1 廢水來源及水質
電鍍鋅機組生產工藝中，為提高產品質量，對生產工藝進行了改進，導致大量的Zn2+隨廢水排出，從而使酸堿廢水處理系統中排放水Zn2+超標?排放標準為≤4 mg/L，平均為14.26～9.71mg/L，造成月繳排污費20～30萬元；另一方面造成了資源浪費。引起排水鋅含量超標的廢水主要來自機組中的溶鋅坑和廢水坑，水質變化無規律，其成份詳見表1。
【污水處理設備】表1 冷軋含鋅廢水水質
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內容 |
數值 |
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含鋅濃度/(mg·L-1) |
≤800 |
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pH |
1～5 |
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SO42-/(mg·L-1) |
≤23000 |
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TFe/(mg·L-1) |
≤50 |
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游離酸/(mg·L-1) |
≤450 |
因此有必要在加強工藝控制管理的同時，對冷軋含鋅廢水進行治理，同時設法對鋅進行回收利用。
2 中和—薄膜過濾工藝的確定
某冷軋廠電鍍含鋅廢水處理，受總圖布置的局限，比較大可利用面積為600m2，由于處理水量較大，若采用中和—沉淀法，占地面積需800 m2以上。經比較并考慮到寶鋼實際生產過程中現代化技術水平、現場總圖布置及技術經濟指標選擇采用了中和—過濾法，使占地面積降至400 m2。雖然中和—過濾法的單元技術是成熟的，但作為大型工業的整體廢水處理系統，尚不多見。設計方案中采用先進的膜分離技術即薄膜液體過濾器，國內尚無應用于處理電鍍含鋅廢水的先例。為慎重起見，先進行了必要的模擬試驗，探索運行條件，如濾前廢水的ｐＨ、濾脫精度、濾速，以確定合適的設計參數。
2.1 設計參數
廢水處理量：120～150 m3/h
廢水水質：詳見表1
中和反應pH控制值：8.5～9.0
石灰乳制備能力：20 m3/h
石灰乳濃度：8％～10％ Ca(OH)2
壓縮空氣用量：35 m3/min，壓力為0.2 MPa?
薄膜過濾器過濾膜孔：0.5 μ
薄膜過濾器過濾壓力：0.1～0.2 MPa
過濾清液Zn2+濃度(或含量)：Zn2+≤4 mg/L
2.2 工藝流程
由冷軋電鍍鋅機組排出的高鋅濃度廢水進入中和反應池，以工業消石灰為中和劑中和，廢水pH由1～2提高到 8.5～9，然后經薄膜液體過濾器作固液分離，過濾后濾液達標排放，污泥送現有酸堿廢水處理污泥系統。工藝流程見圖１。
整個處理工藝采用PLC控制，設備和閥門均設現場控制操作箱，同時在操作室內設中央控制和人機操作界面工作站。系統工作狀態根據設置的CRT畫面進行動態顯示，并可實現設備故障統計、運行狀態顯示以及歷史記錄查閱。
由圖1可知，電鍍含鋅廢水處理裝置由四個單元組成：
① 中和反應及固液分離單元。這是整個電鍍廢水處理工藝的核心部分，充分反應有效控制pH值以使ZN2+形成Zn(OH)2沉淀析出，是確保廢水合格排放的前提，而高效率的固液分離是保證合格排放的關鍵。本單元由3座中和反應池、3臺薄膜液體過濾器以及空氣攪拌裝置和控制儀表等組成。
②石灰乳制備及供給單元。該部分由石灰料倉、石灰乳制備及供應投加系統組成，包括倉體、螺旋給料機、混合器、溶解槽、攪拌機組及石灰乳輸送泵等設施。制備好的石灰乳濃度為8％～10％，由輸送泵送中和反應池。
③ 污泥處理單元。由污泥收集池、泥漿泵等組成。污泥經濃縮后送壓濾機壓濾。
④ 鹽酸活化清洗單元。由鹽酸池和輸送循環泵等組成。該部分是為了清洗濾膜上殘存的CaSO4和Zn(OH)2以免堵塞膜孔影響過濾流量。
3 主要技術經濟指標和處理效果
3.1 主要技術經濟指標
廢水處理量：2880 m3/d
工業消石灰：7.47t/d
壓縮空氣耗量：35m3/min
用電量：1800 kWh/d
過濾水回用：200m3/d
3.2 處理效果
實際處理水量與排水水質狀況見表２；經環保部門隨機抽樣，均未發現Zn2+超標。
表2 處理水量與水質
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內容 |
運行平均值 |
環抱標準值 |
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處理水量/(m3·h-1) |
100～120 |
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Zn2+/(mg·L-1) |
2.13 |
≤4 |
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pH |
8.5～9 |
6～9 |
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SS/(mg·L-1) |
＜1 |
＜150 |
3.3 效益分析
該工程投資約1300萬元，投產后，避免了環保部門的巨額罰款和每月繳納排污費20～30萬元。目前，由于過濾后清液水質較好，部分已代替原設計中制備石灰乳所用的工業水和作為雜用水，每天可節約工業水200 m3左右。根據出水水質情況，處理后水質基本上可達到或接近寶鋼工業水水質標準。若對這部分水予以利用，估計一年可節約工業水約1.0 Mm3，按工業水價格1.2元／m3計，折合人民幣120萬元。
4 薄膜液體過濾應用中存在的問題
4.1 薄膜液體過濾的特點
薄膜液體過濾器是將膨體聚四氟乙烯專利技術與全自動控制系統完美地結合在一起的固液分離設備。其過濾方式獨特，它是利用薄膜來進行表面過濾，使液體中的懸浮固體被全部阻擋在薄膜的表面，因而過濾效果好。該濾膜具有表面摩擦系數低、單位膜面積成孔率高等特性，能始終保持較低過濾阻力和較高膜通量。另外，膜材料具有較好的化學穩定性并能結合設備裝置自動反清洗的特點，做到連續過濾，使得設備體積小，占地面積省。
4.2 應用中存在問題
某冷軋廠電鍍鋅廢水處理采用薄膜過濾技術，據了解國內外尚屬首例，因而沒有應用實績和經驗，在應用中尚存在一些問題，主要歸納如下：
4.2.1 當廢水中pH較高(pH＞5)時，投加中和劑Ca(OH)2的量就減少，使廢水中的含固量較低，減少了良好的架橋物質，從而影響過濾效果和過濾器正常的反沖。后采取投加少量硫酸進行預處理和在石灰乳中添加少量輕質碳酸鈣的辦法，使過濾趨于穩定。
4.2.2 原設計配制石灰乳是利用寶鋼工業新水，而工業水中的菌藻，尤其是細菌的分泌物(粘狀體)隨石灰乳進入廢水中，對薄膜過濾產生嚴重影響。由于一般化學方法無法把粘狀體物質清洗干凈，聚附在膜表面，從而影響了過濾效果，當廢水中含固量較少時情況尤為突出(細菌及其分泌物直接附著在濾膜表面)。后采取向廢水中投加 NaClO(投加濃度為15～20 mg/L)和用濾后清液代替工業水配制石灰乳的措施，使過濾器基本恢復正常運行。
4.2.3 薄膜液體過濾器每使用一段時間后，要用鹽酸進行活化。但濾膜的使用周期畢竟有一定限度，到時要予以更換，究竟一次使用能維持多長時間尚無這方面的經驗，需待實踐證實。
5 結論
5.1 采用中和—薄膜過濾工藝處理電鍍含鋅廢水是成功的。選用濾膜孔徑為0.5μ，控制pH＝8.5～9，可確保Zn2+充分去除，水中剩余濃度達到國家排放標準。
5.2 在選擇和確定處理工藝時，必須詳細了解廢水的來源及廢水中水質的變化，如pH值、有機物、菌藻及油等影響過濾的因素，以便采取相應的措施?如設調節池等 使過濾器發揮其特性。
5.3 薄膜液體過濾的高去除率，使清液可得到再利用，以節約水資源，實現零排放。
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