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铝型材表面处理废水处理与回用技术 [复制链接]

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铝是非常活泼的金属,为防止表面氧化或受周围环境影响而造成缺陷,铝型材在使用前需进行表面处理。通过处理可在铝型材表面形成保护膜,该保护膜起到美观、耐腐蚀、提高机械强度和延长使用寿命的作用〔1〕。铝型材表面的处理需要消耗大量的水,通常每吨铝型材的表面处理要消耗50~80t水。铝型材表面处理产生的废水主要为酸碱废水,其中含有大量的Al3+、SO42-及少量的Ni2+、Sn2+、Cr3+、F-等,对该废水通常采用酸碱中和的方法进行处理。该废水一般呈酸性,须加碱中和,在中和过程中Al3+、Ni2+、Sn2+、Cr3+等形成氢氧化物在吸附和沉淀过程中被去除;而SO42-和F-等阴离子在混凝过程中与Ca2+、Fe2+等阳离子生成沉淀,被部分去除。铝型材表面处理的主要耗水环节为脱脂、碱蚀、中和、氧化等工序的后水洗环节,上述环节对用水的水质要求不是太高,除脱脂、中和、氧化的后水洗用水pH需大于2,碱蚀的后水洗用水pH需小于12外,浊度低于50NTU,Al3+、SO42-分别低于500、2000mg/L即可满足要求〔2〕。由此,笔者利用混凝+微滤膜分离组合工艺处理铝型材表面处理废水以达到回用的目的。
  
  本研究首先通过混凝沉淀试验确定了组合工艺的最佳混凝剂、助凝剂及其投加量,然后考察了微滤膜操作因素对膜过滤性能的影响以及组合工艺的整体运行效果,并进行了技术经济分析。该组合工艺可以实现节约用水、减少污染的目标,具有社会、环境和经济多重效益。
  
  1、试验材料与方法
  
  1.1试验用水
  
  试验所用设备直接安放在广东省佛山市某铝型材厂铝型材表面处理生产线综合废水调节池的旁边(该厂除含铬、镍等一类污染物的废水单独处理后进入调节池外,其余废水直接进入调节池),所用废水直接取自综合废水调节池,其水质:Al3+500~600mg/L,SO42-2000~3000mg/L,浊度300~500NTU,pH3~5。
  
  1.2试验装置
  
  试验装置如图1所示。
  
  铝型材表面处理废水处理与回用技术


  混凝池、斜管沉淀池和过滤池的有效容积分别为30、50、80L,微滤膜采用日本三菱公司生产的聚乙烯中空纤维膜,膜孔径0.1μm,膜丝内径0.27mm,外径0.42mm,膜面积2.0m2。膜组件直接放置在过滤池中,其下方设置空气曝气管,起冲刷膜组件的作用。膜组件出水管两端设置电磁阀,以时间控制器控制系统的出水与反曝气。
  
  1.3试验方法
  
  1.3.1混凝剂筛选试验
  
  为了选定合适的混凝剂及助凝剂,在探索阶段通过序批式试验对各种常用混凝剂的混凝效果进行了比较。根据铝型材表面处理废水的特点及后续废水处理方案的需要,试验中选用浊度,Al3+、SO42-去除率及絮凝体的沉降性能作为衡量指标,以寻求最佳混凝剂及投加量。
  
  取若干只1000mL烧杯,各加入500mL综合调节池废水(水温和室温均在28℃左右),加入计量的混凝剂,加入NaOH粉末将pH调至8.0,然后分别向各烧杯中加入计量的助凝剂PAM;置于六联搅拌器上先以360r/min搅拌1min,然后以150r/min搅拌2min;静置30min后取上清液测试絮凝沉淀效果。
  
  1.3.2混凝+微滤膜分离组合试验
  
  混凝剂与助凝剂溶液分别通过计量阀进入进水泵的吸水管路,与原水通过叶轮快速混合后进入混凝池;经慢速混合后进入斜管沉淀池;泥水分离后的上清液进入过滤池,在抽吸泵抽吸作用下经膜过滤获得过滤出水。进气阀和出水阀在时间控制器的控制下交替工作。根据混凝系统出水中悬浮物含量,每6~8个周期排除过滤池底部沉泥1次。

  2、结果与讨论
  
  2.1混凝沉淀试验
  
  本研究选用了FeCl2、FeCl3、Fe2(SO4)3、AlCl3、Ca(OH)25种混凝剂,为了增加絮体的密实程度,选用PAM作为助凝剂。混凝剂投加质量浓度分别为100、150、200、250mg/L;助凝剂投加质量浓度分别为2、4、6、8mg/L。经过对比试验得出各种混凝剂/助凝剂的最佳投加量及絮凝效果,结果如表1所示。


  由表1可以看出,Ca(OH)2/PAM的混凝效果明显优于其他几种混凝剂。当Ca(OH)2投加质量浓度为200mg/L、PAM投加质量浓度为4mg/L时,混凝沉淀后出水浊度达50NTU,出水Al3+、SO42-分别低于18、1500mg/L,表明采用单一混凝沉淀处理铝型材表面处理综合废水,勉强能够达到脱脂、碱蚀、中和、氧化等工序对用水的水质要求,但混凝剂投加量大,且出水水质不够稳定。
  
  单一混凝沉淀处理是通过投加足量的混凝剂和助凝剂以使水中悬浮胶体微粒形成沉降性能良好的絮体得以去除。采用混凝+微滤膜分离组合工艺,由于微滤膜分离技术可以达到0.1μm数量级的固液分离水平,投加的混凝剂和助凝剂仅使胶体颗粒通过压缩双电层脱稳即可,无需形成依靠重力沉降的颗粒尺寸,这不仅可以降低混凝剂和助凝剂的用量,而且较单一混凝沉淀增加了可去除的污染物范围。试验在Ca(OH)2投加量(200mg/L)不变,但助凝剂PAM只投加一半剂量(2mg/L)条件下考察混凝+微滤膜分离组合工艺对铝型材加工废水的处理效果。
  
  2.2微滤膜周期反曝气对膜过滤性能的影响
  
  本研究采用平均膜通量作为膜过滤性能的评价指标。为减少膜污染的程度,保持膜过滤性能的稳定,试验采用周期反曝气运行方式以吹脱沉积在膜表面的泥饼层,反曝气的压力为0.15MPa,每次反曝气时间为3min。不同运行周期条件下膜过滤性能的变化结果表明,膜周期反曝气可较大程度地吹脱沉积在膜表面的泥饼层,减小膜污染,恢复膜通量,有效地维持了膜过滤性能的稳定;采用过滤30min,反曝气3min的方式运行,周期产水量可稳定在40L/(m2˙h)左右。
  
  2.3混凝+微滤膜分离组合工艺的运行性能
  
  以Ca(OH)2和PAM作为混凝剂和助凝剂,投加质量浓度分别为200、2mg/L,以30min过滤、3min反曝气的方式运行,在平均膜通量控制在40L/(m2˙h)的条件下稳定运行2周。混凝+微滤膜分离组合工艺对铝型材表面处理综合废水的处理效果如图2和图3所示。

  由图2可知,经过微滤膜过滤后的最终出水浊度为10NTU左右,完全满足脱脂、碱蚀、中和、氧化等工序后水洗环节用水对浊度的要求。
  
  由图3可知,尽管系统进水SO42-波动较大(主要由不定期排放部分脱脂或出光槽液引起),但最终出水SO42-稳定在1000mg/L左右,生成的硫酸钙沉淀及氢氧化铝沉淀对SO42-的吸附可能是该系统去除硫酸根的主要途径;经过混凝+微滤膜分离组合工艺处理后,系统出水Al3+稳定在8mg/L左右。经组合工艺处理后,系统出水完全满足脱脂、碱蚀、中和、氧化等工序后水洗环节用水对Al3+和SO42-的要求。
  
  3、技术经济分析
  
  与常规工艺相比,混凝+微滤膜分离组合工艺处理铝型材表面处理废水具有出水水质稳定、工程占地面积小、基建投资省、自动化程度高、运行管理方便等优点〔3〕,且出水可达到回用的目的。
  
  以日处理和回用1000t废水为例,对混凝+微滤膜分离组合工艺进行技术经济分析:基建投资为15万元,设备费(膜价格150元/m2)为18.6万元,折旧费(膜寿命以3a计,其他为20a)为0.192元/m3,能耗0.4元/m3〔电费按0.8元/(kW˙h)计〕,药剂费为0.133元/m3,人工费为0.15元/m3,系统总运行成本为0.875元/m3。相比于企业目前的用水成本2.5元/m3(其中自来水费1.3元/m3、废水处理费0.4元/m3、排污费0.8元/m3),经济效益十分明显。
  
  4、结论
  
  采用混凝+微滤膜分离组合工艺处理铝型材表面处理综合废水并使之回用的工艺条件:以Ca(OH)2作为混凝剂、PAM作为助凝剂,Ca(OH)2和PAM的投加质量浓度分别为200、2mg/L,微滤膜分离系统以30min过滤、3min反曝气的方式运行。在此条件下,系统稳定运行2周,尽管进水水质变化较大,出水浊度稳定在10NTU左右,Al3+和SO42-稳定在8mg/L和1000mg/L左右,出水水质完全满足脱脂、碱蚀、中和、氧化等工序后水洗环节的用水要求。与常规处理工艺相比,混凝+微滤膜分离组合工艺在技术上具有明显的优越性,经济上可行。

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