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[摘要]浙江某汽車零部件廠采用氣浮/Fenton/石英砂過濾/MBR組合工藝處理涂裝廢水，處理水量120m3/d。運行結果表明，通過控制適宜的pH，實現了TP、NH3-N、有機污染物的有效去除。該工藝處理效率高，過程穩定，出水水質滿足《城市污水再生利用工業用水水質》(GB/T19923-2005)的清洗水要求，并直接作為洗滌用水回用于涂裝清洗系統，實現工業生產廢水“零”排放目標。
[關鍵詞]涂裝廢水；氣浮；Fenton；MBR；工程設計
汽車涂裝廢水水質復雜，常含有大量表面活性劑、其他有機溶劑、涂料助劑、重金屬、磷酸鹽等污染物，是一種典型的成分復雜、毒性強、難生化廢水，若不有效地處理則會造成嚴重的環境污染。因此必須對汽車涂裝廢水進行處理達標后排放，更理想的是循環回用[1]。浙江某汽車零部件制造廠新涂裝生產工藝產生的廢水類型多、成分比較復雜、有機物濃度高且水量水質變動很大，主要包括磷化等典型的難處理廢水。鑒于原廢水處理設施已無法滿足達標排放的需求，故對原廢水處理設施進行改造更新。廢水經處理，出水水質需滿足《城市污水再生利用工業用水水質》(GB/T19923-2005)標準的清洗水要求，并直接作為洗滌用水回用于涂裝清洗系統。
1廢水的水質和水量
1.1廢水水質
涂裝廢水種類繁多且復雜，其種類大致分為脫脂廢水、電泳廢水、噴漆和磷化廢水。脫脂廢水主要是在熱堿液及有機溶劑清洗未涂裝的車身和去除車體表面鐵屑、油脂、塵粒等生產的廢水，其污染物是固體懸浮物(SS)、聚合堿性鹽、表面活性劑、油脂；電泳廢水主要是在電泳工藝產生，其污染物是SS、COD(化學需氧量)、水溶性樹脂；噴漆廢水主要是在噴漆過程中產生漂浮態漆霧被捕捉后溶于水中形成的廢水，其污染物是SS、COD、漆霧顆粒；磷化廢水主要是汽車零部件浸泡在磷化液中的，表面形成結晶型磷酸鹽薄膜時產生的廢水，其污染物是SS、磷酸鹽、金屬離子。根據現場調查及取樣分析，企業排出的廢水中主要污染物質有CODCr、BOD5、NH3-N、SS和TP，廢水的pH呈酸性。根據當地環境保護局的要求，該企業所排廢水經處理后須達到《城市污水再生利用工業用水水質》(GB/T19923-2005)標準的洗滌用水要求后回用。項目具體的設計進水和出水水質指標如表1和表2所示。
1.2廢水水量
企業廢水主要來源于生產過程中對汽車零部件進行前處理的廢水，如脫脂、酸洗、磷化等，同時也包括電泳過程中產生的廢水以及噴漆過程的廢水，設計總水量為120m3/d。
2工程設計
2.1設計思路
進水pH偏低：企業廢水的pH值為5~6，呈酸性，因此需要對廢水的pH進行處理，以便于后續工藝的水處理條件以及降低廢水處理設備腐蝕的可能性。可生化性差：根據已有信息以及現場的調查取證，企業廢水B/C為0.18左右，可生化性差，不易于生物降解。因此，在處理廢水時需先提高廢水的可生化性，再利用生物降解降低廢水中的有機物濃度。TP：廢水中含有一定量的磷酸鹽，如不加以處理可能會使藻類生長，影響后續處理效率。SS：廢水中的SS含量較高，需加以處理，否則會對后續的處理工藝產生不利影響。目前，處理涂裝廢水的方法主要有物化法(包括混凝沉淀法、混凝氣浮法)、化學氧化法、微電解法、生物處理法、膜分離法以及各種方法的有效組合[1]。由于汽車涂裝廢水具有成分復雜、水量波動大、排放無規律的特征，當采用單一的物化法或生物法處理廢水時，存在出水不穩定達標、處理費用較高等特點。隨著國家對工業廢水排放要求日益提高，物化-生物法聯合處理成為汽車涂裝廢水處理的主要方法。該方法具有處理效果穩定、運行成本低和操作管理方便等特點，能有效去除汽車涂裝廢水中的污染物，具有較好的經濟效益和社會效益。物化-生化法尤其適用于工廠自身有廢水需進行生化處理的情況[2]。
2.2主體工藝
目前進行涂裝廢水的綜合處置技術或針對其中某一成分作深化處理，其研究和實踐的范疇都涉及到物理法，化學法和生物法等多種綜合處置方式。這些方法都是鑒于涂裝廢水生產工藝過程中產生的廢水有許多高分子樹脂、表面活化劑、乳化劑及有機溶劑等，涂裝廢水的廢水種類多、成分復雜及濃度差異、可生化性差、排放無規律、水質水量變化大等特點而設計[3]。據調查與分析，企業決定采用“氣浮+芬頓氧化+石英砂過濾+MBR”的主體處理工藝，具體工藝流程圖如下：工藝介紹：
(1)沉淀池1：企業廢水1進入沉淀池1內，去除水中密度較大的懸浮物，實現簡單的固液分離。
(2)氣?。和都有跄齽┦鼓z體絮凝，絮凝體進入氣浮機中與溶氣氣浮水混合，使其密度減少而上浮，最終通過氣浮機刮渣機刮除[4]。在噴漆中廢水中COD含量較高，大分子有機物多以漆霧顆粒物的形式漂浮在水體。采用加藥氣浮系統產生高度分散的微小氣泡作為載體粘附廢水中的懸浮物，使其浮力大于重力和阻力，從而使污染物上浮至水面，形成泡沫，然后用刮渣設備自水面刮除泡沫，實現固液分離[5]，從而使懸浮顆粒物得以去除。采用加藥氣浮系統對噴漆廢水進行預處理，一方面可以有效去除大分子有機物；另一方面穩定調節池進水水質，減小對生化系統的沖擊[6]。
(3)污泥濃縮池：提高污泥濃度，降低污泥含水量，經濃縮后的泥餅外運處理。(4)混合調節池：調節兩股廢水混合后的水質水量、pH，減輕廢水對后續處理設施的沖擊負荷，內設攪拌器裝置。通過加入NaOH、石灰乳使pH調整至堿性后進入生化反應池(A2/O)。
(5)A2/O反應池：A2/O工藝是由前段厭氧池和后段好氧池串聯在一起，利用聚磷菌厭氧釋磷、好氧吸磷的特性去除污水中的TP。厭氧池設置在好氧池前，可起到生物選擇器的作用，有利于抑制絲狀菌膨脹，改善活性污泥的沉降性能，并能減輕后續好氧池的負荷[5]。污水中的磷最終轉移到污泥中，以富磷剩余污泥的形式排出。
(6)二沉池：在處理系統中二沉池作用頗為關鍵。其主要用于是使污泥分離，濃縮和回流活性污泥，進行二次反應。
(7)Fenton反應池：Fenton氧化是一種高級氧化技術，其原理是通過Fe2+與H2O2反應生成OH，可氧化有機分子[7]。即在酸性條件下通過投加雙氧水和硫酸亞鐵產生具有強氧化性的羥基自由基，對涂裝廢水中的復雜有機物分子結構進行破環、斷鏈，降低運行負荷，提高廢水可生化性。芬頓反應池出水通過調堿、投加PAM形成Fe(OH)3進行絮凝沉淀，有效去除SS、色度及部分大分子有機物[8]。
(8)斜管沉淀池：由與水平面成一定角度(一般為60°左右)的管狀組件(斷面矩形或六角形等)置于沉淀池而構成。水流自下而上或自上而下流動，顆粒下沉到斜管底部，累積到一定程度時，便自動滑下。清水用集水堰收集，污泥則在池底用穿孔排污管收集，排入廠內污泥系統[9]?？扇コ⑸锛坝袡C物。
(9)石英砂過濾：以石英砂作為過濾介質，在特定水壓下，有效截留去除水中的懸浮物、微生物、未降解的有機物等，保持了出水水質穩定。
(10)MBR：膜生物反應器技術，是水處理領域的一項新型技術，通過將膜分離法和微生物處理手段相結合，可以對水體進行有效處理[10]。其對SS含量較高的涂裝廢水有較好的去除能力，且在一定程度上能有效去除水體中的微生物和重金屬。在處理時，MBR出水可與純水站濃水同時流入深層處理系統反應槽中進行深層處理，并利用混凝反應除去殘留的白磷和有機質，以確保污水處理系統排水的可循環利用。該MBR膜使用了PLC進行整個系統的全自動控制操作，即膜生物反應器的產水、反洗等操作模塊。如此對去除有機物有良好的效果。
2.3建筑結構設計要點
本廢水處理站設計為半地下式，控制機房位于地面上。處理站的總體構造為現澆砼構造，以地面高度為±0.000。池壁厚度按照池內池滿負荷、空水池外地負荷設計，地基厚度符合抗折彎、抗剪規定，地基厚度符合地面負荷、滿負荷、池身總荷載要求彎曲剪切要求。
3主要構筑物及設備
3.1初沉池
本設計處理水量不是很大，所以采用豎流式沉淀池。共1座，圓形豎流式，總尺寸為：2.5m×2.5m×6m，有效水深4.4m，停留時間2h，泥斗高1m，緩沖層0.3m。鋼筋混凝土結構，配套設備有提升泵2臺(一用一備)，排泥泵2臺(一用一備)。
3.2氣浮池
共1座，接觸區尺寸為0.75m×1m×2.8m，分離區尺寸為1.5m×1.5m×2.7m，有效水深2.5m，停留時間0.5h。鋼筋混凝土結構，配套設備有加藥管1批，電解氣浮電極板1套，刮渣機1套。
3.3調節池
共1座，總尺寸為：3.6m×2.5m×4.8m，有效水深4.5m，停留時間8h。鋼筋混凝土結構，配套設備有潛水攪拌機1套。
3.4AO生化池
本設計涂裝廢水，主要是含有磷的有機污染物，因此選用最普遍的AO工藝。共1座，厭氧池尺寸為1.3m×3.3m×3.8m，好氧池尺寸為4.9m×3.3m×3.8m，總尺寸為：6.2m×3.3m×3.8m，有效水深3.5m，停留時間10h。鋼筋混凝土結構，配套設備有潛水攪拌機1套。
3.5Fenton氧化池
本設計處理水量少，采用間歇式Fenton氧化。共1座，總尺寸為：5m×2m×2.3m，有效水深2m，停留時間2.5h。鋼筋混凝土結構，配套設備有投加設備1套，pH監測控制儀2套，排泥泵2臺(一用一備)。
3.6斜管沉淀池
本設計的斜管沉淀池采用的是蜂窩六邊形塑料斜管，板厚約0.4毫米，內切直徑25毫米。共1座，總尺寸為：1m×1.25m×3.5m，有效水深3m，停留時間1.5h。鋼筋混凝土結構，配套設備有蜂窩六邊形塑料斜管1套，提升泵2臺(一用一備)；
3.7石英砂過濾池
共1座，總尺寸為：1.3m×0.9m×1.8m，有效水深1.5m，停留時間8h。鋼筋混凝土結構，配套設備有大阻力配水系統1套。
3.8MBR超濾池
本設計的處理的污水水質需達到回用標準，且小于等于500m3/d的污水處理宜設備化，因此采用MBR膜超濾池。其中使用的是外置式膜生物處理系統，濃縮的泥水混合物回流到生物反應池，形成循環。共1座，總尺寸為：1.5m×1m×1m，有效水深0.5m，停留時間0.3h。鋼筋混凝土結構，配套設備有生物膜設備1套，進水泵1臺。
3.9二沉池
共1座，圓形豎流式，總尺寸為：2.2m×2.2m×4.1m，有效水深2.2m，停留時間2h，泥斗高1.3m，緩沖層0.3m。鋼筋混凝土結構，配套設備排泥泵2臺(一用一備)，污泥回流泵1臺。3.10污泥濃縮池本工程設計污泥濃縮采用靜壓排泥，運行周期為20h，濃縮16h，貯存4h。設1座，圓形豎流式，停留時間2h，池體尺寸為2.0m×2.0m×3.8m；有效高度2.2m，泥斗高1.0m，緩沖層0.3m。鋼筋混凝土結構，配套設備污泥泵三臺(兩用一備)，板框壓濾機一套。
4處理效率
各工藝設計處理效率參考各工藝相關的設計規范或者相關經驗值，運行結果如表3所示。企業廢水經處理，穩定運行之后，BOD5、CODCr、NH3-N、SS以及總磷去除率分別達到98.09%、96.21%、87.93%、95.85%和97.25%，出水指標達到《城市污水再生利用工業用水水質》(GB/T19923-2005)洗滌用水的回用標準。
5經濟分析
出于對廢水治理的經濟效益考慮，要對廢水處理成本進行預算，確保能夠使廢水處理設備正常運行。本項目總投資164.87萬元，其中土建投資75萬元，設備投資63.87萬元，設備安裝及其他費用26萬元。運行成本(電費、人工費、水費等)共1432.95元/d。
6結語
涂裝廢水是汽車及零部件生產制造行業的主要廢水類型，具有廢水成分復雜、污染物濃度較高、排放無明顯規律、水質水量變化較大等特點。浙江某汽車零部件廠采用氣浮/芬頓/石英砂過濾/MBR組合工藝處理涂裝廢水，廢水處理量為120m3/d，BOD5、CODCr、氨氮、懸浮物以及總磷的去除效率分別達到98.09%、96.21%、87.93%、95.85%和97.25%。該工藝去除效率高，具有較大的靈活性和實用性，過程穩定，最終出水指標均可達到《城市污水再生利用工業用水水質》(GB/T19923-2005)洗滌用水回用標準。
作者：於靜 胡雨嘉 曹曉悅 單位：臺州市生態環境局椒江分局 臺州學院生命科學學院
