1 引言

鋁型材表面處理廢水具有廢水水質(zhì)復(fù)雜，排放量和排放濃度變化大的特點(diǎn)。鋁材表面處理廢水中既含有重金屬離子，也含有有機(jī)物，因此需要多種工藝聯(lián)合處理，總體工藝路線較長(zhǎng)，工藝配置繁雜，日常運(yùn)行管理要求高，這些特點(diǎn)都給廠家?guī)?lái)不少困擾。

隨著社會(huì)、政府對(duì)環(huán)保問(wèn)題的日益重視，廢水排放標(biāo)準(zhǔn)的提高已列入日程。為適應(yīng)廢水排放標(biāo)準(zhǔn)的提高，排污企業(yè)不得不加大對(duì)廢水治理設(shè)備的投資和運(yùn)營(yíng)費(fèi)用的投入。另一方面，隨著清潔生產(chǎn)的推行，企業(yè)逐步認(rèn)識(shí)到減排帶來(lái)的好處。從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，提高水的循環(huán)利用，減少污染物和廢水排放是企業(yè)解決環(huán)保問(wèn)題的最終途徑。作為環(huán)保解決方案的提供者和環(huán)境工程的承擔(dān)者，環(huán)保企業(yè)應(yīng)擔(dān)負(fù)起向污染企業(yè)和政府推薦和提供優(yōu)選方案的重任。

污水處理技術(shù)盡管很多，但其基本原理主要包括分離、轉(zhuǎn)化和利用。分離是指采用各種技術(shù)方法，把污水中的懸浮物或膠體微粒分離出來(lái)，從而使污水得到凈化，或者使污水中污染物減少至最低限度。轉(zhuǎn)化是指對(duì)已經(jīng)溶解在水中、無(wú)法“取”出來(lái)或者不需要“取”出來(lái)的污染物，采用生物化學(xué)、化學(xué)或電化學(xué)的方法，使水中溶解的污染物轉(zhuǎn)化成無(wú)害的物質(zhì)，或者轉(zhuǎn)化成容易分離的物質(zhì)?？傊鬯幚響?yīng)使水中污染物朝有利于治理的方向發(fā)展。

2 處理目標(biāo)的優(yōu)選

在鋁材行業(yè)，目前仍然把廢水達(dá)標(biāo)排放作為主要的處理目標(biāo)。隨著各行業(yè)清潔生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)的推廣，減排和回用已成為行業(yè)廢水處理的公認(rèn)優(yōu)化目標(biāo)。但是，要推行清潔生產(chǎn)，推動(dòng)減排和回用卻存在很多困難。首先是技術(shù)上的困難，只有提供較好的技術(shù)方案，才有可能提供較好的經(jīng)濟(jì)評(píng)估，而核心則是觀念上的改變。在技術(shù)上，推行清潔生產(chǎn)應(yīng)考慮全過(guò)程控制，只有通過(guò)工藝清潔化、設(shè)備密封化、運(yùn)行自動(dòng)化、計(jì)量精準(zhǔn)化才有可能形成逐步改進(jìn)的循環(huán)。這對(duì)企業(yè)的生產(chǎn)管理水平和設(shè)備投資水平提出較高的要求，需要企業(yè)所有者和管理人員統(tǒng)籌規(guī)劃，而其基礎(chǔ)是生產(chǎn)工藝技術(shù)的改進(jìn)。作為環(huán)保治理企業(yè)，則需要向生產(chǎn)技術(shù)的提供者這一角色延伸，才有可能為客戶提供較好的技術(shù)解決方案。只有深入了解生產(chǎn)工藝，了解污染的產(chǎn)生過(guò)程，才能提出減少污染產(chǎn)生的辦法，提出適宜的廢水回用的水質(zhì)要求，乃至將污染物作為重要的資源加以回收再利用。

在確定回用水的水質(zhì)指標(biāo)上，可對(duì)比單純以排放為目標(biāo)和綜合考慮生產(chǎn)需要確定適宜的水質(zhì)以回用為目標(biāo)的優(yōu)劣。由于大多數(shù)企業(yè)對(duì)生產(chǎn)用水所需適宜的水質(zhì)沒(méi)有研究，且受城市污水回用規(guī)范的影響，大多數(shù)重金屬?gòu)U水的回用均按照自來(lái)水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)或參考城市污水回用水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)確定。因此，廢水回用處理的投資和運(yùn)行成本均要高于排放處理，這給很多企業(yè)考慮廢水回用設(shè)置了一道投資效益門(mén)檻。實(shí)際上在很多場(chǎng)合，上述水質(zhì)要求遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)生產(chǎn)實(shí)際需要。以單因子污染物F-為例，在鋁材表面處理廢水中，F(xiàn)-是處理達(dá)標(biāo)的難點(diǎn)。按照GB5749-2006《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定，F(xiàn)-應(yīng)小于1mg/L，按照GB 8978-1996《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》一級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)和GB/T19923《城市污水再生利用 工業(yè)用水水質(zhì)》規(guī)定，F(xiàn)-應(yīng)小于10mg/L。在回用中單為滿足F-達(dá)標(biāo)要求，就要設(shè)置較長(zhǎng)的工藝路線，投資和運(yùn)行費(fèi)用翻倍。但在很多實(shí)際用水場(chǎng)合，F(xiàn)-對(duì)生產(chǎn)工藝并無(wú)影響，甚至可完全不考慮專門(mén)去除F-。在這種情況下，廢水回用方案比排放達(dá)標(biāo)方案更簡(jiǎn)潔優(yōu)化，投資和運(yùn)行成本要小，且達(dá)到廢水減排和重復(fù)利用效果。只有深入了解生產(chǎn)工藝要求，因地制宜確定生產(chǎn)回用水水質(zhì)要求，才能通過(guò)經(jīng)濟(jì)性評(píng)估使企業(yè)做出優(yōu)化的目標(biāo)選擇。

重金屬?gòu)U水處理目標(biāo)的優(yōu)選從根本上受觀念的影響。如果污染企業(yè)認(rèn)為污染治理是企業(yè)的負(fù)擔(dān)，僅考慮應(yīng)付排放標(biāo)準(zhǔn)，甚至僅為了環(huán)保驗(yàn)收和環(huán)保監(jiān)管，無(wú)疑不會(huì)深入考慮處理目標(biāo)的優(yōu)選。只有廣大企業(yè)認(rèn)識(shí)到清潔生產(chǎn)可以成為企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力而不是企業(yè)的負(fù)擔(dān)，才有可能加大在生態(tài)友好和資源節(jié)約方面的投資。對(duì)于環(huán)保企業(yè)，從自身利益出發(fā)，更希望放大排放規(guī)模，簡(jiǎn)化處理工藝。但是如果能從客戶利益出發(fā)，提出重金屬?gòu)U水處理的優(yōu)選目標(biāo)和優(yōu)化方案，可以為客戶帶來(lái)更大價(jià)值，實(shí)際上也有利于提升環(huán)保企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力。

3 處理方案的優(yōu)選

膜生物流化床工藝以生物流化床為基礎(chǔ)，以粉末活性炭(Pow-dered activated carbon，簡(jiǎn)稱PAC)為載體，結(jié)合膜生物反應(yīng)器工藝(Membrane bioreactor,簡(jiǎn)稱MBR)的固液分離技術(shù)，使反應(yīng)器集活性炭的物理吸附、微生物降解和膜的高效分離作用為一體，使水體中難以降解的小分子有機(jī)物與在曝氣條件下處于流化狀態(tài)的活性炭粉末進(jìn)行充分地傳質(zhì)、混合，被吸附、富集在活性炭表面，使活性炭表面形成局部污染物濃縮區(qū)域；粉末活性炭同時(shí)也為微生物繁殖提供了特殊的表面，其多孔的表面吸附了大量微生物菌群，特別是以目標(biāo)污染物為代謝底物的微生物菌群；同時(shí)，粉末活性碳對(duì)水體中溶解氧有很強(qiáng)的吸附能力，在高溶解氧條件下，微生物對(duì)富集在活性炭表面小分子有機(jī)物進(jìn)行氧化分解，然后利用陶瓷膜分離系統(tǒng)將水和吸附了有機(jī)物的粉末活性炭等懸浮顆粒分開(kāi)，通過(guò)錯(cuò)流過(guò)濾，進(jìn)一步凈化污水，使其達(dá)到中水回用標(biāo)準(zhǔn)。研究表明，MBFB能有效除去微污染水體中氨氮、COD和其它難降解小分子有毒有機(jī)物等。處理目標(biāo)的優(yōu)選和處理方案的優(yōu)選是相輔相成的問(wèn)題。在處理目標(biāo)確定后，應(yīng)以多個(gè)子目標(biāo)中的最低要求為約束條件進(jìn)行工藝方案的組合匹配，以滿足多目標(biāo)的處理要求。鋁材表面處理廢水的處理方法可分為化學(xué)法、物理法和生物法，宜選用成熟可靠、適用性強(qiáng)的工藝，化學(xué)法中的混凝沉淀，物理法中的過(guò)濾、吸附和膜法得到廣泛的應(yīng)用。工程實(shí)踐中，一般需要多種工藝方法組合才能達(dá)到處理目標(biāo)，在確定了目標(biāo)的前提下，如何選擇工藝并進(jìn)行組合決定了處理方案的優(yōu)劣。在所有工藝中，化學(xué)沉淀法以其適應(yīng)性強(qiáng)得到廣泛應(yīng)用，其包括氫氧化物沉淀法、硫化物沉淀法和鐵氧體法。其中氫氧化物沉淀法由于可以達(dá)到多種重金屬共沉的目的，得到廣泛的應(yīng)用。為了滿足不同重金屬離子反應(yīng)和沉淀的最佳條件，往往需要多級(jí)混凝沉淀反應(yīng)方可滿足達(dá)標(biāo)排放要求。在COD超標(biāo)時(shí)，還需復(fù)合生物處理工藝降低COD滿足排放標(biāo)準(zhǔn)要求。因此，在以達(dá)標(biāo)排放為目的的處理方案中，每種污染物因子均需考慮并配套處理工藝。而在以生產(chǎn)回用為目的的處理方案優(yōu)選中，則需要根據(jù)生產(chǎn)工藝用水要求確定工藝方案，不同的處理目標(biāo)對(duì)工藝方案的選用、投資和運(yùn)行費(fèi)用產(chǎn)生巨大影響。較低的要求采用常規(guī)工藝即可滿足要求，較高的水質(zhì)要求則可采用化學(xué)沉淀和膜法組合達(dá)到要求。

以去除SS為目標(biāo)的回用處理，沉淀和過(guò)濾即可達(dá)到目標(biāo)。在多數(shù)情況下，鋁材表面處理中的重金屬?gòu)U水再生回用需要分離廢水中某一種或幾種特定金屬離子，以使水質(zhì)滿足循環(huán)使用要求，在較高濃度下，可采用一級(jí)或多級(jí)混凝沉淀工藝實(shí)現(xiàn)化學(xué)沉淀和固液分離。分離的目標(biāo)產(chǎn)物以污泥的形式從水中去除。在以清洗為使用目的的回用中，可考慮懸浮物、微生物、NTU和SDI的去除，可采用微濾為處理工藝，不考慮可溶性鹽類和有機(jī)污染物，這樣既可滿足廢水回用要求，又可將回用設(shè)施造價(jià)和運(yùn)行費(fèi)用降至最低。對(duì)于需要去除低濃度重金屬離子場(chǎng)合，則需要采用納濾和反滲透工藝。但是，膜過(guò)濾穩(wěn)定運(yùn)行的前提是設(shè)計(jì)較好的前處理工藝。膜孔徑越小，對(duì)前處理要求越高，工藝路線越長(zhǎng)。因此在采用膜工藝進(jìn)行回用處理時(shí)，更加需要結(jié)合處理目標(biāo)優(yōu)選膜過(guò)濾工藝。盡量降低膜組件的使用等級(jí)，可在工藝可靠性、投資、運(yùn)行費(fèi)用、水的回收率和濃水的處理等方面獲得更多的優(yōu)勢(shì)。

不同膜分離工藝可以處理對(duì)象參考下表所示。由于微濾、超濾和反滲透對(duì)水的回收率依次下降，而對(duì)前處理要求逐步提高，因此其投資和運(yùn)行費(fèi)用大幅增長(zhǎng)。

表1 鋁型材廢水處理膜分離技術(shù)比較

用超濾和反滲透工藝可進(jìn)行對(duì)比。采用超濾作為回用的最終處理手段，水的回收率可達(dá)到80%甚至更高，而采用反滲透作為回用的最終處理手段，需要采用微濾、超濾或納濾進(jìn)行前級(jí)處理，水的綜合回收率大幅降低。由于過(guò)濾工藝僅是進(jìn)行重金屬離子的分離，仍需要配合其他工藝將重金屬離子從系統(tǒng)中脫除，因此反滲透工藝結(jié)合重金屬離子回收更有優(yōu)勢(shì)。在不回收的情況下，仍需要考慮濃水的處理問(wèn)題以滿足達(dá)標(biāo)排放要求。

圖1 以超濾為回用最終處理工藝時(shí)水平衡示意圖

圖1 以反滲透為回用最終處理工藝時(shí)水平衡示意圖

由此可見(jiàn)，結(jié)合目標(biāo)優(yōu)選進(jìn)行方案優(yōu)選才能使環(huán)保和清潔生產(chǎn)投資和獲得最大的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，從為客戶創(chuàng)造價(jià)值的角度出發(fā)，鋁材表面處理廢水處理的優(yōu)選模型應(yīng)進(jìn)行升級(jí)。傳統(tǒng)的廢水處理方案優(yōu)化的模型是以廢水的排放量和排放濃度為輸入，以水質(zhì)達(dá)標(biāo)排放或達(dá)標(biāo)回用為約束條件，處理系統(tǒng)投資最低和運(yùn)行費(fèi)用最低的優(yōu)選。從清潔生產(chǎn)的角度出發(fā)，處理方案的優(yōu)選可以改進(jìn)為以生產(chǎn)中的水平衡為輸入，滿足生產(chǎn)工藝要求為約束條件，以處理系統(tǒng)全生命周期費(fèi)用最低為目標(biāo)的優(yōu)選問(wèn)題。全生命周期的費(fèi)用評(píng)估，不僅要考慮初投資和靜態(tài)運(yùn)行費(fèi)用，還要考慮系統(tǒng)的使用壽命，將系統(tǒng)壽命期內(nèi)所有費(fèi)用折現(xiàn)進(jìn)行對(duì)比，才有利于做出優(yōu)化決策。在這種優(yōu)化模型下，可尋求鋁材表面處理廢水處理的最佳方案，使節(jié)水、減排獲得長(zhǎng)期收益大于回用處理投入，從而使清潔生產(chǎn)具有持續(xù)性

這種優(yōu)化模型的轉(zhuǎn)型升級(jí)也對(duì)環(huán)保企業(yè)的轉(zhuǎn)型升級(jí)提出要求，不能僅考慮達(dá)標(biāo)處理，而要為客戶提供價(jià)值，在企業(yè)價(jià)值鏈上從污染治理下游向生產(chǎn)工藝上游延伸。這既是挑戰(zhàn)，也是機(jī)遇。