冷轧电镀锌废水处理
1　废水来源及水质
　　电镀锌机组生产工艺中，为提高产品质量，对生产工艺进行了改进，导致大量的Zn2+随废水排出，从而使酸碱废水处理系统中排放水Zn2+超标排放标准为≤4 mg/L，平均为14.26～9.71mg/L，造成月缴排污费20～30万元；另一方面造成了资源浪费。引起排水锌含量超标的废水主要来自机组中的溶锌坑和废水坑，水质变化无规律，其成份详见表1。
表1　冷轧含锌废水水质
内容 数值
含锌浓度/(mg•L-1) ≤800
pH 1～5
SO42-/(mg•L-1) ≤23000
TFe/(mg•L-1) ≤50
游离酸/(mg•L-1) ≤450
　　因此有必要在加强工艺控制管理的同时，对冷轧含锌废水进行治理，同时设法对锌进行回收利用。
2　中和—薄膜过滤工艺的确定
　　某冷轧厂电镀含锌废水处理，受总图布置的局限，最大可利用面积为600m2，由于处理水量较大，若采用中和—沉淀法，占地面积需800 m2以上。经比较并考虑到宝钢实际生产过程中现代化技术水平、现场总图布置及技术经济指标选择采用了中和—过滤法，使占地面积降至400 m2。虽然中和—过滤法的单元技术是成熟的，但作为大型工业的整体废水处理系统，尚不多见。设计方案中采用先进的膜分离技术即薄膜液体过滤器，国内尚无应用于处理电镀含锌废水的先例。为慎重起见，先进行了必要的模拟试验，探索运行条件，如滤前废水的ｐＨ、滤脱精度、滤速，以确定合适的设计参数。
2.1　设计参数
　　废水处理量：120～150 m3/h
　　废水水质：详见表1
　　中和反应pH控制值：8.5～9.0
　　石灰乳制备能力：20 m3/h
　　石灰乳浓度：8％～10％ Ca(OH)2
　　压缩空气用量：35 m3/min，压力为0.2 MPa
　　薄膜过滤器过滤膜孔：0.5 μ
　　薄膜过滤器过滤压力：0.1～0.2 MPa
　　过滤清液Zn2+浓度(或含量)：Zn2+≤4 mg/L
2.2　工艺流程
　　由冷轧电镀锌机组排出的高锌浓度废水进入中和反应池，以工业消石灰为中和剂中和，废水pH由1～2提高到 8.5～9，然后经薄膜液体过滤器作固液分离，过滤后滤液达标排放，污泥送现有酸碱废水处理污泥系统。工艺流程见图１。

　　整个处理工艺采用PLC控制，设备和阀门均设现场控制操作箱，同时在操作室内设中央控制和人机操作界面工作站。系统工作状态根据设置的CRT画面进行动态显示，并可实现设备故障统计、运行状态显示以及历史记录查阅。
　　由图1可知，电镀含锌废水处理装置由四个单元组成：
　　① 中和反应及固液分离单元。这是整个水处理工艺的核心部分，充分反应有效控制pH值以使ZN2+形成Zn(OH)2沉淀析出，是确保废水合格排放的前提，而高效率的固液分离是保证合格排放的关键。本单元由3座中和反应池、3台薄膜液体过滤器以及空气搅拌装置和控制仪表等组成。
　　②石灰乳制备及供给单元。该部分由石灰料仓、石灰乳制备及供应投加系统组成，包括仓体、螺旋给料机、混合器、溶解槽、搅拌机组及石灰乳输送泵等设施。制备好的石灰乳浓度为8％～10％，由输送泵送中和反应池。
　　③ 污泥处理单元。由污泥收集池、泥浆泵等组成。污泥经浓缩后送压滤机压滤。
　　④ 盐酸活化清洗单元。由盐酸池和输送循环泵等组成。该部分是为了清洗滤膜上残存的CaSO4和Zn(OH)2以免堵塞膜孔影响过滤流量。
3　主要技术经济指标和处理效果
3.1　主要技术经济指标
　　废水处理量：2880 m3/d
　　工业消石灰：7.47t/d
　　压缩空气耗量：35m3/min
　　用电量：1800 kWh/d
　　过滤水回用：200m3/d
3.2　处理效果
　　实际处理水量与排水水质状况见表２；经环保部门随机抽样，均未发现Zn2+超标。
表2　处理水量与水质
内容 运行平均值 环抱标准值
处理水量/(m3•h-1) 100～120 　
Zn2+/(mg•L-1) 2.13 ≤4
pH 8.5～9 6～9
SS/(mg•L-1) ＜1 ＜150
3.3　效益分析
　　该工程投资约1300万元，投产后，避免了环保部门的巨额罚款和每月缴纳排污费20～30万元。目前，由于过滤后清液水质较好，部分已代替原设计中制备石灰乳所用的工业水和作为杂用水，每天可节约工业水200 m3左右。根据出水水质情况，处理后水质基本上可达到或接近宝钢工业水水质标准。若对这部分水予以利用，估计一年可节约工业水约1.0 Mm3，按工业水价格1.2元／m3计，折合人民币120万元。
4　薄膜液体过滤应用中存在的问题
4.1　薄膜液体过滤的特点
　　薄膜液体过滤器是将膨体聚四氟乙烯专利技术与全自动控制系统完美地结合在一起的固液分离设备。其过滤方式独特，它是利用薄膜来进行表面过滤，使液体中的悬浮固体被全部阻挡在薄膜的表面，因而过滤效果好。该滤膜具有表面摩擦系数低、单位膜面积成孔率高等特性，能始终保持较低过滤阻力和较高膜通量。另外，膜材料具有较好的化学稳定性并能结合设备装置自动反清洗的特点，做到连续过滤，使得设备体积小，占地面积省。
4.2　应用中存在问题
　　某冷轧厂电镀锌废水处理采用薄膜过滤技术，据了解国内外尚属首例，因而没有应用实绩和经验，在应用中尚存在一些问题，主要归纳如下：
4.2.1　当废水中pH较高(pH＞5)时，投加中和剂Ca(OH)2的量就减少，使废水中的含固量较低，减少了良好的架桥物质，从而影响过滤效果和过滤器正常的反冲。后采取投加少量硫酸进行预处理和在石灰乳中添加少量轻质碳酸钙的办法，使过滤趋于稳定。
4.2.2　原设计配制石灰乳是利用宝钢工业新水，而工业水中的菌藻，尤其是细菌的分泌物(粘状体)随石灰乳进入废水中，对薄膜过滤产生严重影响。由于一般化学方法无法把粘状体物质清洗干净，聚附在膜表面，从而影响了过滤效果，当废水中含固量较少时情况尤为突出(细菌及其分泌物直接附着在滤膜表面)。后采取向废水中投加 NaClO(投加浓度为15～20 mg/L)和用滤后清液代替工业水配制石灰乳的措施，使过滤器基本恢复正常运行。
4.2.3　薄膜液体过滤器每使用一段时间后，要用盐酸进行活化。但滤膜的使用周期毕竟有一定限度，到时要予以更换，究竟一次使用能维持多长时间尚无这方面的经验，需待实践证实。
5　结论
5.1　采用中和—薄膜过滤工艺处理电镀含锌废水是成功的。选用滤膜孔径为0.5μ，控制pH＝8.5～9，可确保Zn2+充分去除，水中剩余浓度达到国家排放标准。
5.2　在选择和确定处理工艺时，必须详细了解废水的来源及废水中水质的变化，如pH值、有机物、菌藻及油等影响过滤的因素，以便采取相应的措施如设调节池等使过滤器发挥其特性。
5.3　薄膜液体过滤的高去除率，使清液可得到再利用，以节约水资源，实现零排放。