韓彩云 王子英
摘要:為響應(yīng)國家節(jié)能減排和循環(huán)經(jīng)濟的理念,本文提出一種新的園區(qū)污水處理方式-以污治污:利用企業(yè)A廢水中的堿性物質(zhì)與消耗企業(yè)B廢水中的氫離子,再向廢水中投加石灰石去除多余的氫離子,投加液堿去除廢水中的銅離子和鋅離子。優(yōu)化后的廢水處理方式可減少鹽酸、石灰石的使用量,從源頭上減少了資源的浪費和排入外環(huán)境的污染物,對社會發(fā)展和生態(tài)環(huán)境均具有明顯的正效益。
關(guān)鍵詞:循環(huán)經(jīng)濟;節(jié)能減排;污水處理;優(yōu)化方案;工業(yè)園
中圖分類號:X703 文獻標識碼:A 文章編號:2095-672X(2020)01-00-03
Abstract:In response to the energy conservation and emission reduction and recycling economy,we propose a new method of sewage treatment in the industrial park-use wastewater treat wastewater:utilizing alkaline substances in wastewater from enterprise A and consuming hydrogen ions in wastewater from enterprise B;then the Calcium carbonate is added to remove the excess hydrogen;at last,the liquid alkali is added to remove the copper ions and the zinc ions in the wastewater.The optimized method can reduce the amount of hydrochloric acid and Calcium carbonate,reduce the waste of resources and decrease pollutants discharged into the external environment from the source,and it has obvious positive benefits for social development and ecological environment.
Key words: Rcycling economy; The energy conservation and emission reduction; Wastewater treatment; The optimized method; Industrial area
水是重要的自然資源,是人類賴以生存和社會發(fā)展的必要資源[1]。隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展,各類水系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)中[2]。我國人均水資源量為2300m3,約為世界人均水資源量的四分之一,位于世界第111位,屬于嚴重缺水國家[3]。加之,近年來,水資源生態(tài)受到破壞,水污染事件頻頻發(fā)生,加重了我國水資源貧乏的現(xiàn)狀。
為響應(yīng)國家“節(jié)能減排”政策[4]以及“循環(huán)經(jīng)濟”理念,本文選取蘇州某工業(yè)園,以園內(nèi)企業(yè)A和企業(yè)B為研究對象,根據(jù)其生產(chǎn)廢水水質(zhì)和園區(qū)現(xiàn)有污水處理情況,探索一種新的園區(qū)污水處理思路。
1 工業(yè)園污水處理現(xiàn)狀
工業(yè)園區(qū)是國家合理、有序管理企業(yè)的一種手段,最早出現(xiàn)在西方發(fā)達國家,我國在1984年在沿海地區(qū)建立了首批工業(yè)園區(qū)[5]。截至2015年9月,全國共有國家級經(jīng)濟技術(shù)開發(fā)區(qū)219家,內(nèi)地每個省區(qū)均有分布,其中江蘇省最多,有26家,其次是浙江省21家,山東省15家[6]。
隨著生活水平的提高,人們對周邊環(huán)境的質(zhì)量要求越來越高,越來越多的高污染企業(yè)或新建工業(yè)項目必須“入園進區(qū)”,服從園區(qū)統(tǒng)一管理。同時,工業(yè)生產(chǎn)會消耗大量的水,產(chǎn)生大量的生產(chǎn)廢水,不經(jīng)有效處理排放會污染周邊水環(huán)境。2014年4月16日,國務(wù)院印發(fā)“水十條”[7],要求集中治理工業(yè)園區(qū)污水,工業(yè)園區(qū)內(nèi)污水必須滿足集中處理要求,強制污染性強的企業(yè)建設(shè)污水處理設(shè)施,污水達標后方可接入污水集中處理設(shè)施[8]。
本次選取的工業(yè)園現(xiàn)有污水處理方式為:廢水經(jīng)廠內(nèi)污水處理設(shè)施預(yù)處理達到接管標準后,經(jīng)市政管網(wǎng)統(tǒng)一接管至園區(qū)污水處理站進行深度處理,達標后排放。
2 企業(yè)污水處理現(xiàn)狀
2.1 企業(yè)廢水水質(zhì)
企業(yè)A和企業(yè)B分別為園區(qū)內(nèi)用水大戶,生產(chǎn)廢水有其各自的特點。企業(yè)A廢水水質(zhì)為弱堿性,有機物濃度低,且含有一定量的碳酸根、碳酸氫根和氯離子,產(chǎn)生量約為300t/d;企業(yè)B廢水水質(zhì)為強酸性,有機物濃度低,且含有大量的氯離子以及一定濃度的銅離子和鋅離子,產(chǎn)生量約為3000t/d。企業(yè)A廢水在進入園區(qū)污水處理站時,通過添加20%的鹽酸調(diào)節(jié)廢水中的pH,企業(yè)B通過投加石灰石去除廢水中的氫離子,再添加液堿去除廢水中的銅離子和鋅離子。
為了進一步確定其廢水水質(zhì),本研究分別采取企業(yè)A和B正常生產(chǎn)時以及經(jīng)預(yù)處理后的廢水,連續(xù)采樣7天,每日3次,其廢水水質(zhì)指標平均值分別見表1和表2,園區(qū)廢水相關(guān)指標接管標準見表3。
由表1可知,企業(yè)A廢水中氯離子濃度為13471mg/L,碳酸根堿度為19695mg/L,碳酸氫根堿度約為11514mg/L;經(jīng)鹽酸中和預(yù)處理后,氯離子濃度為21227mg/L,碳酸根堿度為7272mg/L,碳酸氫根堿度為23432mg/L。企業(yè)A廢水經(jīng)預(yù)處理后,氯離子濃度上升7756mg/L。以廢水產(chǎn)生量300t/d計算,預(yù)計消耗鹽酸(20%)12t/d,氯離子排放2.33t/d。
由表2可知,企業(yè)B預(yù)處理前,其廢水水質(zhì)pH為1.33,為強酸性廢水,氯離子濃度為5802mg/L,鈣離子濃度為922mg/L,銅離子濃度為6.52mg/L,鋅離子濃度為1.55mg/L;經(jīng)預(yù)處理之后,其廢水水質(zhì)pH為7.03,氯離子濃度為5555mg/L,鈣離子濃度為2287mg/L,銅離子濃度為0.94mg/L,鋅離子濃度為1.24mg/L。預(yù)處理前后廢水中氯離子濃度基本保持不變,鈣離子濃度上升了1365mg/L,銅離子濃度下降了5.58mg/L,鋅離子濃度下降了0.31mg/L。以3000t/d的廢水量計算,預(yù)計消耗10.25t/d的石灰石,排入外環(huán)境中的鈣為4.10t/d。
2.2 企業(yè)現(xiàn)有處理方式存在的問題
企業(yè)現(xiàn)有廢水處理方式為企業(yè)A和B廢水經(jīng)預(yù)處理后,接管至園區(qū)污水處理廠。預(yù)處理后的廢水中,A含有一定濃度的碳酸根離子,B含有一定濃度的鈣離子,二者在調(diào)節(jié)池中混合后,重新生成碳酸鈣。由于碳酸鈣為不溶于水的物質(zhì),可能會堵塞污水處理管網(wǎng)、曝氣頭等。同時,由于企業(yè)A和企業(yè)B分別通過添加鹽酸和石灰石進行預(yù)處理,現(xiàn)有處理方式會向外環(huán)境中排放更多的氯和鈣。
3 園區(qū)污水處理方式新思路
3.1 原理
根據(jù)企業(yè)A和B廢水水質(zhì),結(jié)合園區(qū)實際情況,本文提出一種園區(qū)污水處理方式新思路——以污治污,優(yōu)化現(xiàn)有廢水處理方式。具體為:利用企業(yè)B廢水中的氫離子消耗企業(yè)A中的堿性物質(zhì),再向反應(yīng)后的廢水中投加適量的石灰石去除廢水中多余的氫離子,投加液堿去除廢水中的銅離子和鋅離子。廢水優(yōu)化方案原理如下:
3.1.1 酸堿中和
廢水酸堿中和原理是利用中和作用處理廢水,使之凈化的方法[9]。其基本原理是:酸性廢水中的H+與外加OH-,或使堿性廢水中的OH-與外加的H+相互作用,生成弱解離的水分子,同時生成可溶解或難溶解的其他鹽類,從而消除它們的有害作用。反應(yīng)離子方程式為:H ++OH -=H2O
3.1.2 碳酸鹽與酸反應(yīng)
碳酸鹽是金屬元素陽離子和碳酸根相化合而成的鹽類,分為正鹽M2CO3、酸式鹽MHCO3及堿式碳酸鹽M2(OH)2CO3(M為金屬)三類[10]。本次廢水優(yōu)化方案涉及的碳酸鹽類為正鹽M2CO3和酸式鹽MHCO3。碳酸鹽與過量的酸反應(yīng)會生成無污染的二氧化碳和水,主要反應(yīng)的離子方程式如下:
2H ++CO32-=CO2↑+H2O
H ++HCO3 -=CO2↑+H2O
CaCO3+2H +=Ca2++CO2↑+H2O
3.1.3 化學(xué)沉淀
化學(xué)沉淀處理法是通過向廢水中投加可溶性化學(xué)藥劑,使之與其中呈離子狀態(tài)的無機污染物發(fā)生化學(xué)反應(yīng),生成不溶于或難溶于水的化合物沉淀析出,從而使廢水凈化的方法[11]。其原理是通過化學(xué)反應(yīng)使廢水中呈溶解狀態(tài)的重金屬轉(zhuǎn)變?yōu)椴蝗苡谒闹亟饘倩衔?,通過過濾和分離使沉淀物從水溶液中去除。根據(jù)沉淀劑的不同,常用的化學(xué)沉淀法有氫氧化物沉淀法、硫化物沉淀法以及鋇鹽沉淀法[12]。本次優(yōu)化方案主要是利用氫氧化物沉淀法來去除廢水中的銅離子和鋅離子,主要的離子反應(yīng)方程式如下:
Cu2++2OH -=Cu(OH)2↓
Zn2++2OH -=Zn(OH)2
廢水優(yōu)化方案具體流程如下圖1所示:將企業(yè)A廢水通過專有管道引入企業(yè)B廢水反應(yīng)池中,利用企業(yè)B廢水中過量的氫離子去除廢水中的碳酸根和碳酸氫根,產(chǎn)生無污染的二氧化碳和水;混合反應(yīng)后的廢水中剩余的氫離子,通過投加石灰石進一步反應(yīng)去除;反應(yīng)后的廢水通過管道進入廢水調(diào)節(jié)沉淀池,通過向池中投加液堿去除廢水中的銅離子和鋅離子。經(jīng)處理后的廢水進入園區(qū)污水處理站進行深度處理。
3.2 可行性論證
為了論證該廢水優(yōu)化方案的可行性,需要對優(yōu)化方案進行可行性論證。
3.2.1 實驗理論可行性
該廢水優(yōu)化方案是根據(jù)酸堿中和原理、碳酸鹽與酸反應(yīng)以及化學(xué)沉淀原理提出的。為了論證其在實際運行過程中的可行性,需要對其進行污水處理站運行模擬實驗,具體方案如下:
①取一定量的企業(yè)A生產(chǎn)廢水;②取一定量的企業(yè)B生產(chǎn)廢水;③企業(yè)A生產(chǎn)廢水按照300t/d計算,與企業(yè)B生產(chǎn)廢水按照3000t/d計算,將企業(yè)A與企業(yè)B廢水混合,即以1:10的比例混合,參考現(xiàn)場停留時間曝氣30min,再與過量石灰石曝氣反應(yīng)5min,用液堿調(diào)節(jié)pH至8左右;④模擬未優(yōu)化的現(xiàn)有廢水處理工藝流程,取企業(yè)B廢水,與過量石灰石曝氣反應(yīng)至pH至3左右,用液堿調(diào)節(jié)pH至7左右;
檢測以上四類水樣各項參數(shù),實驗數(shù)據(jù)如表4所示。
通過對比表4中的①、②、③的實驗數(shù)據(jù),可以得出:企業(yè)A廢水先與企業(yè)B廢水混合后再處理,廢水中氯離子的含量基本保持不變,鈣離子、銅離子、鋅離子以及混合后水質(zhì)的電導(dǎo)率均降低。
通過計算,企業(yè)A廢水和企業(yè)B廢水以1:10混合后氯離子理論濃度為6499mg/L,而實際混合后測量的氯離子濃度為6191mg/L,氯離子濃度略有下降,可能是生成的沉淀去除部分氯離子。
該廢水優(yōu)化方案通過將企業(yè)A生產(chǎn)廢水引入企業(yè)B廢水反應(yīng)池中先混合處理,混合后通過添加過量的石灰石和適量液堿調(diào)節(jié)混合后廢水水質(zhì)的pH以及去除水中的銅離子和鋅離子,減少了企業(yè)A鹽酸的使用量,從源頭上減少了氯離子的使用量;同時,兩者混合后生成了無污染的二氧化碳和水,從而減少了碳酸鈣的產(chǎn)生,減少了污泥的產(chǎn)生量;企業(yè)B廢水中的部分氫離子根被A廢水中的堿性物質(zhì)消耗,減少了液堿的使用量。對比③、④數(shù)據(jù)可以得出:單獨處理企業(yè)B廢水,相對于優(yōu)化后的廢水處理方式,水質(zhì)中鈣離子濃度由811mg/L上升至2287mg/L,預(yù)計排入環(huán)境中的鈣離子增加4.43t/d。單獨處理企業(yè)B廢水會消耗較多的石灰石,增加水中的鈣的含量,增加處理成本和后期污水處理過程中結(jié)垢堵塞的風(fēng)險。同時,優(yōu)化方案對銅離子和鋅離子的處理效果也優(yōu)于現(xiàn)有處理方式。
企業(yè)B以3000t/d計算,實施廢水優(yōu)化方案處理企業(yè)B和企業(yè)A廢水后,預(yù)計會減少排入外環(huán)境中鈣離子的量為4.18t/d。
從實驗室模擬效果來看,廢水優(yōu)化方案不僅可以從源頭上減少水質(zhì)中氯離子和鈣離子的含量,同時,對廢水中銅離子和鋅離子的去除率也優(yōu)于企業(yè)B廢水現(xiàn)有處理方式。
3.2.2 實驗重復(fù)性分析
同時,為了驗證實驗的可重復(fù)性,還需要對上述實驗進行了重復(fù)實驗,實驗數(shù)據(jù)如表5所示。
根據(jù)表5數(shù)據(jù),可以看出,實施優(yōu)化方案后,鈣離子濃度顯著低于企業(yè)B廢水現(xiàn)有處理方式,對企業(yè)B廢水中的銅離子和鋅離子的去除效率也優(yōu)于其現(xiàn)有處理方式。通過計算,使用優(yōu)化方案后,預(yù)計排入廢水中的鈣離子的量為4.22t/d。重復(fù)實驗所得結(jié)果和現(xiàn)象相同。
綜上,從實驗室模擬數(shù)據(jù)以及實驗重復(fù)性上來看,該優(yōu)化方案可行。
4 優(yōu)化方案實施效果
利用企業(yè)B廢水中的氫離子去除企業(yè)A中廢水中的污染物,對混合后的廢水再依次投加石灰石和液堿,廢水優(yōu)化方案實施后,可產(chǎn)生以下效果:
4.1 可明顯降低水質(zhì)中鈣硬度
實施優(yōu)化方案后,企業(yè)B廢水預(yù)處理出水的鈣離子濃度由2287mg/L降至811mg/L,鈣離子濃度降低了65%。鈣離子濃度的降低,減少了后續(xù)生化系統(tǒng)的結(jié)垢風(fēng)險,預(yù)計最終排入自然水體的出水鈣硬度降低30%~40%。
4.2 降低水質(zhì)中氯離子濃度
根據(jù)前文對企業(yè)A噴淋廢水預(yù)處理前后的實驗數(shù)據(jù),投加鹽酸預(yù)處理后,氯離子濃度由13471mg/L上升至21227mg/L,氯離子濃度升高了7756mg/L。廢水處理系統(tǒng)優(yōu)化后,企業(yè)A廢水無需再添加鹽酸進行預(yù)處理,從源頭上減少了氯離子的含量,進而減少進入環(huán)境中氯離子的含量。預(yù)計最終排入自然水體的氯離子可減少2.4t/d。
4.3 減少企業(yè)B預(yù)處理產(chǎn)生的危險廢物量
廢水處理系統(tǒng)優(yōu)化后,企業(yè)B廢水中的氫離子部分用于中和企業(yè)A廢水的堿度,氫離子濃度的降低,減少了石灰石使用量,從而減少了水質(zhì)中鈣離子濃度,后續(xù)沉淀時污泥量會減少,危險廢物產(chǎn)生量也相應(yīng)的減少。
4.4 有利于廢水處理系統(tǒng)穩(wěn)定運行
進入園區(qū)污水處理站后期深度處理時,廢水中鈣離子濃度和氯離子濃度的降低,減少了廢水處理站后期運行結(jié)垢風(fēng)險,降低了設(shè)備腐蝕速率,有利于廢水處理系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。
4.5 減少運行成本和能源消耗
實施優(yōu)化方案后,每天可減少約10t的鹽酸和12.5t石灰石使用量。物料使用量的減少,成本也相應(yīng)降低,節(jié)約能源,對環(huán)境造成的影響也隨之降低。
5 小結(jié)
本方案從節(jié)能減排和循環(huán)經(jīng)濟的理念出發(fā),將化工園的水污染控制視為一個復(fù)雜的系統(tǒng)工程,通過梳理園區(qū)內(nèi)各企業(yè)廢水情況,利用系統(tǒng)管控層面的協(xié)同效應(yīng),協(xié)調(diào)系統(tǒng)內(nèi)部,結(jié)合園區(qū)污水處理現(xiàn)狀,探索出園區(qū)資源循環(huán)化發(fā)展的新思路。
5.1 對生態(tài)環(huán)境具有明顯的正效益
通過將企業(yè)A生產(chǎn)廢水引入位于企業(yè)B廢水預(yù)處理池混合,對混合后的廢水再投加石灰石和堿液進行中和沉淀反應(yīng)來優(yōu)化現(xiàn)有企業(yè)A和企業(yè)B的廢水處理方式。實施廢水處理優(yōu)化方案后,可減少鹽酸使用量約10t、石灰石12.5t,減少的氯離子排放量約2.4t/d,鈣離子4.2t/d。鈣離子排放量減少,預(yù)計最終排入自然水體的出水鈣硬度可降低30%~40%,對生態(tài)環(huán)境具有明顯的正效益。同時,鈣離子及氯離子含量的減少,可降低污水處理廠后續(xù)生化系統(tǒng)的結(jié)垢風(fēng)險,提高園區(qū)水污染防治系統(tǒng)的穩(wěn)定性,從內(nèi)部優(yōu)化整體系統(tǒng)的抗風(fēng)險能力。
5.2 符合園區(qū)資源循環(huán)化發(fā)展思路
基于循環(huán)經(jīng)濟理念以及節(jié)能減排政策,該園區(qū)將“減量化、再利用、資源化”原則為核心,以化工園為核心載體,針對區(qū)域的資源環(huán)境條件和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)特征,將資源節(jié)約和廢物循環(huán)利用貫穿于各個過程中,全面推動區(qū)域循環(huán)經(jīng)濟的發(fā)展。
(1)企業(yè)A生產(chǎn)廢水,為堿性廢水,而企業(yè)B廢水為強酸性廢水,含有大量的氫離子。將企業(yè)A和企業(yè)B廢水先混合后,可中和廢水中的部分氫離子。從園區(qū)整體系統(tǒng)考慮,實現(xiàn)廢物循環(huán)利用的最大化,可減少鹽酸、石灰石和液堿的使用量,符合循環(huán)經(jīng)濟發(fā)展的資源節(jié)約理念。
(2)本方案減少了石灰石的使用量,從源頭上降低了后續(xù)處理工藝中鈣離子濃度,進而減少了后續(xù)廢水處理過程中產(chǎn)生的污泥量,可以從源頭控制污染物的產(chǎn)生,減少污染物排放,提升綠色發(fā)展水平,進一步推動園區(qū)循環(huán)經(jīng)濟發(fā)展。
6 展望
本文從循環(huán)經(jīng)濟的理念出發(fā),采取以污治污的園區(qū)污水處理新思路,一方面減少最終排入外環(huán)境中的氯離子、鈣離子,另一方面,減少了石灰石、鹽酸和液堿的使用量,從源頭上減少了資源的浪費和排入外環(huán)境的污染物,對社會發(fā)展和生態(tài)環(huán)境均具有明顯的正效益。但該廢水優(yōu)化方案只針對特定的廢水水質(zhì),還需進一步探索園區(qū)其他廢水處理方式。
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收稿日期:2019-11-25
作者簡介:韓彩云(1980-),女,漢族,碩士學(xué)歷,中級工程師,研究方向為污水處理、循環(huán)經(jīng)濟。