鋁型材表面處理廢水處理與回用技術(shù)

鋁是非�；顫姷慕饘�，為防止表面氧化或受周?chē)�環(huán)境影響而造成缺陷，鋁型材在使用前需進(jìn)行表面處理。通過(guò)處理可在鋁型材表面形成保護(hù)膜，該保護(hù)膜起到美觀、耐腐蝕、提高機(jī)械強(qiáng)度和延長(zhǎng)使用壽命的作用〔1〕。鋁型材表面的處理需要消耗大量的水，通常每噸鋁型材的表面處理要消耗50~80 t水。鋁型材表面處理產(chǎn)生的廢水主要為酸堿廢水，其中含有大量的Al3+、SO42-及少量的Ni2+、Sn2+、Cr3+、F-等，對(duì)該廢水通常采用酸堿中和的方法進(jìn)行處理。該廢水一般呈酸性，須加堿中和，在中和過(guò)程中Al3+、Ni2+、Sn2+、Cr3+等形成氫氧化物在吸附和沉淀過(guò)程中被去除；而SO42-和F-等陰離子在混凝過(guò)程中與Ca2+、Fe2+等陽(yáng)離子生成沉淀，被部分去除。鋁型材表面處理的主要耗水環(huán)節(jié)為脫脂、堿蝕、中和、氧化等工序的后水洗環(huán)節(jié)，上述環(huán)節(jié)對(duì)用水的水質(zhì)要求不是太高，除脫脂、中和、氧化的后水洗用水pH 需大于2，堿蝕的后水洗用水pH 需小于12 外，濁度低于50 NTU，Al3+、SO42-分別低于500、2 000 mg/L 即可滿足要求〔2〕。由此，筆者利用混凝+微濾膜分離組合工藝處理鋁型材表面處理廢水以達(dá)到回用的目的。

本研究首先通過(guò)混凝沉淀試驗(yàn)確定了組合工藝的最佳混凝劑、助凝劑及其投加量，然后考察了微濾膜操作因素對(duì)膜過(guò)濾性能的影響以及組合工藝的整體運(yùn)行效果，并進(jìn)行了技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析。該組合工藝可以實(shí)現(xiàn)節(jié)約用水、減少污染的目標(biāo)，具有社會(huì)、環(huán)境和經(jīng)濟(jì)多重效益。

1 試驗(yàn)材料與方法

1.1 試驗(yàn)用水

試驗(yàn)所用設(shè)備直接安放在廣東省佛山市某鋁型材廠鋁型材表面處理生產(chǎn)線綜合廢水調(diào)節(jié)池的旁邊（該廠除含鉻、鎳等一類污染物的廢水單獨(dú)處理后進(jìn)入調(diào)節(jié)池外，其余廢水直接進(jìn)入調(diào)節(jié)池），所用廢水直接取自綜合廢水調(diào)節(jié)池，其水質(zhì)：Al3+ 500~600 mg/L，SO42- 2 000~3 000 mg/L，濁度300~500 NTU，pH 3~5。

1.2 試驗(yàn)裝置 

試驗(yàn)裝置如圖 1 所示。

圖 1 試驗(yàn)裝置 

混凝池、斜管沉淀池和過(guò)濾池的有效容積分別為30、50、80 L，微濾膜采用日本三菱公司生產(chǎn)的聚乙烯中空纖維膜，膜孔徑0．1 μm，膜絲內(nèi)徑0．27 mm，外徑0.42 mm，膜面積2.0 m2。膜組件直接放置在過(guò)濾池中，其下方設(shè)置空氣曝氣管，起沖刷膜組件的作用。膜組件出水管兩端設(shè)置電磁閥，以時(shí)間控制器控制系統(tǒng)的出水與反曝氣。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 混凝劑篩選試驗(yàn)

為了選定合適的混凝劑及助凝劑，在探索階段通過(guò)序批式試驗(yàn)對(duì)各種常用混凝劑的混凝效果進(jìn)行了比較。根據(jù)鋁型材表面處理廢水的特點(diǎn)及后續(xù)廢水處理方案的需要，試驗(yàn)中選用濁度，Al3+、SO42-去除率及絮凝體的沉降性能作為衡量指標(biāo)，以尋求最佳混凝劑及投加量。

取若干只1 000 mL 燒杯，各加入500 mL 綜合調(diào)節(jié)池廢水（水溫和室溫均在28 ℃左右），加入計(jì)量的混凝劑，加入NaOH 粉末將pH 調(diào)至8.0，然后分別向各燒杯中加入計(jì)量的助凝劑PAM；置于六聯(lián)攪拌器上先以360 r/min 攪拌1 min，然后以150 r/min攪拌2 min； 靜置30 min 后取上清液測(cè)試絮凝沉淀效果。

1.3.2 混凝+微濾膜分離組合試驗(yàn)

混凝劑與助凝劑溶液分別通過(guò)計(jì)量閥進(jìn)入進(jìn)水泵的吸水管路，與原水通過(guò)葉輪快速混合后進(jìn)入混凝池；經(jīng)慢速混合后進(jìn)入斜管沉淀池；泥水分離后的上清液進(jìn)入過(guò)濾池，在抽吸泵抽吸作用下經(jīng)膜過(guò)濾獲得過(guò)濾出水。進(jìn)氣閥和出水閥在時(shí)間控制器的控制下交替工作。根據(jù)混凝系統(tǒng)出水中懸浮物含量，每6 ~8 個(gè)周期排除過(guò)濾池底部沉泥1 次。

2 結(jié)果與討論

2.1 混凝沉淀試驗(yàn)

本研究選用了FeCl2、FeCl3、Fe2（SO4）3、AlCl3、Ca（OH）2 5 種混凝劑，為了增加絮體的密實(shí)程度，選用PAM 作為助凝劑�；炷齽┩都淤|(zhì)量濃度分別為100、150、200、250 mg/L； 助凝劑投加質(zhì)量濃度分別為2、4、6、8 mg/L。經(jīng)過(guò)對(duì)比試驗(yàn)得出各種混凝劑/助凝劑的最佳投加量及絮凝效果，結(jié)果如表 1 所示。

由表 1 可以看出，Ca（OH）2 /PAM 的混凝效果明顯優(yōu)于其他幾種混凝劑。當(dāng)Ca（OH）2投加質(zhì)量濃度為200 mg/L、PAM 投加質(zhì)量濃度為4 mg/L 時(shí)，混凝沉淀后出水濁度達(dá)50 NTU，出水Al3+、SO42-分別低于18、1 500 mg/L，表明采用單一混凝沉淀處理鋁型材表面處理綜合廢水，勉強(qiáng)能夠達(dá)到脫脂、堿蝕、中和、氧化等工序?qū)τ盟�的水質(zhì)要求，但混凝劑投加量大，且出水水質(zhì)不夠穩(wěn)定。

單一混凝沉淀處理是通過(guò)投加足量的混凝劑和助凝劑以使水中懸浮膠體微粒形成沉降性能良好的絮體得以去除。采用混凝+微濾膜分離組合工藝，由于微濾膜分離技術(shù)可以達(dá)到0.1 μm 數(shù)量級(jí)的固液分離水平，投加的混凝劑和助凝劑僅使膠體顆粒通過(guò)壓縮雙電層脫穩(wěn)即可，無(wú)需形成依靠重力沉降的顆粒尺寸，這不僅可以降低混凝劑和助凝劑的用量，而且較單一混凝沉淀增加了可去除的污染物范圍。試驗(yàn)在Ca（OH）2投加量（200 mg/L）不變，但助凝劑PAM 只投加一半劑量（2 mg/L）條件下考察混凝+微濾膜分離組合工藝對(duì)鋁型材加工廢水的處理效果。

2.2 微濾膜周期反曝氣對(duì)膜過(guò)濾性能的影響

本研究采用平均膜通量作為膜過(guò)濾性能的評(píng)價(jià)指標(biāo)。為減少膜污染的程度，保持膜過(guò)濾性能的穩(wěn)定，試驗(yàn)采用周期反曝氣運(yùn)行方式以吹脫沉積在膜表面的泥餅層，反曝氣的壓力為0.15 MPa，每次反曝氣時(shí)間為3 min。不同運(yùn)行周期條件下膜過(guò)濾性能的變化結(jié)果表明，膜周期反曝氣可較大程度地吹脫沉積在膜表面的泥餅層，減小膜污染，恢復(fù)膜通量，有效地維持了膜過(guò)濾性能的穩(wěn)定；采用過(guò)濾30 min，反曝氣3 min 的方式運(yùn)行，周期產(chǎn)水量可穩(wěn)定在40L/（m2·h）左右。

2.3 混凝+微濾膜分離組合工藝的運(yùn)行性能

以Ca（OH）2和PAM 作為混凝劑和助凝劑，投加質(zhì)量濃度分別為200、2 mg/L，以30 min 過(guò)濾、3 min反曝氣的方式運(yùn)行，在平均膜通量控制在40 L/（m2·h）的條件下穩(wěn)定運(yùn)行2 周�；炷�+微濾膜分離組合工藝對(duì)鋁型材表面處理綜合廢水的處理效果如圖 2 和圖 3 所示。

圖 2 混凝+微濾膜組合工藝對(duì)濁度的去除效果
  
圖 3 混凝+微濾膜組合工藝對(duì)Al3+、SO42-的去除效果

由圖2可知，經(jīng)過(guò)微濾膜過(guò)濾后的最終出水濁度為10 NTU 左右，完全滿足脫脂、堿蝕、中和、氧化等工序后水洗環(huán)節(jié)用水對(duì)濁度的要求。

由圖 3 可知，盡管系統(tǒng)進(jìn)水SO42-波動(dòng)較大（主要由不定期排放部分脫脂或出光槽液引起），但最終出水SO42-穩(wěn)定在1 000 mg/L 左右，生成的硫酸鈣沉淀及氫氧化鋁沉淀對(duì)SO42-的吸附可能是該系統(tǒng)去除硫酸根的主要途徑； 經(jīng)過(guò)混凝+微濾膜分離組合工藝處理后，系統(tǒng)出水Al3+穩(wěn)定在8 mg/L 左右。經(jīng)組合工藝處理后，系統(tǒng)出水完全滿足脫脂、堿蝕、中和、氧化等工序后水洗環(huán)節(jié)用水對(duì)Al3+和SO42-的要求。

3 技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析

與常規(guī)工藝相比，混凝+微濾膜分離組合工藝處理鋁型材表面處理廢水具有出水水質(zhì)穩(wěn)定、工程占地面積小、基建投資省、自動(dòng)化程度高、運(yùn)行管理方便等優(yōu)點(diǎn)〔3〕，且出水可達(dá)到回用的目的。

以日處理和回用1 000 t 廢水為例，對(duì)混凝+微濾膜分離組合工藝進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析： 基建投資為15 萬(wàn)元，設(shè)備費(fèi)（膜價(jià)格150 元/m2）為18.6 萬(wàn)元，折舊費(fèi)（膜壽命以3 a 計(jì)，其他為20 a）為0.192 元/m3，能耗0.4 元/m3〔電費(fèi)按0.8 元/（kW·h）計(jì)〕，藥劑費(fèi)為0.133 元/m3，人工費(fèi)為0.15 元/m3，系統(tǒng)總運(yùn)行成本為0.875 元/m3。相比于企業(yè)目前的用水成本2.5 元/m3（其中自來(lái)水費(fèi)1.3 元/m3、廢水處理費(fèi)0.4 元/m3、排污費(fèi)0.8 元/m3），經(jīng)濟(jì)效益十分明顯。具體參見(jiàn)http://www.yiban123.com更多相關(guān)技術(shù)文檔。

4 結(jié)論

采用混凝+微濾膜分離組合工藝處理鋁型材表面處理綜合廢水并使之回用的工藝條件：以Ca（OH）2作為混凝劑、PAM 作為助凝劑，Ca（OH）2和PAM 的投加質(zhì)量濃度分別為200、2 mg/L，微濾膜分離系統(tǒng)以30 min 過(guò)濾、3 min 反曝氣的方式運(yùn)行。在此條件下，系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行2 周，盡管進(jìn)水水質(zhì)變化較大，出水濁度穩(wěn)定在10 NTU 左右，Al3+和SO42-穩(wěn)定在8 mg/L和1 000 mg/L 左右，出水水質(zhì)完全滿足脫脂、堿蝕、中和、氧化等工序后水洗環(huán)節(jié)的用水要求。與常規(guī)處理工藝相比，混凝+微濾膜分離組合工藝在技術(shù)上具有明顯的優(yōu)越性，經(jīng)濟(jì)上可行。