岳佳妮，向元英

（1.沈陽環(huán)境科學(xué)研究院，沈陽 110167；2.四川省工程咨詢研究院，成都 610016）

隨著我國國民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，資源短缺問題日益突出。我國礦產(chǎn)資源人均占有量低，而且大型礦床少、富礦少、資源開發(fā)難度大、成本高[1]，因此發(fā)展再生金屬產(chǎn)業(yè)能夠有效緩解我國金屬資源短缺的矛盾。目前，我國金屬再生產(chǎn)業(yè)經(jīng)過多年發(fā)展，已經(jīng)形成了較為完整的回收、拆解、生產(chǎn)、加工體系，產(chǎn)量產(chǎn)值持續(xù)擴(kuò)大。2020 年我國再生有色金屬產(chǎn)量達(dá)到1450 萬t，實現(xiàn)直接工業(yè)產(chǎn)值約3750 億元，較2016 年增長13%[2]。

隨著我國生態(tài)文明建設(shè)的不斷推進(jìn)，國家對金屬再生企業(yè)的規(guī)范管理和環(huán)境監(jiān)管日益嚴(yán)格，金屬再生過程中產(chǎn)生的廢水必須進(jìn)行有效治理。本項目依據(jù)稀有金屬再生廢水的特點選取相應(yīng)的處理工藝，實現(xiàn)了廢水的穩(wěn)定達(dá)標(biāo)排放，能夠為同類型廢水處理工程的設(shè)計和運行提供參考。

1 工程概況

某金屬回收企業(yè)主要從事鍺、鎵、銦等稀有金屬的回收加工，稀有金屬主要來自廢棄電器、電子產(chǎn)品的拆解。該企業(yè)核準(zhǔn)處理的廢棄電器、電子產(chǎn)品包括電視機(jī)、冰箱、空調(diào)、洗衣機(jī)和液晶顯示屏等。

該企業(yè)產(chǎn)生的廢水主要包括拆解、深加工等處理環(huán)節(jié)中產(chǎn)生的生產(chǎn)廢水，廢氣處理設(shè)備產(chǎn)生的吸收水，場地、設(shè)備沖洗水和生活廢水。生產(chǎn)廢水、廢氣吸收水和沖洗廢水的產(chǎn)生量共計41m3/d，生活廢水的產(chǎn)生量為10m3/d。廢水經(jīng)過處理達(dá)到《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 8978—1996）一級標(biāo)準(zhǔn)后排放至當(dāng)?shù)匚鬯幚韽S，具體設(shè)計進(jìn)出水水質(zhì)見表1。

2 工程方案

2.1 工藝選擇

化學(xué)沉淀法具有工藝簡單、投資較少的特點，是重金屬廢水處理最常用的方法[3]。該方法是向廢水中投加某種化學(xué)物質(zhì)，使其與廢水中的重金屬離子發(fā)生反應(yīng)，生成難溶鹽沉淀，以實現(xiàn)降低廢水中重金屬污染物的目的。根據(jù)使用的沉淀劑的不同，化學(xué)沉淀法可以分為石灰法、高密度泥漿法、硫化法和鐵鹽—石灰法。

石灰法可用于去除廢水中的銅、鋅、鉛、鎘等，但是本工程廢水中含有砷化物，常溫下砷酸鈣、偏亞砷酸鈣和焦亞砷酸鈣的溶解度理論上不能達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)。鐵鹽與砷生成的砷酸鐵溶度積較小，穩(wěn)定性優(yōu)于砷酸鈣等[4]，同時鐵鹽可以作為共沉劑提高廢水中鎘的去除率，因此生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的重金屬廢水采用鐵鹽—石灰法進(jìn)行二段處理。

生活廢水主要包括沖廁用水、餐廚用水等，不含塑料制品等較大的漂浮物，因此本工程僅設(shè)置細(xì)格柵進(jìn)行過濾。生活廢水可生化性好，但水質(zhì)、水量波動較大。生物接觸氧化法與傳統(tǒng)活性污泥法相比，系統(tǒng)耐沖擊負(fù)荷強(qiáng)、處理效率高、剩余污泥產(chǎn)量少[5]，因此生化處理單元選用缺氧+好氧生物接觸氧化為主體工藝的組合流程。

廢水處理工藝流程圖

生活廢水中懸浮物和油類物質(zhì)含量較高，為避免對生化處理單元造成影響，同時考慮到生物除磷的局限性，需在生化處理單元之前對廢水進(jìn)行混凝沉淀。常用的絮凝劑包括鋁鹽和鐵鹽，鋁系絮凝劑與鐵系絮凝劑相比，對金屬、混凝土和塑料的腐蝕性低，對出水色度影響小[6]?；炷恋韱卧捎镁酆下然X（PAC）作為絮凝劑，助凝劑選用最為常用的聚丙烯酰胺（PAM）。

2.2 工藝流程

生產(chǎn)車間廢水和生活廢水進(jìn)行分類收集、分質(zhì)處理。含重金屬的生產(chǎn)廢水采用化學(xué)沉淀法進(jìn)行預(yù)處理后，與生活廢水混合進(jìn)行二級處理?；瘜W(xué)污泥和剩余污泥經(jīng)脫水后，委托具有相關(guān)資質(zhì)的單位外運處理。污水處理站工藝流程見上圖。

2.3 主要設(shè)備及構(gòu)筑物

2.3.1 集水池及調(diào)節(jié)池

新建集水池1 座，用于暫時存儲酸性生產(chǎn)廢水。集水池為鋼砼結(jié)構(gòu)，內(nèi)襯環(huán)氧玻璃鋼，有效容積為20m3，水力停留時間為8h。

新建調(diào)節(jié)池1 座，用于均衡廢水的水質(zhì)水量。調(diào)節(jié)池為鋼砼結(jié)構(gòu)，內(nèi)襯環(huán)氧玻璃鋼，有效容積為20m3，水力停留時間為8h。調(diào)節(jié)池內(nèi)設(shè)計安裝空氣攪拌裝置1 套，用于防止廢水中的懸浮物沉積；提升泵2 臺，1 用1 備，單臺提升泵流量為3.5m3/h，揚程11m。

2.3.2 一級反應(yīng)槽及沉淀槽

一級反應(yīng)槽通過投加石灰乳和亞鐵鹽使重金屬離子生成沉淀，同時投加助凝劑PAM 強(qiáng)化共沉淀效應(yīng)，提高沉淀效果。一級沉淀槽用于泥水分離，從而使重金屬離子從廢水中去除。反應(yīng)槽和沉淀槽均為碳鋼材質(zhì)（Q235-A），外壁二度防銹漆、二度面漆。反應(yīng)槽內(nèi)襯環(huán)氧玻璃鋼，沉淀槽內(nèi)襯環(huán)氧煤瀝青。

一級反應(yīng)槽尺寸（L×B×H）為2.0m×1.5m×3.2m，設(shè)計水力停留時間為1h。反應(yīng)槽分為三段，第一段用于調(diào)節(jié)pH 值，第二段用于絮凝，第三段用于助凝。反應(yīng)槽第一段設(shè)計安裝工業(yè)在線pH 計1 臺，每段設(shè)計安裝攪拌器1 臺，攪拌器功率為0.55kW。

一級沉淀槽尺寸（L×B×H）為2.0m×2.0m×3.2m，設(shè)計水力停留時間為2.5h。沉淀槽內(nèi)設(shè)計安裝斜管填料4m3，填料為聚丙烯（PP）材質(zhì)，設(shè)計表面負(fù)荷為0.65m3/（m2·h）。

2.3.3 二級反應(yīng)槽及沉淀槽

二級反應(yīng)槽及沉淀槽用于進(jìn)一步去除廢水中的鉛、鎘、銅、砷等重金屬離子，材質(zhì)、尺寸及設(shè)備等與一級反應(yīng)槽及沉淀槽相同。

2.3.4 中和池

新建中和池1 座，碳鋼材質(zhì)（Q235-A），內(nèi)襯環(huán)氧玻璃鋼，用于將廢水pH 值調(diào)節(jié)至中性。中和池尺寸（L×B×H）為1.6m×0.8m×2.0m，設(shè)計停留時間為0.8h。配套安裝工業(yè)在線pH 計1 套，硫酸自動加藥裝置1 套。

2.3.5 格柵井及綜合廢水調(diào)節(jié)池

新建格柵井1 座，用于攔截進(jìn)水中的漂浮物，避免堵塞水泵、管道等。格柵井為磚砌結(jié)構(gòu)，尺寸（L×B×H）為1.6m×1.0m×0.6m，設(shè)計安裝轉(zhuǎn)鼓式格柵1 套，格柵間隙為2.0mm。

新建綜合廢水調(diào)節(jié)池1 座，鋼砼結(jié)構(gòu)，用于收集廢水并均質(zhì)均量，污水處理站發(fā)生事故或檢修期間可作為臨時事故池。調(diào)節(jié)池有效容積為50m3，設(shè)計水力停留時間為24h。調(diào)節(jié)池內(nèi)設(shè)計安裝提升泵2 臺，1 用1 備，單臺提升泵流量為3.2m3/h，揚程為20m。

2.3.6 混凝沉淀池

新建混凝沉淀池1 座，碳鋼材質(zhì)（Q235-A），內(nèi)襯聚酯玻璃鋼，用于去除廢水中的懸浮物、動植物油、總磷等污染物?；炷恋沓爻叽纾↙×B×H）為3.5m×2.0m×3.8m，有效容積為2.6m3。

混凝沉淀池分為混合池、反應(yīng)池和沉淀池三段；設(shè)計混合時間為30s，絮凝反應(yīng)時間為5min，沉淀時間為1.0h。混合池設(shè)計安裝工業(yè)在線pH 計1 套，攪拌器1 臺；反應(yīng)池設(shè)計安裝攪拌器1 臺；沉淀池設(shè)計安裝PP 材質(zhì)斜板填料4m3。

2.3.7 缺氧池

新建缺氧池1 座，鋼砼結(jié)構(gòu)，用于去除廢水中的CODCr、總氮等污染物。缺氧池尺寸（L×B×H）為2.0m×1.5m×3.0m，有效容積為7.5m3，設(shè)計水力停留時間為3.4h。缺氧池內(nèi)安裝彈性組合填料5.5m3；配套潛水?dāng)嚢杵? 臺，功率為0.55kW。

2.3.8 好氧池

新建好氧池1 座，鋼砼結(jié)構(gòu)，用于去除廢水中的CODCr、氨氮等污染物。好氧池尺寸（L×B×H）為4.0m×1.5m×3.0m，有效容積為15m3，設(shè)計水力停留時間為6.8h。池內(nèi)安裝彈性組合填料10.5m3；配套離心鼓風(fēng)機(jī)2 臺，1 用1 備，單臺風(fēng)量為4.4m3/min，風(fēng)壓為0.029 MPa，配套電機(jī)功率為5.5kW。

2.3.9 二沉池

新建二沉池1 座，碳鋼材質(zhì)（Q235-A），內(nèi)襯聚酯玻璃鋼，用于泥水分離。二沉池尺寸（L×B×H）為1.5m×3.0m×3.0m，有效容積為9.0m3，設(shè)計水力停留時間為2h。池內(nèi)安裝斜管填料5m3；污泥回流泵2 臺，1 用1 備，單臺回流泵流量為3.0m3/h，揚程7m。

2.3.10 消毒池

利用舊有構(gòu)筑物改造消毒池1 座，鋼砼結(jié)構(gòu)，有效容積為5.5m3。次氯酸鈉（含量10%）采用塑料罐體存儲，機(jī)械隔膜式計量泵投加，設(shè)計投加量為2mg/L（有效氯）。

2.3.11 污泥濃縮池

新建污泥濃縮池1 座，鋼砼結(jié)構(gòu)，有效容積為20m3，用于儲存濃縮化學(xué)污泥和剩余污泥。池底安裝低速攪拌器2 臺，葉輪直徑為1400mm，轉(zhuǎn)速為52r/min，呈對角布置。

2.3.12 污泥脫水間

新建污泥脫水間1 座，框架結(jié)構(gòu)，占地面積10.88m2。配套污泥螺桿泵1 臺，流量5.0m3/h，揚程60m；板框壓濾機(jī)1 臺，過濾容積452L，過濾面積30m2。

3 運行效果

系統(tǒng)經(jīng)過30d 調(diào)試后，各處理單元均能正常運行，出水水質(zhì)能夠穩(wěn)定達(dá)到或優(yōu)于《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 8978—1996）中的一級標(biāo)準(zhǔn)。該工程自建成投產(chǎn)以來，一直滿負(fù)荷運行。對進(jìn)出水水質(zhì)進(jìn)行監(jiān)測，監(jiān)測結(jié)果見表2（連續(xù)10d 監(jiān)測結(jié)果取平均值）。

表2 實際進(jìn)出水水質(zhì)

4 技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)

本項目設(shè)備自動化程度較高，無需專人值守，可由企業(yè)水電工兼職管理。污水處理站的運行費用主要包括電費、藥劑費和污泥處置費，其中，電費為2.45 元/m3、藥劑費為0.8 元/m3、污泥處置費為0.65 元/m3，共計3.9 元/m3。以上未考慮折舊費和攤銷費等。

5 結(jié)語

針對稀有金屬再生企業(yè)的廢水水質(zhì)特點，采用二段鐵鹽-石灰法+生物接觸氧化工藝進(jìn)行處理。二段鐵鹽-石灰法能夠同步去除銅、鋅、鉛、砷、鎘等多種重金屬離子，生物接觸氧化工藝具有良好的脫氮除碳效果。污水處理站調(diào)試完成后，出水水質(zhì)能夠穩(wěn)定達(dá)到《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 8978—1996）中一級標(biāo)準(zhǔn)的排放要求。該工藝效果可靠、成本低，用于處理金屬再生廢水切實可行。