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汽車涂裝廢水處理工藝的研究與改進論文
摘要：根據汽車涂裝廢水濃度高、成份復雜，水質水量變化大等特點，本文研究了處理汽車涂裝廢水的兩種可行方法：單純的物化法和物化+生化相結合的處理方法。經研究發現單純的物化法存在諸多的不足，而物化+生化法卻能很好的克服這些不足而廣泛應用。工程實踐表明，對物化+生化處理工藝進行優化與改進，能使廢水處理系統運行更加穩定，出水效果更好。
關鍵詞：涂裝廢水；預處理；物化+生化
涂裝工藝在汽車表面處理中運用極其廣泛，在生產過程中基本上都有廢水產生[1]，而汽車涂裝廢水的處理已成為當今污水處理工程的一大難題，急待解決。通過多年的摸索和工程實踐，發現采用物化+生化處理汽車涂裝廢水是經濟有效的，但在實際的應用中也存在一些問題，需要對此工藝進行優化和改進，使汽車涂裝廢水處理更加穩定和有效。
1汽車涂裝廢水的來源及特點
在涂裝工藝中產生的廢水主要有前脫脂、酸洗和磷化表調等前處理廢水、電泳涂裝廢水和噴涂底、中、面漆時的噴漆廢水[2]。各股廢水的成分復雜，濃度各不相同，處理難度大。
此廢水除部分水洗水從水槽連續溢流外，各工序所產生的廢水或廢液多為間歇排放，各股廢水混合后形成高濁度的涂裝廢水，廢水的水量及水質在一天內變化很大，且無規律可循，廢水中污染物成份復雜，含有多種有毒物質，濃度高，可生化性差。經多年的監測，其綜合水質情況為：CODcr濃度1000～2500mg/L，BOD5濃度100～250mg/L，SS濃度400～600mg/L，石油類濃度30～85mg/L，磷酸鹽濃度25～50mg/L，pH7.0～8.5，Zn2+濃度5.0～20mg/L。
2處理工藝的研究
2.1單純物化法
由于汽車涂裝廢水的可生化性差，單純的物化處理工藝流程一般為：調節池——混凝沉淀或氣浮——砂濾——活性炭過濾，也有的工藝是將每個工序的廢水分開，各自加藥反應進行預處理（如含油廢水則加藥破乳）后再進行混凝沉淀或氣浮，通過選擇適當的混凝劑和絮凝劑，在理論上該工藝處理涂裝廢水是可行的，但單純的物化處理后出水水質不穩定，涂裝廢水在混凝沉淀或氣浮后，COD去除率為30％～60％，最高80％，即出水COD會在450mg/L左右，而且絕大部分為溶于水的有機物，這部分有機物的去除主要靠活性炭吸附，加大活性炭過濾器的負荷，很快使活性炭失效，從而導致出水不達標。同時工藝流程長，操作維護復雜，運行成本高。
2.2物化+生化相結合的處理方法
目前處理汽車涂裝廢水最具前景的方法之一為物化+生化法，此工藝的核心原理為：以物化法作為預處理，然后采用生化法處理，使廢水穩定達標。
（1）物化預處理
由于汽車涂裝廢水中含有大量磷酸鹽等生化不能完全去除或難去除的物質，必須依靠物化法來去除。在實際工程中多采用石灰，利用石灰乳將廢水的PH值控制在11.5以上，使磷酸根和鋅離子生成羥基磷灰石和氫氧化鋅沉淀物而去除，使廢水中的磷酸鹽濃度低于5.0mg/L。同時利用Ca2+完成乳化油、高分子樹脂的膠體脫穩、凝聚過程，為混凝反應創造條件。
�。�2）生化處理
廢水經物化法預處理后，水質有所改善，但必須通過生化法處理后才可穩定達標。由于涂裝車間廢水主要污染物質可生化性較差（BOD/COD=0.1），因此，提高原水可生化性是該廢水生化處理的首要條件。其次，由于工業廢水中營養物不均衡，為提高廢水生化性需投加營養源。另一方面，在生化處理前段，首先將廢水進行水解酸化處理，即將厭氧控制在水解酸化階段，利用水解酸化菌將難以降解的合成有機物如環氧樹脂、醚類物質之類的環狀有機物、芳香族有機物等斷鏈，分解成小分子有機物，從而提高了廢水可生化性。
廢水經水解酸化處理后，再采用好氧工藝進行后續處理。好氧生化段是整個廢水處理工藝的核心部分。在有氧條件下，廢水中的可降解污染物在好氧微生物作用下，一部分合成為微生物細胞，另一部分分解為CO2、H2O，得以徹底去除，部分多余的微生物有機體通過排泥從系統中排除，從而使水質得到凈化。
而在工程實踐中用得較多的好氧工藝有SBR法和接觸氧化法。由于汽車涂裝廢水的水質和水量變化很大，接觸氧化法難以穩定運行，出水水質波動較大，需要采用微絮凝過濾或活性炭吸附作為補充，出水才能穩定達標。而SBR工藝的進水、曝氣反應、靜止沉淀、排上清液和閑置階段循環操作，將生物處理和沉淀集于一體，具有運行效果穩定、耐水量和有機負荷沖擊、運行靈活、構造簡單、操作和維護方便等特點[4]，故SBR工藝在汽車涂裝廢水中應用較廣泛。
2.3工藝流程
以湖南某汽車制造公司的涂裝廢水處理為例，設計處理水量：Q=300m3/d，水質如前所述，工藝流程如下：
由于涂裝預處理中存在不定期的倒槽工序，倒槽廢液間歇排放，水量大，且濃度非常高，必須進行分質分流處理。倒槽濃廢液收集在濃廢液槽中；而其他濃度較低的廢水則進入調節池中，然后用泵將濃廢液定期定量打到調節池中，與其他廢水充分混合均勻；在混凝反應池中投加石灰乳和PAM，充分混合反應后去除大部分磷酸鹽、重金屬和SS，然后經沉淀澄清后，投加鹽酸調節廢水pH。經物化處理后出水經過水解酸化后進入SBR池，在SBR池中進行好氧生化反應，廢水中的有機物被好氧分解，從而使廢水得以凈化，達到國家一級標準排放。
3工藝的改進
通過多個汽車涂裝廢水處理廠的設計與實際運行，發現采用物化+生化法處理涂裝廢水是經濟可行的，能達到預期的處理效果，但也存在一些問題，需要對此工藝進行優化與改進。
3.1均勻水質水量
由于汽車涂裝廢水大多間歇排放，瞬時排放水量大，濃度高，必須在調節池內混合均勻，減少對后續處理的沖擊。在設計調節池時，須滿足廢水在池內停留足夠的時間來混合均勻，一般調節池的有效容積占設計水量的40%以上，運行時特別注意池內必須留出安全容積來稀釋從倒槽廢液池中泵入的高濃度廢液，防止水質的大幅波動，造成系統無法穩定運行。
3.2化學除磷的控制
汽車涂裝廢水中磷酸鹽濃度較高，必須考慮采用物化除磷。運行時加入過量的石灰乳，調節廢水pH值至11.5以上，去除重金屬離子，又能作為廉價高效的除磷劑。根據實際運行，以石灰為混凝劑，PAM為絮凝劑，磷酸鹽的去除率可達到99%左右，出水濃度小于0.5mg/L。但如此高效的化學除磷，導致廢水中磷酸鹽過低，影響后續生化反應的進行，必須適當控制石灰乳的投加量，保證出水中的磷酸鹽的濃度為2.0～3.0mg/L內，既能滿足生化反應的需要，又能保證最終出水磷酸鹽穩定達標。 3.3廢水營養物的補充
由于汽車涂裝廢水中缺少微生物所需的各種營養源，必須考慮補充廢水的營養物。目前常用的方式有：（1）人工投加氮磷；（2）引入生活污水。從運行管理和實際運行效果來看，最簡單有效的方法是引入生活污水，補充微生物所需的各種營養源。
3.4提高水解酸化的效率
汽車涂裝廢水的重要特征之一為可生化性差，采用水解酸化來提高廢水的可生化性能是首要條件，水解酸化的設計水力停留時間一般為6～9h,BOD5/CODcr由原來的0.2提高到0.3以上，基本滿足生化反應的條件。但從多個工程實例的對比來看，在水解酸化池中安裝填料，組成復合水解酸化工藝，CODcr的去除率可提高20%～30%，廢水可生化性可提高15%左右，減輕SBR的處理負荷。
3.5合理分配供氧，降低能耗
目前汽車涂裝廢水的好氧工藝多采用SBR法，其運行方式為：進水時間4h，進水1h后進行曝氣8h，沉淀2h。排水0.5h，閑置0.5h。SBR池供氧采用羅茨鼓風機和微孔曝氣器，池內溶解氧的濃度控制在2.0～5.0mg/L。
在SBR法處理涂裝廢水時，多采用非限制性或限制性曝氣。在充水的起始階段，由于池內污染物濃度較低，需氧量較��；但隨著進水量的加大，污染物的濃度逐漸加大，在進水的后半期應加大廢水的供氧量[4]。在曝氣階段，由于池內污染物濃度逐漸降低，需氧量也逐漸減少，在曝氣的后半期應減少廢水的供氧量。在實際運行時，羅茨鼓風機變頻運行可很好的解決供氧分配問題，節省能耗約20%~25%。
4處理效果及運行成本分析
經多年運行表明，系統運行穩定，處理效果好，處理后的水質經當地環境監測站多次采樣分析，結果為pH=6.0～9.0，CODcr≤80%~90mg/L，SS≤60~70mg/L，BOD5≤4~20mg/L，石油類物質≤5.0mg/L，磷酸鹽≤0.5mg/L，達到國家《污水綜合排放標準》中的一級排放標準。
優化與改進后，總的運行成本由原來的1.36元/立方米降到0.93元/立方米，減少運行成本約30%左右，經濟效益明顯。
5結論
5.1對于汽車涂裝廢水的處理，必須對原水進行分質分流，重視廢水水質均勻。
5.2經實踐表明，采用物化+生化法處理汽車涂裝廢水是經濟可行的，較之其它方法具有處理效果穩定、運行成本低、操作維護簡單等特點。
5.3通過對物化+生化處理工藝的改進，使汽車涂裝廢水處理工藝更趨完善，處理效果更穩定。
參考文獻：
[1]工錫春.最新汽車涂裝技術[M].北京：機械械業出版社，1998.
[2]孫華.涂鍍三廢處理工藝與設備[M].北京：化學工業出版社，2006.
[3]王凱軍，賈立敏.城市污水生物處理新技術開發與應用[M].北京：化學工業出版社，2001.
[4]李亞新.活性污泥法理論與技術[M].北京：中國建筑工業出版社，2007.
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