浅谈汽车工业污水处理发展方向

施媛媛

（安徽江淮汽车集团股份有限公司，安徽 合肥 230601）

前言

汽车工业废水处理受成本和意识影响，运行主要凭经验，例如药品投加量的多少，曝气时间的长短、排泥周期等，运行效果波动很大。随着社会对环保的日趋重视及人工成本的升高，污水处理自动化是发展趋势，如何将智能化控制运用到污水站设计中，通过在线数据采集、分析，自动调整加药量，曝气量，排泥周期，是其未来研究方向。

1 控制基础原理

污水处理设备的电气控制一般分为控制层和设备层：控制层：采用一套可编程序控制系统（PLC），主要功能为信号的采集和处理、系统参数的设定、过程控制、设备的联锁控制、报警。所有的设备参数实时显示在工控画面上，并能够调阅故障信息、警报信息、生产状态信息等。

设备层：设备层包括液位计、流量计、压力计、在线监测仪等传感器，包括水泵，电磁阀、搅拌机、风机等执行设备。

控制层主要由所需控制点的数量来确定 PLC类型、I/O模块、工控机、编程软件等，属于常规配置，不在我们讨论范围内，我们主要描述设备层及执行方式。

图1 工业废水污水处理站工艺流程图

要想实现污水处理自动化就要将各项影响设备操作的指标数字化，例如决定加药量是水质参数，影响曝气风机风量的是水中溶氧值，决定排泥周期的是污泥沉积效果，通过相应的检测仪器采集信息传递信息，通过PLC控制终端设备。

常规汽车工业污水处理主要工艺及设备如下图，根据此图详细描述其自动化运行模式。

2 自动化、智能化控制模式

2.1 调节池

调节池即污水存储池，内设液位计与提升水泵连锁，高液位水泵启动，低液位水泵停止。调节池内推流器、水泵联动，同时开启，同时关闭。提升泵与反应槽所有搅拌机、加药泵联动，同时开启，一定时间无进水搅拌机和加药泵延时半小时停止。

污水站物化加药阶段主要通过加碱、石灰、絮凝剂、助凝剂去除磷和重金属、降低 COD含量，在调节池设置在线监测仪，与加药计量泵连锁，根据不同的污染物浓度设定计量泵流量大小，实现自动控制加药量。

2.2 反应槽

PH在线检测仪与酸碱加药泵信号连锁，根据工艺所需酸碱值自动控制酸碱投加量，一般反应槽 PH值应控制在10～11，反调槽控制在 6～9。

2.3 沉淀槽

沉淀槽沉积区设置压力传感器，与螺旋输送机连锁，当压力大于一定值时，说明沉淀槽底部积压了一定量的污泥，开启螺旋输送机，自动排泥至污泥浓缩槽，当压力低于一定制时螺旋输送机停止。

2.4 生化系统

汽车工业废水的生化系统一般为有氧反应，需要进行曝气，溶氧仪与曝气风机连锁，溶解氧过大时风机转速减小，当溶解氧低于一定值时风机转速增加。

2.5 溶投药系统

下图为设备示意图：

图2 溶投药罐示意图

加药计量泵、搅拌机与调节池提升泵连锁，液位计与补药电磁阀、加药泵信号连锁，液位计设置低、高液位，低液位时补药电磁阀打开，补充药液，高液位时补药电磁阀关闭。加药计量泵与在线监测仪的连锁见2.1。

2.6 污泥处理系统

污泥提升泵与电磁阀、液位计连锁，电磁阀关闭时提升泵开启，将污泥打至污泥压滤机，提升泵带压力感应，污泥排空时提升泵停止。

污泥压滤机为成套设备，可实现全自动进泥、压泥、卸泥，本文不做说明。

3 涂装环保材料开发

绿色环保涂料开发一直是化工原料领域研究的核心内容与发展方向，作为现今主流的水性中涂、面漆、清漆已被大家耳熟能详，但无磷化前处理涂料还在发展中。

磷化废水也是汽车工业主要污染源之一，其主要污染物是镍和磷，磷是导致水体富营养化的主要原因，镍是重金属，对人体危害极大。因环保要求日趋升级，目前地方环保多要求磷化废水处理实现零排放因此工艺投资成本较大，且不能从源头减少污染物的产生，因此我公司对源头的磷化工艺进行了技术研究，希望能有绿色环保的替代产品。

采用锌、锰、镍三元系磷化处理工艺，为目前使用最为广泛、性能最稳定的前处理工艺。但因其含有重金属镍，自1990年代以来，开始研究相应替代技术，国外目前应用较多的是锆化工艺，已在标致雪铁龙、通用欧宝、菲亚特、大众等公司个别乘用车生产线使用。在国内，锆化工艺处于探索阶段，轿车企业只有常熟观致汽车是唯一使用锆化工艺的乘用车整车车身生产厂家。

表1 锆化工艺与传统磷化工艺对比表

锆化工艺采用氟锆酸作为主剂，利用氟锆酸的水解反应在金属基材表面形成一种化学性质稳定的无定型氧化物转化膜，转化膜依靠锆化物与金属基材牢固结合，同时，依靠锆化液中的高分子化合物与涂层强烈结合，从而获得高性能的金属表面皮膜，从而达到优异的附着力和防腐能力。其在冷轧板上的成膜机理如下：

Fe+3HF→FeF3+3/2H2

H2ZrF6+2H2O→ZrO2+6HF

锆化工艺与传统磷化工艺对比详见表1。由表1可知，与传统磷化工艺相比锆化工艺，具有工艺流程短（无表调）、环保（无重金属镍、锌）、能耗低（常温，不需加热）等优点，但是该工艺对材料适用性要求严格，只有在铝合金板材、镀锌板材等工件表面平整度较高的板材上才能形成质量较高的膜，而且其膜厚度很薄，仅为磷化膜的 1%，如果板材平整度较差或者有缺陷，则无法掩盖缺陷导致产品出现瑕疵甚至发生锈蚀，上述制约因素，导致锆化工艺目前仅应用于板材质量较好的高端轿车生产线，目前我公司正在研发阶段，如果能实现取代磷化工艺，将在源头上实现减排，减少环境污染，具有良好的社会效益。

4 结语

汽车工业废水处理自动化和智能处理方式从理论上来说不难实现，难点在于根据在线检测的水质、污泥数据所对应的加药量或设备控制，这需要基于实际分析得出合理的数据，例如磷含量多少应该投加多少石灰和NAOH，COD含量多少应该投加多少PAC、PAM，沉淀池污泥压力达到多少说明其积压量足够进行排泥，再根据此进行编程，尤其是加药量、曝气量，对应的是一个区间，时时调整设备状态要求过高且没有必要。汽车环保涂料的开发与替换是汽车涂装专业发展的大趋势。以上是汽车工业废水处理未来的发展趋势，有了思路就可以逐渐落实和深入，为环保产业升级做出一定贡献。