某机械设备企业喷漆废水处理工艺探究

2022-05-30洪沁文

科学技术创新 2022年17期

洪沁文

（上海百硕环保科技有限公司，上海 200000）

1 概述

在国内外大中型机械设备生产工序中，很多都要需要设置喷漆工序，喷漆所使用到的油漆是一种溶剂型涂料（目前已逐步使用水性漆替代），在喷漆过程中需要涉及调漆、喷漆以及烘干等工序，以上工序均会在不同程度下排放出挥发性有机物废气，浓度高的挥发性有机废气具有毒性大的特点，在特殊的工作条件下还具备易燃易爆的风险。随着环保力度的不断加大，我国在针对各个行业中产生的挥发性有机物均需要设置环保处理措施，通过水来对调漆废气、喷漆废气以及烘干废气进行预处理具有操作简单、成本低等优势，也可以为后端布设的其他废气处理措施提升处理效率。水帘柜就是一种采用循环水来预处理有机废气的措施，其通过不断的循环水来进行喷漆、烘干等VOCs 废气的捕捉，达到有机废气的预处理效果。

水帘柜中循环水预处理VOCs 的过程中会产生一定的喷漆废水。喷漆废水中含有大量的有机质颗粒，具有成分复杂、降解困难的特点，一旦含有较高浓度的喷漆废水排入生态环境中，对生态将产生巨大的影响，能够促使动物中毒，导致分泌紊乱，严重情况下会致癌。因此，针对喷漆工艺中产生的喷漆废水设计出合理的环保处理工艺将尤为重要。

本文以笔者主持的某机械设备企业项目为例，通过分析其在预处理调漆、喷漆、烘干工序中产生的喷漆废水情况探讨了两级曝气生物滤池处理工艺对喷漆废水的去除效率，希望为相关行业喷漆废水的处理提供参考思路。

2 喷漆废水处理工艺现状

2.1 混凝沉淀法

混凝沉淀法需要使用混凝剂来对废水中的胶体杂质和微小悬浮物进行处理，其最大的优势就是既能够单独使用也可以组合使用，该方法可根据废水的性质决定采用对应的混凝剂，常用的混凝剂包括明矾、硫酸亚铁、三氯化铁等。针对喷漆废水中混凝剂的使用据研究表明，硫酸铝有一定的效果。通过调研，针对喷漆废水采用混凝沉淀法主要包括以下三个方面：压缩双电层作用、吸附架桥作用以及网捕作用，水温、pH 以及废水浓度与处理效果息息相关，因此，选取好的混凝剂以及适宜的处理条件将至关重要。

2.2 生物处理法

生物处理法的原理是借助于微生物的新陈代谢作用来处理废水中的有害物质，从而达到去除的效果。喷漆废水中含有较高浓度的有机物，行业内处理喷漆废水需要使用物理化学法和生物法相结合来进行喷漆废水的处理。生物处理法包括好氧和厌氧，针对难降解的有机质废水采用的是厌氧处理。水解酸化- 好氧生化处理是现今逐渐兴起的一种废水处理工艺，前段水解酸化中含有水解酸化菌，能够使有机质浓度较高的废水无机化，处理后可使得CODcr≤1000mg/L，为低浓度的废水，后续使用好氧生物处理，可以有较好的处理效果。

2.3 共代谢处理法

共生代谢法也是微生物代谢处理废水的一种方法，由最早的甲烷产生菌氧化乙烷而出现的一种共氧化现象而被科学家发现。共代谢作用通过处理废水污染物中的关键酶来产生共诱导性，以此来做到代谢转化生产基质同时处理目标污染物。含有浓度较高的有机质的喷漆废水成分复杂，如若需要使用微生物共代谢处理法则需要选取菌种通过长期的驯化污泥来实现对废水的处理。使用共代谢处理法关键是针对关键酶活性来进行提升诱导，再选取合适菌种后，针对共代谢生产机制的选择也至关重要，通过调研，喷漆废水中含有较多的PAHs，结构上苯环数量较多，因此会降低降解速率，在这种情况，使用微生物在好氧条件下共代谢的方式可以提供其降解效率。

3 项目概况

某机械设备企业主要从事瓦楞纸板专用造纸设备及零部件的生产，产品为成套的瓦楞纸板造纸设备，生产内容为产品核心部件的瓦楞辊生产、成套设备总装及其配套的喷漆工序。项目用漆为高固体分油漆，共涉及10 种漆料，主要包括有环氧高固防锈底漆、环氧树脂涂料、环氧固化剂、过氯乙烯漆稀释剂等，含有有机废气的原料用量约133.2t/a。项目生产工艺如图1 所示。

图1 企业生产工艺流程图

项目油漆使用环节依次经过调漆、喷漆以及烘干三个环节，根据项目生产工艺，产生的废水主要包括有生活污水、喷漆废水、锅炉房废水以及密封性检测冷凝水。生活污水、锅炉房废水以及密封性检测冷凝水均含有较少的有机废气混入，项目设置水帘柜对调漆废气、喷漆废气以及烘干废气进行预处理，会产生喷漆废水，喷漆废水中含有的主要污染物为pH、COD、BOD5、氨氮、SS、石油类，根据源强核算产生量约3.6t/h，喷漆废水的主要特征如表1 所示。

表1 喷漆废水主要特征

由上表可知，项目喷漆废水中COD 浓度含量较高，均值达到975mg/L，其他的如SS 以及pH 浓度含量相对较低，因此，针对COD 的处理是重点考虑的问题。

4 喷漆废水处理工艺及效果分析

4.1 处理工艺选择

针对项目产生的喷漆废水采用生物处理法来进行处理，具体为两级曝气生物滤池深度处理技术，利用生物滤池的特点，将两个池子串联起来可有效的去除水体中的悬浮物及有机成分，使两个池子形成一个新的生物系统，有效提高污水的处理效率。生物系统中的厌氧池的主要功能分为两个部分，第一部分是用来拦截污水中漂浮的物质，降低污水中悬浮物的浓度，减少好氧阶段中曝气池的故障发生概率；第二部分是将污水中的大分子有机物转化成小分子有机物，提高污水的可生化性能，进一步提高污水的去除效率。

4.2 处理效果分析

4.2.1 调节气液比、水力负荷对工艺效果的影响程度分析

采用的两级曝气生物滤池处理工艺中涉及连续进水的工序，根据废水排放量拟将水力负荷从0.6 m3/m2·h调整到1.8 m3/m2·h，控制水力负荷不变，气液比为变量，将气液比从3:1 调整至5:1，通过以上操作，通过不同参数下处理池中的气液比和水力负荷下情况来观察滤池中COD 的去除率的情况。

根据监测单位例行监测报告可知，项目喷漆废水进水CODcr 的浓度190 ～210 mg/L，CODcr 在不同时期浓度与水力负荷和气液比的关系如图2 所示。从关系图可知，当废水处于厌氧池阶段时，废水中CODcr 浓度变化较小，整体的去除率17%以内，未处理的喷漆废水B/C的值范围在0.16～0.20 之间，出水的B/C 的值是0.29～0.35，可以判断的是，废水在厌氧池阶段进行了水解和酸化的作用，使得废水中的可生化性大大的增加，通过以上处理，当废水进入到好氧池阶段后，CODCr 的去除率大大增强，去除率在74%以上，经过处理的废水，CODcr 的浓度小于75 mg/L，最低可达到33.51 mg/L，效果明显。

图2 CODcr 在不同时期浓度与水力负荷和气液比的关系

由图2 可知，当气液比增强时，可明显看出曝气池中的硝酸盐的含量增加。将曝气池中的出水回流至厌氧池，增加厌氧池中硝酸盐的含量，当厌氧池中硝酸盐含量增加时，可观察到厌氧池中的反硝化脱氮作用明显加强，有机物的去除效果也有显著的提升。继续调节气液比并调节到较高的范围时，会使得反应池中出现气流较大，产生气流剪切力从而削弱生物膜的作用，生物膜的削弱直接导致了池中微生物数量的减少，微生物作为去除有机质的主要因素，将使得处理效率大打折扣。当气液比相同时，随着水力负荷的不断增加，CODcr 的浓度呈现先下降后上升的趋势。水力负荷适量时，液压剪切机促进了包装材料表面上生物膜的补给，同时也保证了微生物与有机物之间的充分接触，当水力负荷过低或过高都不利于微生物的生长。

由以上观察结果可知，两级曝气生物滤池中气液比和水力负荷两个因子是决定废水中CODcr 去除效率的关键因素，调节气液比、水力负荷，当气液比为4:1 时，水力负荷是1.20m3/m2·h 的反应调节时，CODcr 的去除效率最高，可达到90.24%左右，处理后的喷漆废水完全达到可排放标准。

4.2.2 反冲洗工序

两级曝气生物滤池处理工序中需要进行反冲洗试验，包括厌氧生物滤池反冲洗和曝气生物滤池两个反冲洗阶段。反冲洗需要控制涉及到气液比、空气强度以及水流速等参数，其中气液比，反冲洗的空气强度设置为11L·m-2·s-1，水的流速设置为4L·m-2·s-1，试验过程中将反冲洗的允许时间设置在5 分钟左右。项目T-SBAF 工序中使用的是漂浮材料的厌氧池，其最大的有点就是可以最大程度的减少生物膜的损失且恢复速度更快。完成一次反冲洗，BAF 的单个池所需要花费的时间约每3～6d，另外，T-SBAF 中反冲洗的时间通常较长，主要归结于厌氧池中残留了大量的SS，残留的SS 可以将时间延长至10d 一次，T-SBAF 完成反冲洗后也能实现较快的恢复速度，根据试验，其恢复时间约5 小时左右。T-SBAF 中串联池子的设计能够将大部分的SS 截留后去除，从而减少反冲洗的次数，也能够控制反冲洗的强度，这也是T-SBAF 完成反冲洗后能够实现快速恢复的主要原因，这也在一定程度上提高喷漆废水的处理效率，现对于传统的BAF 反冲洗，其具有显著的优势，见表2。