摘要：废水污染在全球是最突出的环境污染问题之一，金属表面处理废水是废水污染的来源之一。大量金属表面处理废水排入水体，必然降低水环境质量，给人体健康造成严重损害。本设计利用“混凝沉淀+铁碳微电解+生化系统”工艺对金属表面处理废水进行治理。金属表面处理废水通过废水管网自流调节池中存储，调节水量，均匀水质，通过提升泵泵入混凝沉淀系统中，除去大颗粒悬浮物，上清液则自流至铁碳微电解池内，通过金属腐蚀原理，形成原电池将大分子有机物降解，再泵入至生化系统，对废水中小分子有机物进行分解，经由生化沉淀池泥水分离，污泥沉淀之后通过压滤机脱水，上清液达标排放。
关键词：金属表面处理废水；混凝沉淀；铁碳微电解；生化系统
一、设计水质水量
1.1 设计水量
根据业主提供资料及项目环境影响评价，金属表面处理废水产生量约为60m3/d，按照每天运行12h计，因此设计处理能力为5m3/h。设计1套废水处理设备。
1.2 设计进出水水质
废水来源于肉类加工车间，主要包括（1）长期使用的清洗液所积累的油污而后产生的废液；（2）磷化废水；（3）脱脂废水。
废水中主要含有CODCr、BOD5、SS、氨氮、总磷等污染物。根据以往经验及检测数据，设计进出水水质如下表，出水达到广东省《水污染物排放限值》（DB44/26-2001）第二时段一级标准。因此设计进出水水质如下：
表1 设计进出水水质
（单位：mg/L）
二、工艺流程选择
2.1 工艺选择
金属表面处理废水含悬浮物较多，有机物浓度高，可生化性较差，所以考虑在废水进生化系统之前，对废水进行混凝沉淀+微电解处理，混凝池当中主要去除悬浮物及大颗粒物，目的是通过加入混凝剂及絮凝剂来将主要颗粒物沉淀，对水质进行初步处理，再通过微电解填料上产生的电位差达到有机物降解的目的，保障生化系统后续能顺利进行。
处理悬浮物的物化法又有气浮法、混凝沉淀法、膜分离法等。
气浮法是经由高度分散开的微小气泡为介质去粘连废水中疏水或憎水的物体，使上述产生的气泡和污染物作为一整体，由于其密度小于水而上浮至水面，进而达到固液分离或者液液分离的目的。该法主要应用于分离比重接近于水或难沉淀的悬浮物，例如动植物油脂、纤维、藻类等。
混凝沉淀法是指在废当水中加入一些新兴净水材料，使水中的细小颗粒或胶体微粒通过无机高分子混凝剂互相结合而成较大颗粒物，在废水中沉淀下来的过程。该工艺几乎不受自然条件约束、占地面积小、反应时间短、基建与运行费用低、操作便捷。
膜分离法是在20世纪初被研发，在20世纪60年代后迅速崛起的一门新技术。该法主要通过各种孔径的膜，将水中的污染物分离开。该法去除效果好，适用于污染程度不高的废水或中水回用等条件下。
根据本废水中污染物浓度较高，油渣等悬浮物的特点，我们采用“混凝沉淀+铁碳微电解+生化化系统”工艺作为本方案废水处理工艺。
2.2 工艺流程说明
本项目金属表面处理废水，废水中含有CODCr、SS、氨氮、磷酸盐等污染物。
2.2.1 物化处理部分
首先泵入PH调整池，通过pH仪控制计量泵投加NaOH、脱色剂，搅拌均匀；
经过PH调整池池调节pH后，废水溢流至反应池，投加NaOH、石灰、Na2S，搅拌均匀；
经过反应池反应后，废水自流至混凝池1，投加NaOH、石灰、PAC、亚铁，通过搅拌机搅拌均匀；
经过混凝池1反应后，废水溢流至絮凝池1，通过计量泵投加PAM；
投加PAM后的废水进入沉淀池1，底部污泥通过抽泥泵进入污泥浓缩池；
沉淀池1上清液进入微电解反应池，投加H2SO4，通过曝气搅拌均匀；
经过混凝池2反应后，废水溢流至絮凝池2，通过计量泵投加PAM；
投加PAM后的废水进入沉淀池2，底部污泥通过抽泥泵进入污泥浓缩池；
沉淀池2上清液进入中和池，在中和池中加入漂水、H2SO4，最后进入生化系统。
2.2.2生化处理部分
废水经过预处理系统处理后，自流至水解酸化池。水解酸化池内，有大量水解细菌、酸化菌等，这些细菌将不溶性有机物水解成溶解性有机物，将难生物降解的大分子物质转变为易生物降解的小分子，进而改善废水的可生化性，为后续接触氧化奠定基础。
经过水解酸化池反应后，废水溢流至接触氧化池。在接触氧化池内，通过罗茨鼓风机对废水进行充氧曝气，并让池内的废水处于流动的状态，以保证池内废水与组合填料充分接触，使好氧微生物能附着在填料之上，并使废水中的有机物得彻底去除。
废水经过接触氧化池的好氧处理后，经由生化沉淀池进行泥水分离。生化沉淀池内，好氧池沉淀污泥通过污泥回流泵回流至厌氧池，其余老化、活性较低污泥则排至污泥浓缩池，上清液则进入清水池。
废水达标后排入市政管网系统。
2.3 工艺流程图
图1 废水处理工艺流程图
三、关于铁碳微电解技术的研究
铁碳微电解就是利用金属腐蚀原理法，形成原电池对废水进行处理的良好工艺，又称内电解法、铁屑过滤法等。微电解技术是目前处理高浓度有机废水的一种理想工艺，又称内电解法。它是在不通电的情况下，利用填充在废水中的微电解材料自身产生1.2V电位差对废水进行电解处理，以达到降解有机污染物的目的。
3.1 铁炭反应机理
阳极：Fe - 2e →Fe2+ E（Fe / Fe2+）=0.44V
阴极：2H﹢ + 2e →H2 E（H﹢/ H2）=0.00V
当有氧存在时，阴极反应如下：
O2 + 4H﹢ + 4e → 2H2O E（O2）=1.23V
O2 + 2H2O + 4e → 4OH﹣+E（O2/OH﹣）=0.41V
3.2 微电解反应池主要设计参数
设计处理能力：5m3/h
设备尺寸：L×W×H=2.14m×0.75m×4.4m
材质：钢砼结构，三布五油环氧树脂+FRP防腐
配套设备：铁炭填料、填料支架、曝气系统、pH计等。
经试验证明，当进水PH呈强酸性，反应效果较好，但产生污泥量较大，反应时间也越长。在pH范围在3.8-4.5之间，COD去除效果即能满足当前处理需求。铁碳微电解反应池的自动控制由现场PLC系统接收的来自调酸池pH计及原水提升泵液位控制，当进水提升泵不工作时，曝气系统开关关闭，避免铁炭填料的消耗。通过pH计以便适时地控制硫酸的投加量。
3.3 处理效果
废水经微电解反应池处理后，COD=1800×（1-55%）=810mg/l。
3.4运行条件
要使铁碳微电解池工作状况良好，应考虑到几个重要事项：
（1）pH计精密控制酸碱过程
（2）曝气系统的曝气量
（3）填料的孔隙率及即使补充
（4）连续的工况自动监控
四、案例
广东印刷废水治理工程项目建设一座日处理量为30m3的废水处理工程。本项目中，废水设计采用铁碳微电解用于预处理，后续采用MBR作为深度处理。
广州某胶粘剂废水治理工程项目建设一座日处理量60m3的废水处理工程。本项目中，废水设计采用“芬顿一体化设备+铁碳微电解+A/O”处理方法，铁碳微电解作为本项目预处理，为后续生化系统提供基础条件。
五、结论
本方案通过对广东某五金加工厂金属表面处理废水水质水量的分析，结合金属表面处理废水的来源及废水本身复杂多样的特点，比较几种常规处理金属表面处理废水的方法后。决定采用“混凝沉淀+铁碳微电解+生化系统”组合工艺对该厂金属表面处理废水进行处理。经过处理后的废水可以达到广东省《水污染物排放限值》（DB44/26-2001）第二时段一级标准。该处理工艺流程简洁、过程能耗低。而且处理效果也比较可靠，运行维护方便。对该五金厂金属表面处理废水进行有效处理，避免当地水体环境造到破坏，对保护当地生态环境具有重大意义，并为其他废水处理提供了宝贵经验。
随着社会经济不断地快速增长，全球对环境质量的标准也越来越高。因此，目前现有的处理方法几乎已不能满足社会发展的需要。需要我们不断地研究总结，钻研出更有效的废水处理方案。对于金属表面处理废水的处理，无论是广泛采用的传统处理方法，还是顺应时代发展的膜分离技术、纯水回用技术，都要考虑到其方案的实用性、高效性。为促使经济、社会、环境的协调发展，开发经济有效的金属表面处理废水处理技术已成为我国解决有机物污染的重要课题。
本套设计工艺成熟，设计合理，出水水质及噪声强度等技术参数均达到或优于设计标准，同时净化效果显著，工人在设备间作业时，可避免职业病问题，特别是系统操作便捷、设备全自动化控制和出水水质好的特点。
本设计为末端治理方法，本着可持续发展和清洁生产的发展战略，应在源头上控制污染的产生，少用或使用无污染的替代原料，改进相关工艺以进一步防止很控制污染。
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论文作者:李辉
论文发表刊物:《防护工程》2019年9期
论文发表时间:2019/8/13
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