

2 处理方案及工艺

2.1 处理工艺流程

为了更好的达到排放标准，需要着重的去除水质其中的石油类有机物、磷酸盐、以二价铁形式存在的铁离子以及COD，在利用好化学沉淀的基础上辅以人工快渗的工艺进行污水处理，其处置流程图如图1所示。

图1 相关工艺示意图

图2 CRI池现场工作图

2.2 工艺说明

废水在进入调节池之前首先经过格栅、隔油进行预处理，然后保证匀速缓慢的将污水泵入到反应池之内，将计算好数量的石灰乳投入其中，使得反应池整体的pH在10.0～10.5左右，此时主要形成碳酸钙以及氢氧化锌等细小的沉淀物，达到降低废水中的TP以及锌浓度的效果[6]。在向其中加入絮凝剂PAM，利用其吸附、絮凝等作用将水质中存在悬浮颗粒物以及部分胶体物质沉淀，反应槽处理结束后进入斜管沉淀器，完成沉淀物与水体的分离[1]。沉淀物进入污泥池，水体进入砂滤池进一步的处理。然后污水进入CRI，通过一系列的操作将水中剩余杂质无安全去除，对污泥进行干燥。污泥至污泥干化池干化，在此过程中也完成了污泥去化，可以对污泥进行下一步的资源利用化[7]。

2.3 工艺设计建筑物及相关参数

2.3.1 格栅/隔油/调节池

格栅尺寸长宽高分别为1.2 m、0.8 m、1 cm，污水流经格栅的速度为0.6 m/s，其材质为不锈钢材质。

隔油池的尺寸长宽高分别为1.0 m、1.0 m、3.0 m，HRT=30 min，结构为钢混结构。

调节池的尺寸长宽高分别为10 m、2.5 m、3.0 m，HRT=12.5 h，使用钢混结构[8]。

使用抗腐蚀泵1台进行泵送，1台为了备用。水下推流机1台进行水体输送，2套电缆式浮球液位控制器，用于水体液面控制。

2.3.2 反应槽/斜管沉淀器

反应槽设计长宽高为φ1 200 mm×2 500 mm，HRT=15～30 min，有效容积为2.5 m3，结构为防腐钢。

斜管沉淀池的尺寸长宽高为4.0 m×2.0 m×3.5 m，水力保持时间为5.5 h，使用防腐钢进行建设使用计量泵2套，进行酸以及PAM的投放，保证液体流量能够达到每小时80 L，另设计一套用于添加石灰乳的投放装置1套；利用一台功率超过1 kW的搅拌机在反应过程中进行搅拌；蜂窝状斜管填料(φ50 mm)28 m3用于添加药品；工业在线pH计1套进行反应过程中酸碱度的测试。

2.3.3 砂滤池/反冲洗水池

砂滤池设计长宽高为1.5 m×1.1 m×1.8 m，使用钢筋混凝土进行建设，过滤流速为3.5 m/h，每秒每平方米能达到8 L的冲洗速度，过滤时间保证2 d；冲洗时间为10 min。使用液体向下冲的方式进行过滤，在池子底部自下而上填充一定的砾石层、砂滤层、清水层。

反冲洗水池与砂滤池共同建设，建于砂滤池下方，使用钢筋混泥土建设为尺寸1.4 m×1.2 m×2.0 m，利用2台反冲洗泵进行冲洗。

2.3.4 CRI

使用钢筋混凝土建设尺寸长宽高为20.0 m、6.0 m、2.0 m的设施，分成2格，运行模式为干湿交替CRI采用干湿交替方式运行，每个池子工作时长12 h，主要工作流程有布水、排水、落干。工作池表层清水厚度为400 mm。中间滤层采用附近河流的浮砂(0.45～0.75 mm)作为渗透介质。为了更好的达到出去水中磷元素的效果，使用工业石灰对水层进行填充，最下层使用碎石层进行填充，达到集水的作用。配备1台集水系统，2台潜水排污泵(1台备用)。

尺寸长宽高均为2 m，结构为钢筋混凝土。

3 运行效果及相关费用

3.1 运行效果

经过该系统处理以后的水质，在权威机构的检验下发现，设备运行状态正常，能够满足相关环保要求。

该工艺经过常规化学沉淀后祛除了污水中大部分的磷酸盐、重金属离子、以及部分石油物质，结合人工快渗工艺能够对污水进行深度处理。污水水质检验结果表明将化学与人工沉淀工艺组合能够对生产过程中产生的废水中磷酸盐、重金属的去除率超过93%，对处理过的污水进行重金属浓度测试，结果表明浓度远远低于国家所规定的污水排放标准，能够极大的满足污水处理要求与之前工艺相比，脱水污泥量减少了30%。

对该工程长期运行效果进行评价，经过统计计算进入人工快渗处理池中磷元素的浓度为1.95 mg/L左右，从其中流出水的磷元素的浓度0.09 mg/L，浓度大大降低，说明工程中所用的填充工业石灰、天然河砂等CRI 过滤介质，在物化及生物作用的强化作用下，能够很好地去除水中的磷元素，不需要对其进行活性炭吸附即可驱除。对整个系统运行温度敏感性进行测试，发现其温度敏感性较低，即使在冬季最低气温下运行，对各类物质的去除效果未受到明显影响，其中COD下降4% 左右，TP没有实质性影响，运行过程中渗透速率也比较稳定。

3.2 运行费用

经过专家评估分析研究，综合考虑电费、试剂费以及人工费得费用成本，处理一吨污泥的费用约为4元。沉淀污泥产生量为400 kg/d(含水率为20%)，虽然从运行成本计算可以看出比单纯的石灰处理工艺要高，但是却大大的减少了污泥处理费用，经过评估每年大约能够节省大约20万左右的费用。

4 结 论

本文所涉及工艺以化学沉淀为基础去除污水中各种物质，同时利用人工快渗技术组合的工艺处理金属件半成品工段产生的酸洗磷化废水，经过长时间的运行以及监测，可以达到预定的设计效果，有效减少了污染物的排放。同时可以减少约30%的污泥量，极大降低污泥处置费用。