物化污水處理工藝設(shè)計與運(yùn)行管理
——電鍍、線路板廢水回用系統(tǒng)的設(shè)計與運(yùn)行
郭景奎
摘要：本文以電鍍、線路板廢水為例，闡述了回用系統(tǒng)的設(shè)計參數(shù)和運(yùn)行中的問題。針對電鍍、線路板廢水的特點(diǎn)，設(shè)計了—套以反滲透薄膜分離過程為核心工藝的廢水處理回用技術(shù)，已在多家企業(yè)成功運(yùn)行。提出了化學(xué)沉淀后立即下調(diào)pH值，以控制pH＝5左右的最佳范圍，解釋了阻垢劑的作用和副作用，以及正確化學(xué)清洗等問題。并闡明了分水的重要性。
關(guān)鍵詞：電鍍；線路板廢水；處理工藝；設(shè)計與運(yùn)行
前言
工業(yè)廢水處理回用是緩解市政供水緊張局勢，節(jié)約水資源的有效途徑。深圳市政府要求，企業(yè)工業(yè)廢水經(jīng)處理達(dá)到國家和地方排放標(biāo)準(zhǔn)后，再做深度處理，回用于工業(yè)生產(chǎn)，回用比例百分之六十五。
深圳市金達(dá)萊
環(huán)保股份有限公司針對電鍍、線路板廢水的特點(diǎn)，設(shè)計了一套以反滲透薄膜分離過程為核心工藝的廢水處理回用技術(shù)。并在比亞迪、富士康、
ASM（先進(jìn)半導(dǎo)體材料）、華南五金，中山的皆列士多層線路板、昆山的富士康等等企業(yè)污水處理回用系統(tǒng)中成功運(yùn)行。今年又承接了中航集團(tuán)深南電路、珠海方正電子等數(shù)家萬噸/日的線路板廢水回用工程。工業(yè)廢水處理回用技術(shù)與飲用水處理技術(shù)、工業(yè)純水處理技術(shù)屬于不同的領(lǐng)域。雖然工藝中的核心裝備都是反滲透薄膜分離技術(shù)，但是，整個工藝的預(yù)處理、后處理以及反滲透本身的設(shè)計（如膜元件的選型、進(jìn)水壓力的選擇、產(chǎn)水通量的設(shè)計等等）都是有很大區(qū)別的。有些水處理公司做的工業(yè)廢水回用工程運(yùn)行不到半年就報廢了，究其原因可能是多方面的，但是對工業(yè)廢水的特點(diǎn)認(rèn)識不足是主要的。
我們在承建的各電鍍、線路板廢水回用系統(tǒng)的設(shè)計也不完全一樣，但基本工藝是相同的。其工藝流程是：
→（化學(xué)沉淀上清液）原水池→原水提升泵→一級雙介質(zhì)過濾器→二級雙介質(zhì)過濾器→還原劑加藥裝置→（中間水箱→中間水泵→阻垢劑加藥裝置）→保安過濾器→高壓泵→RO系統(tǒng)→產(chǎn)水回用
↓
濃水再處理達(dá)標(biāo)排放
下面介紹電鍍、線路板廢水處理回用系統(tǒng)的設(shè)計與運(yùn)行，我們所遇到的問題，以及在設(shè)計中所采用的實(shí)用技術(shù)。
1 預(yù)處理系統(tǒng)的設(shè)計
工業(yè)廢水回用系統(tǒng)的預(yù)處理工藝，國外已經(jīng)采用連續(xù)微濾（CMF），即所謂雙膜法或叫全膜工藝。連續(xù)微濾（CMF）產(chǎn)水SDI≤3，濁度≤1NTU，是反滲透進(jìn)水的極好水源，能有效的預(yù)防反滲透膜元件在運(yùn)行中發(fā)生污堵或結(jié)垢現(xiàn)象。毫無疑問，這種工藝是先進(jìn)的。但是國內(nèi)大多數(shù)企業(yè)不愿意接受。因?yàn)檫@種工藝投資較高，暫時還不符合我國國情。
根據(jù)電鍍、線路板廢水的特點(diǎn)，我們采用了兩級雙介質(zhì)過濾器+保安過濾器，作為回用系統(tǒng)的預(yù)處理工藝。
1.1 兩級雙介質(zhì)過濾器的設(shè)計
①過濾速度的確定 v＝8～10m。同時據(jù)以計算過濾器的直徑。
②濾層厚度的確定 石英砂0.5m、無煙煤0.4m、承托層0.8～1.0m、膨脹系數(shù)50%～60%。
③過濾介質(zhì)的選擇 根據(jù)原水污染情況，選配石英砂和無煙煤的粒徑。一級雙介質(zhì)過濾器石英砂和無煙煤的粒徑略大于二級雙介質(zhì)過濾器石英砂和無煙煤的粒徑。但無論哪一級過濾器，無煙煤的粒徑均應(yīng)小于石英砂粒徑的2倍，才能保證反沖洗時分層回落。
④配水“豐”型管的計算 干管始端流速為1.0～1.5m/s、支管始端流速為1.5～2.0m/s、孔眼流速為5～6m/s；支管中心距0.25～0.3m，支管長度與其直徑之比不應(yīng)大于60倍；孔眼直徑9～12mm。
⑤配氣“豐”型管的計算 管中空氣流速10m/s、空氣從孔眼中的流出速度30～35m/s；孔眼直徑為1.4～2.0mm，孔距：80～90mm。
1.2 為什么采用兩級雙介質(zhì)過濾器
①提高過濾效果，發(fā)揮深層過濾效果。
②保證設(shè)備連續(xù)運(yùn)行，反沖洗時不停機(jī)，錯開反沖洗，保持至少有一級雙介質(zhì)過濾器是在壓實(shí)的濾床上進(jìn)行過濾。
③可以提高過濾速度，減小過濾器直徑。
1.3 雙介質(zhì)過濾器的反沖洗
反沖洗水源：RO濃水、RO產(chǎn)水、自來水或者雙介質(zhì)過濾器的濾出水。決不能用原水。
①反沖洗水泵：設(shè)備選型：臥式不銹鋼離心泵。
流量：Q＝4～6L/㎡s； 揚(yáng)程：H＝22～30m。
②反沖洗周期：自動控制按時間設(shè)定，連續(xù)過濾12h反沖洗。手動控制看壓力表，壓力增加0.1MPa反沖洗。
③反沖洗程序：氣洗2min；氣水混和反沖6min；水沖5min。
④空氣壓力：0.2～0.4MPa。
⑤氣洗強(qiáng)度：18L/ ㎡s（4.1m3/min）。
⑥膨脹高度：0.5m左右。
1.4 保安過濾器
保安過濾器屬于保證安全的預(yù)處理過濾設(shè)備，為防止細(xì)小顆粒狀雜質(zhì)進(jìn)入高壓泵與反滲透設(shè)備內(nèi)，對高壓泵與RO膜造成機(jī)械損傷。該過濾器的殼體選用SUS304不銹鋼材料制作，內(nèi)裝過濾精度為5μm的PP材質(zhì)熔噴濾芯。
1.5 還原劑加藥裝置
如果原水中殘存氧化劑或主要污染物質(zhì)是硅膠、大分子有機(jī)物等膠體物質(zhì)，則投加還原劑亞硫酸氫鈉（SBS）是非常必要的。其配置為容量為100L加藥箱1個，材質(zhì)為PE，配套計量泵1臺，選用美國帕斯菲達(dá)品牌精密計量泵，型號為X100，額定流量為15.77L/h，電機(jī)功率為160w，沖程次數(shù)為70次/min，最大工作壓力為4.2kg/cm2。 2 反滲透系統(tǒng)的設(shè)計
2.1 高壓泵的選型
高壓泵是RO主機(jī)的動力設(shè)備。設(shè)備選型：不銹鋼立式多級離心泵。配套設(shè)備：①高壓泵控制柜，②變頻啟動裝置。
流量：Q＝設(shè)計進(jìn)水量；揚(yáng)程：H＝220m。
2.2 反滲透主機(jī)設(shè)計
反滲透薄膜分離技術(shù)是一種節(jié)能、高效、無污染和實(shí)用性強(qiáng)的高新技術(shù)。其核心是RO膜組件。
主要設(shè)計參數(shù)：
系統(tǒng)回收率 50%～75%
系統(tǒng)脫鹽率 ≥97%
產(chǎn)水流量 12～17L/㎡h
①膜元件數(shù)量計算
設(shè)計進(jìn)水量×系統(tǒng)回收率
膜元件數(shù)量 ≈
設(shè)計產(chǎn)水流量×單支膜面積
②壓力容器的計算 元件數(shù)量除以每只壓力容器可安裝的元件數(shù)量。
③段的計算 根據(jù)回收率的要求，設(shè)計段的數(shù)量。一般多采用2：1或4：2或3：2：1結(jié)構(gòu)。
由多少只壓力容器串聯(lián)在一起就決定了段數(shù)，而每一段都有一定數(shù)量的壓力容器并聯(lián)組成。系統(tǒng)回收率越高，進(jìn)水水質(zhì)越差，系統(tǒng)就應(yīng)該越長，即串聯(lián)的元件就應(yīng)該越多。
表1 串聯(lián)元件的數(shù)量與系統(tǒng)回收率和段數(shù)的關(guān)系
| 系統(tǒng)回收（%） 串聯(lián)元件的數(shù)量 含6元件壓力容器的段數(shù) |
| 40～60 6 1 70～80 12 2 85～90 18 3 |
2.3 自動沖洗系統(tǒng)的設(shè)計
膜元件的污堵或結(jié)垢都是在停機(jī)狀態(tài)下發(fā)生的，自動沖洗的作用：停機(jī)時用清潔水把膜里的濃縮水置換掉。最簡單的自動沖洗設(shè)計是系統(tǒng)準(zhǔn)備停機(jī)時，高壓泵斷電停止后，延時180秒，再停中間水泵或原水提升泵，讓預(yù)處理合格水低壓沖洗、置換膜元件中的濃縮水。然后系統(tǒng)停機(jī)。
2.4 化學(xué)清洗系統(tǒng)的設(shè)計
清洗藥劑數(shù)量計算：①每支8040膜元件配藥34L，嚴(yán)重污染時配藥55L。②藥洗過濾器的容積。③管道的容積。加起來就是清洗藥劑的數(shù)量。
化學(xué)清洗水泵選型，不銹鋼多級離心泵，流量：Q＝8～10m3/h ×壓力容器數(shù)量； 揚(yáng)程：H＝40～45m。
2.5 為什么不用離子交換
離子交換技術(shù)也是成熟的脫鹽技術(shù)。但它所適用的范圍是含鹽量500mg/l以下的水質(zhì)，而線路板廢水在經(jīng)過化學(xué)沉淀之后，含鹽量仍在660mg/l以上，有時高達(dá)1100mg/l以上。如果不用反滲透而用離子交換，則陰陽離子樹脂都會很快飽和，必須頻繁再生，消耗大量酸堿。既增加了運(yùn)行費(fèi)用，又增加了勞動強(qiáng)度，同時，造成環(huán)境的二次污染。因此，工業(yè)廢水處理回用系統(tǒng)中使用離子交換技術(shù)是不經(jīng)濟(jì)的，但在工業(yè)純水制備上，離子交換技術(shù)是少不了的。
3 回用系統(tǒng)設(shè)計和運(yùn)行中要特別注意的問題
3.1 分水
分水不屬于回用技術(shù)的范圍，但它是電鍍、線路板廢水回用工程極其重要的環(huán)節(jié)。分水是為了治水，分而治之。俗話說，沒有包醫(yī)百病的藥，當(dāng)然也沒有包治百水的技術(shù)和工藝。電鍍、線路板廢水的不同排水節(jié)點(diǎn)，其水中的污染物種類是千差萬別的，同一個排水節(jié)點(diǎn)的不同時間排水，其水中污染物濃度也是千變?nèi)f化的。必須根據(jù)不同排水節(jié)點(diǎn)所排污水的污染物種類及其特征，有針對性的采取先進(jìn)的成熟的處理工藝，有效的去除污染物質(zhì)，達(dá)到國家和地方污水排放標(biāo)準(zhǔn)，這才能作為回用系統(tǒng)的水源。這是電鍍、線路板企業(yè)污水處理回用系統(tǒng)設(shè)計方案的基礎(chǔ)工作。如果分水不清，必然給污水處理站的調(diào)試和運(yùn)行帶來困難，也給回用水系統(tǒng)預(yù)處理工藝的選擇帶來困擾。電鍍、線路板企業(yè)的排水節(jié)點(diǎn)有60多個，其中40多個排水節(jié)點(diǎn)分別歸類為清洗廢水、磨板廢水、酸堿廢水、有機(jī)廢水、含銅廢水、含鎳廢水、含氰廢水等7～8類，這些廢水經(jīng)過不同方法處理后的出水，成為回用系統(tǒng)的水源。上述各類排水合計水量約占線路板企業(yè)總排水量的78.8％，基本上可以滿足按總排水量回用65％的要求。 3.2 注意pH值的影響
電鍍、線路板廢水中的含重金屬廢水在化學(xué)沉淀之后，必須進(jìn)行pH值回調(diào)，因?yàn)楫?dāng)pH＝6時，廢水中即開始生成氫氧化物，沉積在膜的表面發(fā)生結(jié)垢現(xiàn)象，使產(chǎn)水通量急劇下降。如果達(dá)到風(fēng)險界點(diǎn)pH＝10時，哪怕只有一次，磷酸鹽（如Ca3(PO4)2）的結(jié)垢也是不可逆的。系統(tǒng)進(jìn)水壓力迅速升高，產(chǎn)水通量急劇下降。這時候采用任何藥劑進(jìn)行化學(xué)清洗，都基本上沒有效果。只有提前更換膜元件，才能使系統(tǒng)重新正常運(yùn)行。
所以，電鍍、線路板廢水回用系統(tǒng)在運(yùn)行過程中，應(yīng)隨時監(jiān)測反滲透設(shè)備進(jìn)水pH值的變化。pH＝5左右是比較適宜的。
3.3 加不加阻垢劑
加阻垢劑是為保護(hù)膜元件而采取的措施。如果原水中存在形成硬垢的一些硬度物質(zhì)，如：Ca(HCO3)2、CaCO3、CaSO4、Ca3(PO4)2、MgSO4等，它們在濃水側(cè)不斷被濃縮，當(dāng)其濃度超過它們的溶解度時，便會析出結(jié)晶在RO膜表面形成硬垢，不僅降低水通量，還會縮短膜的使用壽命。這時需要投加阻垢劑。但要注意的是：
①所有的阻垢劑都代負(fù)電荷，與水中的高分子有機(jī)化合物（荷正電）反應(yīng)，污堵膜面。
②加了阻垢劑，每次停機(jī)不得超過4h，不加阻垢劑，每次停機(jī)可以超過24h。對于在前處理中已有化學(xué)沉淀工藝的回用系統(tǒng)，進(jìn)水中重金屬含量很低時，可考慮不設(shè)計阻垢劑加藥裝置。
3.4 化學(xué)清洗問題
普遍關(guān)心的問題是：如何判斷膜元件應(yīng)該清洗？回用系統(tǒng)多長時間化學(xué)清洗一次？如何進(jìn)行化學(xué)清洗？
當(dāng)出現(xiàn)下列情況之一時，膜元件需要清洗：
產(chǎn)水通量降低15%；進(jìn)水壓力上升15%；透鹽率增加了15%。
電鍍、線路板廢水回用系統(tǒng)23～35天化學(xué)清洗一次是正常的。在實(shí)際運(yùn)行中往往2～3個月清洗一次，錯過了清洗的最佳時機(jī)，幾倍增加以后清洗的難度。
如何進(jìn)行化學(xué)清洗？
①配制清洗液，清洗液的數(shù)量根據(jù)元件型號及污染程度而定；
一般污染：每支8英寸膜元件需配制34L清洗液。
嚴(yán)重污染：每支8英寸膜元件需配制55L清洗液。
②低流量輸入清洗液，置換原水，原水排掉。低壓力不產(chǎn)水；
③清洗液在膜元件和清洗水箱之間循環(huán)30min；
④浸泡5～10h；
⑤高流量水泵循環(huán)30～60min，最大允許壓降1bar；
⑥沖洗。預(yù)處理的合格產(chǎn)水可做沖洗水。為了防止沉淀，最低清洗溫度為20℃。
清洗液：一般采用0.1%（W）NaOH（氫氧化鈉）。
清洗條件：pH12/30℃。
功能：清除硫酸鹽垢（CaSO4，BaSO4）、無機(jī)膠體（淤泥）、硅、微生物膜、有機(jī)物等，效果顯著。根據(jù)膜污染的類型不同，也可采用不同藥劑配制清洗液。
在酸洗過程中，應(yīng)隨時檢查清洗液pH值的變化，在溶解無機(jī)鹽類沉淀消耗掉部分鹽酸時，如果pH的增加超過0.5個pH值單位，就應(yīng)該向清洗液內(nèi)補(bǔ)充酸。酸性清洗液的總循環(huán)時間不應(yīng)超過20min，如超過這一時間，清洗液可能會被清洗下來的無機(jī)鹽所飽和，而污染物就會再次沉積在膜表面。此時應(yīng)用合格預(yù)處理產(chǎn)水將膜系統(tǒng)和清洗系統(tǒng)的清洗液置換掉，重新配制清洗液進(jìn)行第二遍清洗。
Process Design and Operation Management of
Wastewater Treatment by Physical-chemical Methods
—— Design and Operation of Electroplating and PCB Wastewater Reuse SystemGuo Jingkui
GUO Jingkui
Abstract: This paper takes electroplating and PCB wastewater treatment as an example to elucidate the design parameter and operation management of wastewater reuse system. A kind of wastewater reuse system has been successfully used in many companies. Reverse osmosis membrane separation device is the key process of this system. This paper indicates that pH value must be reduced to about 5.0 after chemical precipitation to keep the best efficiency of the process. The effect and side effect of scale inhibitor and correct chemical cleaning method of membrane is also discussed in this paper. The importance of water diversion is illuminated.
Key words: Electroplating; Wastewater of printed circuit board; Treatment process; Process design and operation
環(huán)保論文 環(huán)?？萍颊撐?/a>
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