涂装废水生化处理工艺改进研究.docx
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涂装废水生化处理工艺改进研究
涂装废水生化处理工艺改进研究
李明喜
长春凯密特尔化学品有限公司，吉林长春，130103
摘要：
针对某整车厂涂装车间废水生化处理COD去除率低的问题，重新设计生化处理工艺，改造管路，增加厌氧池和好氧接触氧化池，增加污水在生化系统的停留时间，提高COD的去除率。
运行结果表明，出水达到了国家污染物三级排放标准，且具有投资少、处理效果稳定、操作简便等优点。
关键词：
涂装废水；COD去除率；水解酸化；接触氧化；生物滤池。
在汽车工业中，涂装车间涉及到前处理脱脂、磷化钝化处理、电泳涂装、喷漆等生产工艺，这些生产过程中会产生大量的工业废水，其中含有各类污染物，包括酸、碱、磷酸盐、矿物油、表面活性剂、涂料、稀料和各种重金属等，COD较高且难以生化，其污染程度和毒性危害较大。
长春某整车厂涂装车间每天都会产生含上述污染物废水，车间污水站原有工艺为混凝沉淀+水解酸化+好氧生物滤池组合处理工艺，该工艺实践运行证明，水解酸化后污水直接曝气生物滤池，生化系统的COD去除率不高且不稳定，经常维持在20-30%左右，且生物滤池易堵塞需经常反冲洗，影响运行效率。
针对这一情况，对该污水站布水管路、水解酸化池、生物滤池等进行改造，并增加好氧接触氧化池，提升生化系统COD去除率、稳定出水水质。
1·设计水质水量及排放标准
1.1污染源分析
整车涂装生产过程中排放的废水主要来源于脱脂、表调、磷化、电泳、喷涂等工序。
根据表1中列出的汽车涂装生产使用原材料、主要成分及含量，结合整车涂装工艺可以看出，涂装前处理主要污染物有磷酸盐、表面活性剂、油类、重金属离子、酸液、碱液等，电泳工序和喷涂工序的污染物主要有水溶性树脂、溶剂型树脂、颜料、填料、溶剂等。
另外，汽车涂装使用的原料种类较多，根据车身材料不同，会有不同的配方[1]。
（1）脱脂废水：
整车厂前处理采用热碱液洗去车身油脂工艺，白车身在涂装前要将其表面油污、铁屑、焊渣焊球、灰尘等杂质清洗干净。
常用的清洗液是含有高效表面活性剂的复合碱性脱脂剂。
该工序通过溢流方式连续排放含污染物浓度相对低些的清洗废水，排放量8~10吨/小时；脱脂液使用一定时间后，必须定期（1~3月）排放含高浓度污染物的整槽废液或槽底残液及清槽废水。
主要污染物为石油类、LAS、SS、磷酸盐、COD、pH等，COD浓度较高。
（2）磷化钝化废水：
来源于前处理过程磷化钝化工艺。
该工序所用磷化液为酸式磷酸盐（主要为锌盐、锰盐、铁盐）、氧化剂（常用硝酸盐、亚硝酸盐、氯酸盐）和多种添加剂（锌、锰、镍、氟添加剂、结渣剂等），大多数整车厂已经采用无铬钝化工艺替代了原有的有铬钝化工艺，钝化废水含有氟化锆。
该工序会连续排放污染物浓度相对较低的磷化漂洗废水，排放量10吨/小时左右，定期倒槽残液及清槽废水。
该工序废水主要成分为SS、酸性物质、重金属、磷酸盐等污染物，其浓度相对较高。
（3）电泳废水：
来源于车身电泳后清洗废水、超滤废水等。
电泳工序所用涂料主要是阴离子水溶性树脂、色浆、对应中和剂（有机酸、有机胺和有机碱等）。
电泳废水主要产生于车身电泳后，在清洗槽中冲洗掉的车身附着浮漆及倒槽更换槽液的过程[5]。
其废水中主要是高浓度的超滤液、阳极液和电泳倒槽槽底残液以及连续低浓度电泳清洗液，排放量6~8吨/小时左右。
废水中含有电泳漆（如酚醛树脂、水溶性环氧树脂、乙醇胺、乙氰酸脂等）、颜料（如氧化铁红、碳黑等）、填料（如滑石粉、钛白粉等）、有机溶剂（如丁醇、三乙醇胺等）、醋酸等。
（4）喷漆循环水：
源于喷房漆雾捕捉的循环水处理系统。
该工序利用系统槽循环水在文丘里对空气中夹带的漆雾进行吸附和洗涤，达到除去喷房空气中漂浮的漆雾，从而净化喷房空气，并保证车身涂装外观质量。
该循环水也需要定期更换，每天有少量溢流水排放，排放量2吨/小时左右。
排放的废水中含有大量的细漆渣、低分子有机溶剂等，含有的有机溶剂通常有芳香族类（如二甲苯）、酯类（如乙酸丁酯、乙酸乙酯）、酮类（如环己酮）、醇类（如丁醇）。
喷涂的油漆通常含有的有机树脂类型：
丙烯酸氨基树脂、丙烯酸树脂、环氧树脂、醇酸树脂。
（5）涂装车间其他废水：
热轮清洗废水、反渗透清洗酸碱清洗剂废水、去离子水生产用树脂再生酸碱废水、打磨工序湿打磨废水、空调加湿废水、化验室废水等。
1.2涂装废水水质水量
（1）涂装废水水量情况
表1.2为年产33万辆该整车厂涂装车间废水排放量统计。
表1.2涂装车间废水排放水量统计表
序号
区域
每小时水量（吨）
每天水量（吨）
每周水量（吨）
1
前处理一区
0
0
45
2
前处理二区
0
0
13
3
前处理三区
0
0
13
4
前处理四区
8
112
1440
5
前处理五区
0
0
90
6
前处理六区
0
0
16
7
前处理七区
8
112
1440
8
前处理八区
0
0
40
9
前处理九区
0
0
60
10
前处理十区
0
0
100
11
废漆及其它
0
30
320
12
电泳11区
每年倒2次槽
0
2
13
电泳12区
每年倒4次槽
0
30
14
电泳13区
每年倒6次槽
0
25
15
电泳14区
6
144
1880
16
电泳16区
0
0
202
17
电泳阳极液
0
0
150
18
电泳卷式超滤
每月倒1次槽
0
30
19
电泳板式超滤
0
0
35
20
其他废水
0
20
140
根据上述表格统计，该涂装车间产各废工段有每天排放、每周排放和不定期排放多种情况，排放水不规律。
废水每年排废水总量22万吨左右。
（2）涂装废水水质情况
表1.3为年产33万辆该整车厂涂装车间废水排放水质情况统计。
表1.3涂装车间废水排放水质统计表
1.3汽车涂装废水的特征
根据汽车涂装生产工艺的要求，各工序的停留时间不同，各槽液的使用周期也不同，因此，汽车涂装废水的排放除部分清洗废水连续排放外，其他废水多为间歇排放。
（1）废水种类繁多、成分复杂
汽车涂装线排放的废水种类很多，每一种废水水质（成分、浓度）会因使用的材料而不同，仅脱脂液就有多种配方，磷化液成分也是相当复杂，分为铁系、锌系、锰系磷化液，涂料（每种涂料都是由树脂、溶剂、颜料、填料、添加剂等组成）种类更多。
（2）可生化性差
废水所含多种有机污染物BOD5/CODcr比值＜0.3，属不宜生化的废水，是较难处理的废水。
（3）排放水量、水质变化大
由于各种废水成分、浓度各异，造成汽车涂装车间排水水量、水质变化很大，一般无规律可循[3]。
（4）排放无规律
仅有一部分水洗水连续溢流排放，涂装线大量的废水或废液多为间歇式集中排放。
1.4排放标准
车间的排放内控值标准优于《国家污水排放标准》（GB8978-1996）。
表1.4排放水的主要指标排放要求
污染物名称
排放指标要求（mg/L）
CODcr
<400
磷酸盐（以P计）
<5.0
油类
<20
pH
6.0～9.0
SS
<400
总镍
<0.5
总锌
<5.0
总锰
<5.0
2·工艺流程
2.1原工艺流程
该涂装车间污水站原涂装废水生化处理工艺流程见图2.1。
图2.1某整车厂涂装车间磷化废水生化处理原工艺流程图
从图2.1可以看出，原废水处理工艺采用化学混凝沉淀法对车间废水进行处理，经两级沉淀进入pH调整箱调节后进入水解酸化槽厌氧消解，出水通过提升泵进入好氧生化滤池。
目前该工艺及设备存在以下问题：
（1）整体分析
a）污水站现水解酸化池+曝气生物滤池容积为350m³左右，生化处理系统停留时间只有5h左右，停留时间太短无法满足对水质处理的要求；
b）涂装前处理废水为难降解废水，因此在进入生化系统时需要调节废水的营养比，确少营养剂药箱；
（2）水解酸化池
a）池体腐蚀严重；
b）池内部积化学污泥较多；
c）水解酸化池停留时间太短，处理效果不明显；
（3）曝气生物滤池
a）滤板腐蚀，造成跑料现象；
b）滤头使用周期长，摩擦损坏较多；
c）内部填料使用周期较长，需要更换；
（4）罗茨风机
a）罗茨风机损坏，无法正常启动；
b）管道、阀门腐蚀严重需要更换；
2.2改造思路
针对原废水生化处理工艺存在的不足，采取如下的改造措施：
（1）新增厌氧水解池，增加污水厌氧生化停留时间。
厌氧水解的原理是利用异养型兼性细菌和厌氧菌将废水中难降解的大分子有机物转化为易降解的小分子有机物，将复杂的有机物转变成简单的有机物，将不溶性的有机物转化为溶解性的有机物，形成有机酸、醇类、醛类等，从而提高废水的可生化性。
实践证明，酸化水解工艺能够有效提高废水的可生化性，为后续的处理工艺创造有利条件。
（2）新增好氧接触氧化池
好氧生化目前大多采用活性污泥法和生物接触氧化法；氧化沟工艺也有一定的应用，但由于氧化沟占地面积较大，应用上有一定的限制。
活性污泥法曝气池结构简单，不需填料及支架，但连续进水的曝气池后必须串联二沉池以提供回流污泥；若管理不善易造成污泥流失或污泥膨胀，影响处理效果。
综合比较，好氧处理部分选用生物接触氧化法。
接触氧化法的优点如下：
a）填料的比表面积大，活性污泥易附着在填料上形成生物膜，细菌等微生物不易流失，微生物量大，有利于提高生化处理效果；
b）接触氧化法易于启动，运行管理较方便；
c）污泥产率低，且不易发生污泥膨胀；
d）对于低浓度废水处理，由于接触氧化池出水中流失的污泥少，可省去二沉池直接串联混凝沉淀池。
（3）改造维修曝气生物滤池
曝气生物滤池与普通活性污泥法相比，具有有机负荷高、占地面积小（是普通活性污泥法的1/3）、投资少（节约30%）、不会产生污泥膨胀、氧传输效率高、出水水质好等优点，但它对进水SS要求较严（一般要求SS≤100mg/L，最好SS≤60mg/L），因此对进水需要进行预处理。
另外，曝气生物滤池作为集生物氧化和截留悬浮固体于一体的新工艺，节省了后续沉淀池（二沉池），具有容积负荷、水力负荷大，水力停留时间短，所需基建投资少，出水水质好，运行能耗低、费用少的特点。
曝气生物滤池作为集生物氧化和截留悬浮固体于一体的新工艺，可以将出水COD降至较低值。
2.3改造后工艺流程
改造后的生化处理工艺流程如图2.2所示。
至污泥浓缩槽
图2.2改造后车间废水生化处理工艺流程图
（1）水解酸化池改造
调配池内废水通过管道自流至水解酸化池1、2内，水从池底板进入上部流出，水在上升过程中与水解酸化池内悬挂的填料接触，上部出水通过集水堰流入水解酸化池内的沉淀池内，将随水带出的污泥沉淀下来，上清液自流至中间水池1内。
在调配池内安装营养剂加药管，根据需要向池内投机营养剂。
通过水泵将中间水池1内废水按70m³/h的流量抽至新建的水解酸化池3、4内，水从池底板进入上部流出，水在上升过程中与水解酸化池内悬挂的填料接触，上部出水通过集水堰流入好氧池内进行后续处理。
厌氧池主要设计参数：
厌氧池水力停留时间，6h；厌氧池上升流速1m/h。
（2）新增好氧接触氧化工艺设备
水解酸化池上清液流至好氧池内。
本次好氧池采用二级接触氧化工艺，将好氧池分为两组，分别为1#、2#好氧池。
水从一级好氧池上部进入，从底部进入二级好氧池，然后通过二级好氧池设置的出水堰收集后自流至沉淀池5内。
好氧池上清液自流至沉淀池5内。
在沉淀池3内将随水带出的好氧污泥沉入池底，上清液流入中间水池2内。
沉淀池5设回流泵，回流泵与水解酸化池、好氧池进水管道联通，通过回流泵定时回流污泥，将沉淀池5内具有活性的带出的污泥回流至水解酸化池和好氧池内增加污泥浓度。
剩余污泥
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