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諸城市吉豐機械科技有限公司作者
磷化是金屬件表面前處理的重要工序，該工序用于涂漆前打底能夠顯著提高漆膜層的附著力與防腐蝕能力，是一種簡單可靠、費用低廉、操作方便的工藝方法，被廣泛地應用于實際生產中。一般情況下，磷化處理要求工件表面為潔凈的金屬表面，工件在磷化處理前必須進行相應的除油脂、銹蝕物、氧化皮以及表面調整等預處理工序，才能確保磷化過程形成均勻、細致、密實的磷化膜，達到提高漆膜附著力和耐腐蝕性的要求。
目前金屬表面磷化工藝流程一般為：脫脂→水洗→除銹→表調→磷化→水洗→烘干。在磷化處理過程中為保證清洗效果，各清洗工藝單元需要溢流排放清洗廢水(包括脫脂清洗廢水、酸洗清洗廢水、磷化清洗廢水等)，這些廢水中含有高濃度的磷酸鹽、鐵鹽、鋅鹽和油類污染物，若不妥善處理，將對周邊水體造成嚴重的污染。
該廠原廢水處理系統(tǒng)采用石灰作為除磷試劑，脫脂、酸洗、磷化清洗廢水自流進入綜合調節(jié)池，加氫氧化鈉預調節(jié)pH至6，經廢水提升泵提升進入一反應池，與加入的石灰混合調節(jié)pH至11以上，經聚丙烯酰胺(PAM)的網捕卷掃、吸附架橋作用形成大顆粒礬花，進入一沉淀池進行沉淀泥水分離，上清液進入二反應池，繼續(xù)與聚合氯化鋁(PAC)、PAM進行混凝沉淀反應，經二沉池沉淀深度去除廢水中殘留的鐵、鋅及磷酸鹽等，二沉池出水進入pH回調池加H2SO4調節(jié)pH至6——9，出水排入污水管網中。該廠原廢水站自投產運行以來，處理出水較為穩(wěn)定，基本能達到一排放標準，據(jù)統(tǒng)計其廢水處理綜合成本為3.45元/t，每天產生的污泥量約為640kg(含水率20%)，大部分的沉淀污泥作為磚窯廠制磚的原料進行處理，因此廠方不產生任何污泥處置費用，但隨著國家對危險固廢的管控日益嚴格，要求含有鐵、鋅重金屬污染物的酸洗磷化污泥作為危險固廢需送至固廢處理中心進行處理，因此該廠新增污泥處理費用為1920元/d(污泥處置費用按3000元/t計算)。這大地增加了企業(yè)的環(huán)保處理成本，亟需對廢水處理系統(tǒng)進行污泥減量化的改造升。
工藝改造思路
根據(jù)相關文獻報道，鈣離子先與水中的碳酸根離子反應，生成CaCO3沉淀，待水中的碳酸根離子消耗完后才與磷酸根反應，生成堿式磷酸鈣沉淀，即除磷所要投加的石灰量遠遠超過磷酸鹽去除所需石灰量。通過查閱廢水站的運行記錄發(fā)現(xiàn)，原廢水站每天消耗的石灰量約為100kg，這些外加的石灰*終大部分以石灰渣、以及與碳酸根離子、磷酸根離子、硫酸根離子等反應所形成的不溶性沉淀物形式留在沉淀污泥中。為了實現(xiàn)污泥減量化，有必要改進廢水除磷工藝，減少外源性潛在污泥的輸入，從源頭上減少了污泥的產生量。
經檢測該廠所排放的酸洗廢水中含有高濃度的鐵離子，質量濃度>1000mg/L，磷化廢水中除含有較高濃度的磷酸鹽污染物外，還含有高濃度的鋅離子，質量濃度>200mg/L。根據(jù)鐵、鋅的化學性質可知，在一定的反應條件下，鐵、鋅均可與磷酸根離子反應形成相應的不溶性磷酸鹽沉淀物，但在石灰除磷工藝中廢水中的鐵、鋅在強堿性環(huán)境(pH>11)中，只能轉化成氫氧化物沉淀，作為污泥被排出。
鑒于本研究酸洗磷化廢水中主要污染物鐵磷濃度比>7，為鐵鹽除磷工藝奠定了條件基礎，筆者擬以廢水中的鐵鹽為主要除磷試劑，以廢水中的鋅作為輔助除磷試劑，通過控制一定的反應條件，促使廢水中主要污染物間的相互反應，內源消化，減少外源性潛在污泥的輸入。酸洗廢水中的鐵離子主要以Fe2+的形式存在，根據(jù)相關鐵鹽除磷文獻報道，F(xiàn)e2+在強氧化劑的氧化作用下原位生成新生態(tài)的Fe3+，通過其水解形成多核羥基氧化鐵絡合物能夠有效吸附廢水中的磷酸根離子，顯著提高Fe2+除磷的效率。
所以在本研究廢水處理系統(tǒng)中設置氧化反應池，以臭氧為強氧化劑促進廢水中的Fe2+氧化生成Fe3+，同時可通過氧化作用分解部分有機污染物，抑制鐵鹽與有機物的絡合反應，提高鐵鹽的除磷效率。由于脫脂清洗廢水中含有的油類污染物濃度較高，且含有碳酸鈉等堿性物質，為避免脫脂廢水中的油類物質及碳酸鹽等對鐵鹽除磷反應的影響，設置脫脂廢水預處理系統(tǒng)進行除油預處理，再與其他廢水混合進行后續(xù)的除磷等深度處理。
關鍵詞：固廢處理
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