前言：寻找写作灵感？中文期刊网用心挑选的某汽车零部件厂涂装工程改造工程设计，希望能为您的阅读和创作带来灵感，欢迎大家阅读并分享。
[摘要]浙江某汽车零部件厂采用气浮/Fenton/石英砂过滤/MBR组合工艺处理涂装废水，处理水量120m3/d。运行结果表明，通过控制适宜的pH，实现了TP、NH3-N、有机污染物的有效去除。该工艺处理效率高，过程稳定，出水水质满足《城市污水再生利用工业用水水质》(GB/T19923-2005)的清洗水要求，并直接作为洗涤用水回用于涂装清洗系统，实现工业生产废水“零”排放目标。
[关键词]涂装废水；气浮；Fenton；MBR；工程设计
汽车涂装废水水质复杂，常含有大量表面活性剂、其他有机溶剂、涂料助剂、重金属、磷酸盐等污染物，是一种典型的成分复杂、毒性强、难生化废水，若不有效地处理则会造成严重的环境污染。因此必须对汽车涂装废水进行处理达标后排放，更理想的是循环回用[1]。浙江某汽车零部件制造厂新涂装生产工艺产生的废水类型多、成分比较复杂、有机物浓度高且水量水质变动很大，主要包括磷化等典型的难处理废水。鉴于原废水处理设施已无法满足达标排放的需求，故对原废水处理设施进行改造更新。废水经处理，出水水质需满足《城市污水再生利用工业用水水质》(GB/T19923-2005)标准的清洗水要求，并直接作为洗涤用水回用于涂装清洗系统。
1废水的水质和水量
1.1废水水质
涂装废水种类繁多且复杂，其种类大致分为脱脂废水、电泳废水、喷漆和磷化废水。脱脂废水主要是在热碱液及有机溶剂清洗未涂装的车身和去除车体表面铁屑、油脂、尘粒等生产的废水，其污染物是固体悬浮物(SS)、聚合碱性盐、表面活性剂、油脂；电泳废水主要是在电泳工艺产生，其污染物是SS、COD(化学需氧量)、水溶性树脂；喷漆废水主要是在喷漆过程中产生漂浮态漆雾被捕捉后溶于水中形成的废水，其污染物是SS、COD、漆雾颗粒；磷化废水主要是汽车零部件浸泡在磷化液中的，表面形成结晶型磷酸盐薄膜时产生的废水，其污染物是SS、磷酸盐、金属离子。根据现场调查及取样分析，企业排出的废水中主要污染物质有CODCr、BOD5、NH3-N、SS和TP，废水的pH呈酸性。根据当地环境保护局的要求，该企业所排废水经处理后须达到《城市污水再生利用工业用水水质》(GB/T19923-2005)标准的洗涤用水要求后回用。项目具体的设计进水和出水水质指标如表1和表2所示。
1.2废水水量
企业废水主要来源于生产过程中对汽车零部件进行前处理的废水，如脱脂、酸洗、磷化等，同时也包括电泳过程中产生的废水以及喷漆过程的废水，设计总水量为120m3/d。
2工程设计
2.1设计思路
进水pH偏低：企业废水的pH值为5~6，呈酸性，因此需要对废水的pH进行处理，以便于后续工艺的水处理条件以及降低废水处理设备腐蚀的可能性。可生化性差：根据已有信息以及现场的调查取证，企业废水B/C为0.18左右，可生化性差，不易于生物降解。因此，在处理废水时需先提高废水的可生化性，再利用生物降解降低废水中的有机物浓度。TP：废水中含有一定量的磷酸盐，如不加以处理可能会使藻类生长，影响后续处理效率。SS：废水中的SS含量较高，需加以处理，否则会对后续的处理工艺产生不利影响。目前，处理涂装废水的方法主要有物化法(包括混凝沉淀法、混凝气浮法)、化学氧化法、微电解法、生物处理法、膜分离法以及各种方法的有效组合[1]。由于汽车涂装废水具有成分复杂、水量波动大、排放无规律的特征，当采用单一的物化法或生物法处理废水时，存在出水不稳定达标、处理费用较高等特点。随着国家对工业废水排放要求日益提高，物化-生物法联合处理成为汽车涂装废水处理的主要方法。该方法具有处理效果稳定、运行成本低和操作管理方便等特点，能有效去除汽车涂装废水中的污染物，具有较好的经济效益和社会效益。物化-生化法尤其适用于工厂自身有废水需进行生化处理的情况[2]。
2.2主体工艺
目前进行涂装废水的综合处置技术或针对其中某一成分作深化处理，其研究和实践的范畴都涉及到物理法，化学法和生物法等多种综合处置方式。这些方法都是鉴于涂装废水生产工艺过程中产生的废水有许多高分子树脂、表面活化剂、乳化剂及有机溶剂等，涂装废水的废水种类多、成分复杂及浓度差异、可生化性差、排放无规律、水质水量变化大等特点而设计[3]。据调查与分析，企业决定采用“气浮+芬顿氧化+石英砂过滤+MBR”的主体处理工艺，具体工艺流程图如下：工艺介绍：
(1)沉淀池1：企业废水1进入沉淀池1内，去除水中密度较大的悬浮物，实现简单的固液分离。
(2)气浮：投加絮凝剂使胶体絮凝，絮凝体进入气浮机中与溶气气浮水混合，使其密度减少而上浮，最终通过气浮机刮渣机刮除[4]。在喷漆中废水中COD含量较高，大分子有机物多以漆雾颗粒物的形式漂浮在水体。采用加药气浮系统产生高度分散的微小气泡作为载体粘附废水中的悬浮物，使其浮力大于重力和阻力，从而使污染物上浮至水面，形成泡沫，然后用刮渣设备自水面刮除泡沫，实现固液分离[5]，从而使悬浮颗粒物得以去除。采用加药气浮系统对喷漆废水进行预处理，一方面可以有效去除大分子有机物；另一方面稳定调节池进水水质，减小对生化系统的冲击[6]。
(3)污泥浓缩池：提高污泥浓度，降低污泥含水量，经浓缩后的泥饼外运处理。(4)混合调节池：调节两股废水混合后的水质水量、pH，减轻废水对后续处理设施的冲击负荷，内设搅拌器装置。通过加入NaOH、石灰乳使pH调整至碱性后进入生化反应池(A2/O)。
(5)A2/O反应池：A2/O工艺是由前段厌氧池和后段好氧池串联在一起，利用聚磷菌厌氧释磷、好氧吸磷的特性去除污水中的TP。厌氧池设置在好氧池前，可起到生物选择器的作用，有利于抑制丝状菌膨胀，改善活性污泥的沉降性能，并能减轻后续好氧池的负荷[5]。污水中的磷最终转移到污泥中，以富磷剩余污泥的形式排出。
(6)二沉池：在处理系统中二沉池作用颇为关键。其主要用于是使污泥分离，浓缩和回流活性污泥，进行二次反应。
(7)Fenton反应池：Fenton氧化是一种高级氧化技术，其原理是通过Fe2+与H2O2反应生成OH，可氧化有机分子[7]。即在酸性条件下通过投加双氧水和硫酸亚铁产生具有强氧化性的羟基自由基，对涂装废水中的复杂有机物分子结构进行破环、断链，降低运行负荷，提高废水可生化性。芬顿反应池出水通过调碱、投加PAM形成Fe(OH)3进行絮凝沉淀，有效去除SS、色度及部分大分子有机物[8]。
(8)斜管沉淀池：由与水平面成一定角度(一般为60°左右)的管状组件(断面矩形或六角形等)置于沉淀池而构成。水流自下而上或自上而下流动，颗粒下沉到斜管底部，累积到一定程度时，便自动滑下。清水用集水堰收集，污泥则在池底用穿孔排污管收集，排入厂内污泥系统[9]。可去除微生物及有机物。
(9)石英砂过滤：以石英砂作为过滤介质，在特定水压下，有效截留去除水中的悬浮物、微生物、未降解的有机物等，保持了出水水质稳定。
(10)MBR：膜生物反应器技术，是水处理领域的一项新型技术，通过将膜分离法和微生物处理手段相结合，可以对水体进行有效处理[10]。其对SS含量较高的涂装废水有较好的去除能力，且在一定程度上能有效去除水体中的微生物和重金属。在处理时，MBR出水可与纯水站浓水同时流入深层处理系统反应槽中进行深层处理，并利用混凝反应除去残留的白磷和有机质，以确保污水处理系统排水的可循环利用。该MBR膜使用了PLC进行整个系统的全自动控制操作，即膜生物反应器的产水、反洗等操作模块。如此对去除有机物有良好的效果。
2.3建筑结构设计要点
本废水处理站设计为半地下式，控制机房位于地面上。处理站的总体构造为现浇砼构造，以地面高度为±0.000。池壁厚度按照池内池满负荷、空水池外地负荷设计，地基厚度符合抗折弯、抗剪规定，地基厚度符合地面负荷、满负荷、池身总荷载要求弯曲剪切要求。
3主要构筑物及设备
3.1初沉池
本设计处理水量不是很大，所以采用竖流式沉淀池。共1座，圆形竖流式，总尺寸为：2.5m×2.5m×6m，有效水深4.4m，停留时间2h，泥斗高1m，缓冲层0.3m。钢筋混凝土结构，配套设备有提升泵2台(一用一备)，排泥泵2台(一用一备)。
3.2气浮池
共1座，接触区尺寸为0.75m×1m×2.8m，分离区尺寸为1.5m×1.5m×2.7m，有效水深2.5m，停留时间0.5h。钢筋混凝土结构，配套设备有加药管1批，电解气浮电极板1套，刮渣机1套。
3.3调节池
共1座，总尺寸为：3.6m×2.5m×4.8m，有效水深4.5m，停留时间8h。钢筋混凝土结构，配套设备有潜水搅拌机1套。
3.4AO生化池
本设计涂装废水，主要是含有磷的有机污染物，因此选用最普遍的AO工艺。共1座，厌氧池尺寸为1.3m×3.3m×3.8m，好氧池尺寸为4.9m×3.3m×3.8m，总尺寸为：6.2m×3.3m×3.8m，有效水深3.5m，停留时间10h。钢筋混凝土结构，配套设备有潜水搅拌机1套。
3.5Fenton氧化池
本设计处理水量少，采用间歇式Fenton氧化。共1座，总尺寸为：5m×2m×2.3m，有效水深2m，停留时间2.5h。钢筋混凝土结构，配套设备有投加设备1套，pH监测控制仪2套，排泥泵2台(一用一备)。
3.6斜管沉淀池
本设计的斜管沉淀池采用的是蜂窝六边形塑料斜管，板厚约0.4毫米，内切直径25毫米。共1座，总尺寸为：1m×1.25m×3.5m，有效水深3m，停留时间1.5h。钢筋混凝土结构，配套设备有蜂窝六边形塑料斜管1套，提升泵2台(一用一备)；
3.7石英砂过滤池
共1座，总尺寸为：1.3m×0.9m×1.8m，有效水深1.5m，停留时间8h。钢筋混凝土结构，配套设备有大阻力配水系统1套。
3.8MBR超滤池
本设计的处理的污水水质需达到回用标准，且小于等于500m3/d的污水处理宜设备化，因此采用MBR膜超滤池。其中使用的是外置式膜生物处理系统，浓缩的泥水混合物回流到生物反应池，形成循环。共1座，总尺寸为：1.5m×1m×1m，有效水深0.5m，停留时间0.3h。钢筋混凝土结构，配套设备有生物膜设备1套，进水泵1台。
3.9二沉池
共1座，圆形竖流式，总尺寸为：2.2m×2.2m×4.1m，有效水深2.2m，停留时间2h，泥斗高1.3m，缓冲层0.3m。钢筋混凝土结构，配套设备排泥泵2台(一用一备)，污泥回流泵1台。3.10污泥浓缩池本工程设计污泥浓缩采用静压排泥，运行周期为20h，浓缩16h，贮存4h。设1座，圆形竖流式，停留时间2h，池体尺寸为2.0m×2.0m×3.8m；有效高度2.2m，泥斗高1.0m，缓冲层0.3m。钢筋混凝土结构，配套设备污泥泵三台(两用一备)，板框压滤机一套。
4处理效率
各工艺设计处理效率参考各工艺相关的设计规范或者相关经验值，运行结果如表3所示。企业废水经处理，稳定运行之后，BOD5、CODCr、NH3-N、SS以及总磷去除率分别达到98.09%、96.21%、87.93%、95.85%和97.25%，出水指标达到《城市污水再生利用工业用水水质》(GB/T19923-2005)洗涤用水的回用标准。
5经济分析
出于对废水治理的经济效益考虑，要对废水处理成本进行预算，确保能够使废水处理设备正常运行。本项目总投资164.87万元，其中土建投资75万元，设备投资63.87万元，设备安装及其他费用26万元。运行成本(电费、人工费、水费等)共1432.95元/d。
6结语
涂装废水是汽车及零部件生产制造行业的主要废水类型，具有废水成分复杂、污染物浓度较高、排放无明显规律、水质水量变化较大等特点。浙江某汽车零部件厂采用气浮/芬顿/石英砂过滤/MBR组合工艺处理涂装废水，废水处理量为120m3/d，BOD5、CODCr、氨氮、悬浮物以及总磷的去除效率分别达到98.09%、96.21%、87.93%、95.85%和97.25%。该工艺去除效率高，具有较大的灵活性和实用性，过程稳定，最终出水指标均可达到《城市污水再生利用工业用水水质》(GB/T19923-2005)洗涤用水回用标准。
作者：於静 胡雨嘉 曹晓悦 单位：台州市生态环境局椒江分局 台州学院生命科学学院
