针对某电动自行车电泳涂装废水含有多种有毒有害物质、难生化、成分复杂的特点，结合以往相关工程经验，采用“芬顿混凝＋水解酸化＋生物接触氧化＋ＭＢＲ＋ＲＯ＋ＭＶＲ”组合工艺处理废水实现趋零排放。介绍了其工艺特点、设计参数以及处理效果等，废水处理工艺的单位水运行成本为２８．５７元／ｍ３，每年给企业带来２９．２１万元的回用水收益。工程运行结果表明，该系统运行稳定，最终出水 ＣＯＤ≤６０ｍｇ／Ｌ、电导率≤５０μＳ／ｃｍ，可达产线用水水质标准。

关键词：

       电泳涂装废水；芬顿；回用处理；趋零排放；收益

 

０   引言

       据中国自行车协会统计，２０２０年中国电动自行车产量达到了４１２６．１万辆，截至２０２０年全社会电动自行车保有量接近３亿。随着疫情的影响，外卖、快递的延展变得更加广泛，电瓶车需求量迎来暴发式增长，其生产工艺中产生的大量工业废水问题也随之被扩大，尤其是电泳涂装废水。电泳涂装工序是提高产品的性能、质量和价值的必不可少的工艺。因此，选取适宜的技术对电泳涂装工业废水进行处理达标后循环回用或排放是实现行业绿色发展的保障之一。

        目前，电泳涂装废水的处理方法主要包括混凝法、化学氧化法、生化法和膜分离法等。蒋冰洋在对汽车涂装废水处理技术的研究中指出，混凝法可以将涂装废水中的油类污染物去除率稳定控制在９５％以上，但对于涂装废水中的溶剂与表面活性剂等污染物较难去除。曾振国等研究指出，Ｆｅｎｔｏｎ试剂能氧化废水中大多数有机分子，其氧化后生成的 Ｆｅ３＋ 也 是 去 除 磷 酸 盐 的 主 要 物 质，生 成 的Ｆｅ（ＯＨ）３还具 有 凝 聚、吸 附 性 能。ＺＨＵ 等采 用多级接触氧化工艺对汽车涂装废水进行升级改造处理，结果表明：ＨＲＴ 为８ｈ时，最终出水 ＣＯＤ 可保持在 ２００ ｍｇ／Ｌ 以 下，对 ＣＯＤ 去 除 效 率 达 到８３．８％，剩余污泥产量可减少８２．８％。ＰＥＴＲＩＮＩＣ等利用 ＵＦ－ＲＯ 膜处理工业涂料废水，结果表明膜处理能有效去除９１．３％～９９．８％的金属元素，完全去除 ＣＯＤ、ＳＳ等污染物。

        单一的处理方法成本高，且不能保证所有水质指标均达标排放，故而在实际工程中宜采取多种方法耦合的工艺处理涂装电泳废水。本文介绍江苏某电动车企业电泳废水处理工程的成功经验，也为类似废水的处理提供参考。

１   工程概况

       江苏某电动自行车生产企业，经营范围主要是助动车制造及销售。该企业的生产工艺中，脱脂、陶化、电泳、喷漆前后都需用水进行清洗，清洗水循环使用并适当溢流。

 

       

         从表１分析可知，废水成分复杂，有酸碱、树脂溶剂、醇类、苯类、漆类、硅基有机物等。进水 Ｂ／Ｃ约为０．１２，难生化，对生物处理具有抑制作用，处理难度很大。

２   设计规模及水质

       该企业处于太湖流域，需响应国家的节水号召，处理并回用其车间的涂装废水，实现废水的循环利用和近零排放，杜绝污染物的外排。设计进水水量为１６５ｍ３／ｄ，参考《城市污水再生利用工业用水标准》（ＧＢ／Ｔ１９９２３－２００５），并结合该企业提出的涂装车间实际用水水质要求，最终确定设计进、出水水质标准如表２所示。

    

 

3      废水处理工艺

        结合以往相关工程经验，该企业采用芬顿预处理，去除部分有机物的同时，改善废水可生化性，水解酸化＋生物接触氧化＋ＭＢＲ为核心组合工艺，最后通过 ＲＯ 系统脱盐进行再生水回用，工艺流程如图１所示。

 

           

４     构筑物和设备参数及其主要功能

４.1  调节池

        收集车间生产线废水，在调节池均质均量。共１座，水 力 停 留 时 间 １６ｈ，尺 寸 ９．１ ｍ×３．６ ｍ×３．５ｍ，地上式碳钢防腐结构。

       配套设 施：电 泳 涂 装 废 水 输 送 泵 ２ 台 （１ 用 １备），体积流量０．５ｍ３／ｈ，扬程２５ｍ，功率１．５ｋＷ；空气搅拌机 １ 台，１．５ｋＷ；废 水 提 升 泵 ２ 台 （１ 用１备），体积流量１０ｍ３／ｈ，扬程１０ｍ，功率０．８ｋＷ；液位控制器１台；电磁流量计１台。

4.2   芬顿反应池

        在 Ｆｅｎｔｏｎ反应池内加硫酸将 ｐＨ 调节到４左右，再 加 入 芬 顿 试 剂 进 行 强 氧 化 反 应，其 产 生 的·ＯＨ具有强氧化能力，降低后续生化处理负荷。共１座，水力停留时间３．５ｈ，其尺寸３．５ｍ×２．５ｍ×３．８ｍ，地上式碳钢防腐结构。  配套设施：加药系统３套（包括硫酸、硫酸亚铁、双氧 水 加 药 系 统），体 积 流 量 ７５ Ｌ／ｈ，功 率 ０．０１ｋＷ；搅拌机３台，转速为２００ｒ／ｍｉｎ，功率１．５ｋＷ；ＰＣ－３１００型ｐＨ 在线检测仪１台。

４.3   絮凝沉淀池

         在絮凝池投加液碱（ＮａＯＨ）将 ｐＨ 调节到 １０左右，加入 ＰＡＭ 形成大颗粒絮体后，在斜管沉淀池中泥水分离，底部污泥排入污泥浓缩池，上清液自流进入生化阶段。絮凝沉淀池共１座，絮凝反应段水力停留时间０．５ｈ，其尺寸１．１ｍ×３．６ｍ×２．８ｍ。斜管沉淀段水力停留时间１．６ｈ，表面水力负荷为０．８ｍ３／（ｍ２·ｈ），其尺寸２．６ｍ×３．６ｍ×３．８ｍ，地上式碳钢防腐结构。

配套设施 有：加 药 系 统 ２ 套 （包 括 氢 氧 化 钠、ＰＡＭ 加药系统），流量７５Ｌ／ｈ，功率０．０１ｋＷ；搅拌机１台，转速３０ｒ／ｍｉｎ，功率０．７５ｋＷ；蜂窝斜管填料８ｍ３；污泥泵２台（１用１备），体积流量５ｍ３／ｈ，扬程１０ｍ，功率 ０．７５ｋＷ；型号为 ＰＣ－３１００的 ｐＨ在线检测仪１台。

4.4  水解酸化池

       在水解酸化池中去除部分 ＣＯＤ，并提高废水的可生化性，为后续的好氧处理创造了条件。水解酸化池共２座，容积负荷为０．９５ｋｇＣＯＤ／（ｍ３·ｄ），水力停留时间２１ｈ，池内污泥浓度为３～５ｇ／Ｌ。其尺寸均为７ｍ×３．５ｍ×３．５ｍ，地上式碳钢防腐结构。配套设施：高比表面积绳型填料６５ｍ３；潜水搅拌机２台，直径２６０ｍｍ，功率０．８５ｋＷ。

４.5  生物接触氧化池

        废水处理的核心部分，在合理曝气供氧条件下，利用附着在填料上的微生物，对有机物进行有效降解。生物接触氧化池共 ３ 座，容积负荷为 ０．５７ｋｇＣＯＤ／（ｍ３·ｄ），水力停留时间２６ｈ，池内污泥浓度为２～３ｇ／Ｌ。其尺寸４．５ ｍ×３．５ ｍ×３．５ ｍ，９ｍ×３．５ｍ×３．５ｍ，５．５ｍ×２．５ｍ×３．５ｍ，地上式碳钢防腐结构。配套设施：高比表面积绳型生物填料９０ｍ３；盘式橡胶膜微孔曝气器１２０个，型号为 ＺＸ－２１５，尺寸２１５ｍｍ，服务面积０．５０ｍ２，空气流量１．８ｍ３／ｈ；罗茨风机２台，风量３ｍ３／ｍｉｎ，风压３９．２ｋＰａ，功率４ｋＷ。

４.6   ＭＢＲ池

          用 ＭＢＲ 代替二沉池实现泥水分离，提高生化污泥 浓 度，利 于 有 机 污 染 物 的 彻 底 降 解，减 少 池容。同时 ＭＢＲ池底部污泥回流至水解酸化池和生物接触氧化池，生化系统形成一个闭合循环系统，确保前面的生化池内足够的微生物与污水接触，有机物质等污染指标多数在此阶段被去除。共１座，其尺寸２．５ｍ×３．５ｍ×３．５ｍ，地上式碳钢防腐结构。采用产水９ｍｉｎ，停止１ｍｉｎ的周期运行方式，每１ｈ反洗一次。配套设施：型号为津膜 ＢＴ－１２的中空纤维膜组件１套，过滤孔径０．０３μｍ，膜通量１０Ｌ／（ｍ２·ｈ），组件数量 ７２ 帘，装置膜面积 ７２０ ｍ２；污泥回流泵２台（１用１备），体积流量１０ｍ３／ｈ，扬程１０ｍ，功率１．５ｋＷ；抽 吸 泵 ２ 台 （１ 用 １ 备），体 积 流 量 １０ｍ３／ｈ，扬程１０ｍ，吸程５ｍ；反洗水泵２台，体积流量１０ｍ３／ｈ，扬程１０ｍ，功率１．５ｋＷ；加药系统２套（其中包括次氯酸钠清洗加药系统１套和柠檬酸清洗加 药 系 统 １ 套），加 药 泵 压 力 ５ｂａｒ，体 积 流 量２０Ｌ／ｈ，功率４０Ｗ，ＰＥ加药箱２００Ｌ；曝气风机与接触氧化池的风机共用。

４.7  中间水池

         作为 ＭＢＲ产水和 ＲＯ 系统进水的中间过渡水池，也作为临时收集废水之用，兼作事故池，在事故发生时储存进水，中间水池共１座，其尺寸为４ｍ×２ｍ×３．５ｍ，地上式碳钢防腐结构。配套设施：提升泵２台（１用１备），体积流量为２．５ｍ３／ｈ，扬程１０ｍ，功率为０．５ｋＷ；配置液位仪１台。

４.8  ＲＯ 系统

         经 ＲＯ 系统后，废水中剩余的ＢＯＤ５、ＣＯＤ大部分被截留，溶解性固体和细菌被截留９０％以上，同时电导率和硬度也得到了很好的控制。ＲＯ 产水进入回用水箱，最终回用到生产车间。共１座，采用一级三段形式，每个膜壳中装２支８０４０膜元件，产水率为７０％，正常运行时压差小于０．３ ＭＰａ，当压差大于０．５５ＭＰａ时，表明膜堵塞需要进行清洗。配套设施：型 号 ＣＰＡ３－８０４０，膜 元 件 有 效 面 积３７．２ｍ２／支，产 水 量 ３９．７ ｍ３／ｄ，所 需 ＲＯ 膜 芯 数６支；反渗透输送泵 ２ 套（１ 用 １ 备），体积流量 １０ｍ３／ｈ，扬程２０ｍ，功率４ｋＷ；反渗透高压泵１套，体积流量１０ｍ３／ｈ，扬程１６０ｍ，功率１１ｋＷ；加药系统２套（还原剂、阻垢剂），加药泵压力５ｂａｒ，体积流量２０Ｌ／ｈ，功 率 ４０ Ｗ，ＰＥ 加 药 箱 ２００Ｌ；清 洗 系 统１套，清洗泵压力１０ｂａｒ，体积流量５．３Ｌ／ｍｉｎ，功率４０ Ｗ，ＰＥ 加药箱５００Ｌ；回用水箱１台，含液位计，规格５０Ｔ；浓水水箱１台，含液位计，规格５０Ｔ。

4.9    ＭＶＲ蒸发装置

        ＲＯ 浓 水 ＣＯＤ 为 １３０～２５０ ｍｇ／Ｌ，电 导 率４０００～５５００μＳ／ｃｍ，利用企业原有的 ＭＶＲ 系统装置，ＭＶＲ和传统多效蒸发相比，可以消耗少量电能循环利用蒸汽，蒸汽能耗小，通过 ＰＬＣ 控制进行浓缩结晶处理，其冷凝液（ＣＯＤ为２０～３０ｍｇ／Ｌ，电导率为５０～１５０μＳ／ｃｍ）回用于车间清洗工序，无法被蒸发的残液约为蒸发原液的５％，残液委外处理，最终实现趋零排放。ＭＶＲ蒸发装置共１套，物料处理量４９．５ｍ３／ｄ，３１６Ｌ材质。配套设 施：压 缩 机，进 出 口 压 力 ０．１０～０．１８ＭＰａ，升温 ８ ℃，料 液 温 度 ８８ ℃，二 次 蒸 汽 温 度８０℃，功率 ３７ｋＷ；进／出料泵，流量 １ ｍ３／ｈ，扬程３５ｍ，功 率 ２ｋＷ；循 环 泵，流 量 １５０ ｍ３／ｈ，扬 程１５ｍ，功率３０ｋＷ；冷凝水泵，流量３．６ｍ３／ｈ，扬程２５ ｍ，功 率 ２．２ｋＷ；加 热 器，列 管 式，换 热 面 积６０ｍ２；冷凝水预热器，列管式，换热面积５ｍ２。

４.10 污泥池

         污泥处理包括污泥浓缩池和板框压滤机。来自混凝沉淀池以及 ＭＢＲ池的剩余污泥进入污泥浓缩池，利用管道混合器投加阳离子 ＰＡＭ 对污泥进行调质，从而提高压榨效率，脱水后的污泥含水率在８０％左右，污泥浓缩池的上清液及压滤机的压滤液流回到调节池进行再处理。压滤机产生的泥饼委外进行处置。污泥池共１座，其尺寸２ｍ×３．５ｍ×３．８ｍ，地上式碳钢防腐结构。配套设施：气动隔膜泵２台（１用１备），体积流量１５ｍ３／ｈ，扬程１０ ｍ，功率１．５ｋＷ；板框压滤机１套，型 号 ＸＭＺ２０／８００ＵＢ，过 滤 面 积 ２０ ｍ３，功 率３ｋＷ。

５       工艺调试运行及主要技术经济指标

５.1    运行状况分析 
          Ｆｅｎｔｏｎ体系中各种因素的影响决定芬顿氧化絮凝的程 度，所 以 不 同 的 参 数 条 件 处 理 效 果 也 不同。在进行物化调试以前，为确定芬顿试剂的投加量，先对原水进行芬顿试验，根据小试结果在实际调试中进行经济性调整。小试的Ｆｅｎｔｏｎ最优条件为 ｐＨ３．５，３０％的双氧水用量为１ｋｇ／ｍ３，Ｈ２Ｏ２／Ｆｅ２＋（摩尔比）＝８∶１，氧化反应时间 ２ｈ左 右，絮 凝 ｐＨ 大 于 ７，ＰＡＭ 投 量３ｍｇ／Ｌ，此 时 ＣＯＤ 去 除 率 大 约 为４３％，Ｂ／Ｃ 升高至 ０．３５ 左右。应用于实际工程调试时运行数据见图２。

       
    

 

         如图２ａ所示，调试运行前期，由于部分污水收集不当，使进入系统的污水 浓 度 相 对 偏 小，Ｆｅｎｔｏｎ 氧 化ＣＯＤ效率高于５０％。调试后期污水全部收集，相应的污水浓度升高至设计浓度范围，物化区的 ＣＯＤ 去除率稳定在３０％～４０％。生化段调试前期的 ＣＯＤ 去除率缓慢提高，调试运行后期，生化池进水 ＣＯＤ 在 ５００～６００ ｍｇ／Ｌ 幅 度 波 动，但 出 水 ＣＯＤ仍然在１００ｍｇ／Ｌ以下，去除效率稳定在８０％以上。为避免 ＲＯ 系统堵塞，当生物段出水正常后开启 ＲＯ 系统，经 过 ＲＯ 系 统 的 产 水 ＣＯＤ 在１０～４０ｍｇ／Ｌ内波动，满足回用水质标准的６０ｍｇ／Ｌ。

        如图２ｂ所示，Ｆｅｎｔｏｎ氧化后生成的 Ｆｅ３＋ 与 ＰＯ３－４ 结合成磷酸铁沉淀，在物化段可以实现对 ＴＰ的大部分去除，经过后续生物段和 ＲＯ 系统处理后，出水 ＴＰ 含量低于检测限，稳定达到回用水质标准。

如图２ｃ所示，原水中的 ＮＨ３－Ｎ 含量较低，物化处理对 于 ＮＨ３－Ｎ 的 去 除 效 果 不 佳，去 除 率 仅 为１０％～１５％。按 Ｃ∶Ｎ∶Ｐ＝２００～３００∶５∶１向生化池投加尿素补充氮源，维持微生物所需营养，生物段的出水 ＮＨ３－Ｎ 为３ｍｇ／Ｌ左右，而 ＲＯ 系统则进一步保证了 ＮＨ３－Ｎ 的处理效果，其运行期间出水远小于回用指标（１０ｍｇ／Ｌ）。

       如图 ２ｄ 所 示，污 水 来 水 ＳＳ 平 均 浓 度 为 １７０ｍｇ／Ｌ，物 化 预 处 理 对 ＳＳ 的 去 除 效 率 为 ６０％ ～７０％，极大降低了对后续生物处理的冲击，后续生物出水ＳＳ稳定在２０ｍｇ／Ｌ 以下，而 ＲＯ 系统由于其膜的有效截留，ＳＳ得以完全去除。

     
 

       如图２ｅ所示，系统的进水电导率大致在８８６～１９２１μＳ／ｃｍ 内波动，由于加入芬顿试剂，导致物化段的电导率增高，生化段电导率与物化段电导率变化幅度不大，ＲＯ 系统进水压力０．７ ＭＰａ，产水回收率稳定在７０％左右，脱盐率超过９８％，其出水电导率远优于回用水标准。

５.2   运行结果

          该项目调试完毕后投入运行，出水水质连续稳定达到生产车间回用要求。系统运行检测水质数据如表３所示。

５.3  主要技术经济指标

         采用组合工艺处理电泳涂装废水，该工程总投资约２２７万元，其中池体费用７９万元，设备投资费１０１万元，其他费用（包括设计安装调试费等）４７万元。按工程处理水量为１６５ｍ３／ｄ计算，则该工艺的运行成本估算：

（１）药剂费：主要为芬顿预处理及回用系统所用药剂（见表４），投加的各类药剂费每日消耗费用为５９５÷１６５＝３．６１（元／ｍ３·ｄ）。

           
 

（２）电费：按当地平均电价 ０．８ 元／（ｋＷ·ｈ）计算，合 计 每 天 用 电 量 （不 含 蒸 发 器 ）为 ９０９．６ｋＷ·ｈ／ｄ，每 吨 电 费 为：６４９．８８×０．８÷１６５＝３．１５［元／（ｍ３·ｄ）］。

（３）人工费：该工程采用 ＰＬＣ控制，运行中仅需１名操作工，工资为１００元／（ｄ·人），则单位人工费为０．６１元／（ｍ３·ｄ）。

（４）污泥费：根据当地价格，污泥处置费用包含装车、运输、处理等费用，约２０００元／ｔ；设施运行中每３ｄ进行一次脱泥，约产生０．５ｔ干泥（含水率＜６５％），折合每日产生污泥约０．１７ｔ。折合吨水费用为：０．１７×２０００÷１６５＝２．０６［元／（ｍ３·ｄ）］。

（５）膜损耗：项目选用的 ＭＢＲ 膜，使用寿命以５年计算，年更换率约为２０％，年更换费用约为１．４万元，折算为吨水成本为：１４０００÷３６５÷１６５＝０．２４［元／（ｍ３·ｄ）］。项目选用的反渗透膜，使用寿命以３年来计算，以４０００元／支的单价，折算为吨水成本为：６×４０００÷３６５÷３÷１６５＝０．１４［元／（ｍ３·ｄ）］。则回 收 系 统 膜 组 件 损 耗 成 本 ０．２４＋０．１４＝０．３８［元／（ｍ３·ｄ）］。

（６）蒸发费：生蒸汽只在蒸发器启动运行时使用，因此蒸发费用只计算电费，蒸发１ｍ３ 浓水用电量７３．２ｋＷ·ｈ，回收率按７０％计，每日产生 ＲＯ 浓水４９．５ｍ３，折合吨水费用为：４９．５×７３．２×０．８÷１６５＝１７．５（元／ｍ３）即吨水 总 运 行 费 用 为：３．６１＋４．４１＋０．６１＋２．０６＋０．３８＋１７．５＝２８．５７［元／（ｍ３·ｄ）］。

５.4经济效益分析

ＲＯ 系统每日产生 ＲＯ 浓水４９．５ｍ３，若以８００元／ｍ３ 的市场价委托第三方处理，则每年的 ＲＯ 浓水处理费为１４４５．５万元，使用 ＭＶＲ系统后，ＭＶＲ每年所消耗的电费约为１０５．８万元，５％的浓缩残液委托第三方处理每年约花费７２．３万元，故 ＭＶＲ 系统每年运 营 成 本 为 １７８．１ 万 元，相 当 于 每 年 节 省１２６７．４万元。ＲＯ 系统每日产水１１５．５ ｍ３／ｄ，蒸发系统回收冷凝液３９．６ｍ３／ｄ（冷凝液回收率按８０％计）。根据当地工业用水价格，机械行业为５．１６元／ｍ３。则上述回用水量年收益为：（１１５．５＋３９．６）×５．１６×３６５＝２９２１１５．３４（元／年）。

６      结论

      （１）通过工艺条件控制与运行参数调控，采用“芬顿混凝＋水解酸化＋接触氧化＋ＭＢＲ＋ＲＯ”组合工艺，抗冲击负荷能力强，运行稳定，处理效果好。芬顿氧化去除部分难降解污染物，水解酸化工艺进一步提高废水可生化性，有利于好氧阶段的处理，ＭＢＲ减少后续 ＲＯ 处理的生物污垢，ＲＯ 有效降低盐含量，出水电导率在５０μＳ／ｃｍ 左右，远低于设计要求的１００μＳ／ｃｍ，可作为生产车间的补充水。

     （２）该工程废水处理量为１６５ ｍ３／ｄ，该项目组合工艺日常运行成本合计为２８．５７元／（ｍ３·ｄ）。对涂装废水处理回用于生产车间，节省车间新鲜水量１５６．７５ｍ３／ｄ，每年可以为企业节省２９．２１万元；而且每 年 可 减 少 污 染 物 排 放 量 ＣＯＤ６．１ｔ／年，ＴＰ０．０７ｔ／年，ＳＳ１．１ｔ／年，具有显著的环境效益。

     （３）建议该系统中的单座构筑物（芬顿反应池、絮凝沉淀池、ＭＢＲ 池、污泥浓缩池）增设为２座，以及增设１座事故池，以提高工艺的稳定性和可靠性。

 

 

 

原标题：电动自行车涂装废水处理工程实例及运行分析

原作者：翟晶晶   袁 怡民   卜志威     陈惟潇