汽车制造工厂的工业废水主要来自
涂装车间，而涂装生产中的表面处理、电泳和油漆喷涂等工序是产生废水的主要工序。表面处理又分为脱脂和磷化两段工艺，脱脂用来去除车身表面防锈油等污染
物，而磷化则在钢板表面形成磷化膜，提高电泳漆的附着力以及增强车身的防腐性能。车身经过脱脂和磷化处理后，需要用工业水和纯水冲洗掉表面附着的药品，以
防止污染下面的工序。车身电泳后表面会残留未成膜的电泳漆，也需要用纯水冲洗掉，以免干燥后形成缺陷，降低与其它涂层的结合力。油漆喷涂过程中一般采用加
药的循环水来捕捉过喷涂的漆雾。随着生产的进行，循环水内有机污染物会不断增加，只有定期换水才能保证对过喷漆雾的捕捉能力。以上冲洗废水和喷漆循环废水
是涂装废水的主要来源，一般通过工厂配套的废水处理站进行处理。
脱脂废水主要含有从车身上脱除的防锈油以及表面活性剂等脱脂剂成分，磷化废水中的污染物则以磷化药品中的镍、锰、锌等磷酸盐为主，电泳废水和喷漆废水主要含
有油漆中的树脂、颜料、溶剂等有机物成分。一般汽车工厂配套的废水处理站先对磷化废水进行预处理除镍，然后再将各种废水混合，利用化学沉淀、混凝反应、生
化处理等常规工艺再进行处理，当处理水水质达到污水综合排放一级标准（GB 8978-1996）和城市污水再生利用杂用水质标准（GB/T18920-2002）后，进行排放或者回用。某公司在涂装废水常规处理工艺的基础上进行了创新，一部分废水经常规处理后回用于厂区的清洁和绿化，其余的废水经过MBR膜过滤和反渗透处理后，得到纯水回用到涂装生产线上。
1 工程说明
1.1 工艺流程
某公司汽车涂装废水处理及回用工艺流程如图1所示。
1.2 流程说明
1.2.1 废水预处理
废水预处理是指各种涂装废水在混合之前分别进行的物化处理过程。磷化废水中含有一类污染物Ni，所以必须单独预处理。脱脂废水和电泳废水因为含有的污染物不同，提前混合会降低污染物的浓度，增加处理难度和处理成本，因此采取分别预处理的方式。喷漆废水是间歇式排放的废水，水中的污染物也与电泳废水类似，将它们混合在一起进行预处理更为经济。
脱脂废水含有防锈油等有机污染物， SS、COD浓度很高。首先投加H2SO4调整pH值，然后加复合型破乳剂进行破乳，最后投加PAC、PAM进行混凝反应及絮凝。絮凝后的废水进入气浮池，上浮的悬浮物通过撇渣机撇到集渣槽排出，部分大颗粒的杂质沉入集泥斗定期排放，气浮池的清液则进入综合水池与其它预处理过的废水混合。
磷化废水含有Zn2+、Mn2+、Ni2+等重金属离子，通过投加Ca(OH)2、NaOH来调节废水的PH值，使重金属离子形成难溶性的沉淀，然后再添加氯磺铁进行混凝反应，最后利用PAM形成矾花絮体。含有胶絮物的废水流入斜板沉淀池进行固液分离，上层清液进入综合水池，污泥排入浓缩池后再进行压滤处理。为保证磷化废水预处理后Ni2+浓度达到设计要求，由在线监测仪表监测Ni2+浓度，如不合格则将返回重新处理。
电泳废水、喷漆废水中含有油漆、颜料、有机溶剂等污染物，该废水SS、COD浓度很高。首先投加Ca(OH)2调整至合适pH值，然后投加PAC进行混凝反应，最后投加PAM进行絮凝反应后自流到斜管沉淀池。沉淀后上层清液同样进入综合水池混合，下层污泥经浓缩后由专门的压滤机进行压滤。
1.2.2 生化处理前物化处理
经过预处理后进行混合的综合废水在生化处理前进行两遍物化处理。第一遍处理时反应搅拌槽采用四级机械搅拌，第一级投加NaOH调整pH值，第二级投加Ca（OH）2，第三级投加混凝剂氯磺铁，第四级投加絮凝剂PAM，经充分搅拌反应后自流至斜管沉淀池进行沉降处理。沉淀后上层清液进入下一个三级机械搅拌槽，第一级投加H2SO4进行pH调整，第二级投加混凝剂PAC进行混凝处理，第三级投加如絮凝剂PAM进行混合反应形成矾花絮体。经加药反应的综合废水接着进入气浮池进行气浮处理，清液流入生物反应器进行生化处理。
1.2.3 生化处理
经过物化处理后的废水仍属难生化降解的有机废水，需要采用水解加好氧生化法的生化处理工艺。水解法利用介于厌氧菌和好氧菌之间的一种兼氧生物菌种来分解有机物，兼氧菌具有厌氧菌和好氧菌的优点。HCR高效内循环生物反应器具备厌氧和好氧的二种功效，设备分成水解酸化区、预反应区和主反应区。
水解酸化区将厌氧处理控制在反应时间短的厌氧处理第一阶段，固体物质降解为溶解性的物质，大分子物质降解为小分子物质；碳水化合物降解为短链的挥发性酸。
在预反应区内，微生物能通过酶的快速转移机理迅速吸附污水中大部分可溶性有机物，经历一个高负荷的基质快速积累过程，这对进水水质、水量、PH和有毒有害物质起到较好的缓冲作用，同时对丝状菌的生长起到抑制作用，可有效防止污泥膨胀。
主反应区分为曝气、沉淀和滗水三个阶段，周期循环进行。在曝气阶段，由曝气装置向反应池内充氧，此时有机污染物被微生物氧化分解，同时污水中的NH3-N通过微生物的硝化作用转化为NO3-N。沉淀阶段停止曝气，微生物利用水中剩余的DO进行氧化分解。反应池逐渐由好氧状态向缺氧状态转化，开始进行反硝化反应。活性污泥逐渐沉到池底，上层水变清。沉淀结束后，置于反应池末端的滗水器开始工作，自上而下逐渐排出上清液。此时反应池逐渐过渡到厌氧状态继续反硝化。
1.2.4 生化处理后物化处理
经过生化处理后的废水再进行一次物化处理就可以满足厂区的清洁和绿化用水的水质要求。首先根据厂区的清洁和绿化用水的需求量来确定生化处理后进入再次物化处理单元的废水量。此次物化处理主要用来去除生化池出水的COD、PO43-和其它污染物。反应搅拌槽采用三级机械搅拌，第一级投加Ca（OH）2、第二级均投加混凝剂氯磺铁，第三级投加如絮凝剂PAM，经加药反应的废水进入斜管沉淀池。深度沉淀后的出水经过石英砂过滤和活性炭过滤后，已经能够达到废水综合排放一级标准和城市污水再生利用杂用水质标准，再经过杀菌后可回用为厂区的清洁和绿化用水。如监控发现最终的出水未达到水质标准，则排入事故水池，重新进行循环处理。
1.2.5 MBR膜过滤
采用MBR膜过滤技术是某公司汽车涂装废水处理及循环利用的最大特点。MBR膜是一种将生化处理和过滤处理结合在一起的处理设备，它可以有效截留各类悬浮固体颗粒、胶体、微生物等杂质。本项目采用PVDF材
质的浸没式外压中空纤维膜丝，过滤方向由外而内，活性污泥停留在中空纤维膜丝的外侧，利用真空抽吸从膜丝的内侧抽取清水。膜丝底端固定，上端封死并可以自
由摆动。一组呈环状的膜丝构成一个膜束，膜束中间带有空气喷嘴，可进行曝气，减少底部淤泥的堆积。多个膜束构成一个膜排，多个膜排构成一个膜件。每个膜排
底部出水连接至两侧的产水支管，最后汇集到顶部的产水母管。
MBR膜件安装在膜分离池中。通过原水泵抽取生物反应器中含活性污泥的污水输送至MBR膜分离池内膜件的底部，在抽吸泵的作用下，经过滤后析出清水。膜分离池配套有进料泵、出水泵、污泥回流泵和反洗泵及曝气风机。
1.2.6 反渗透处理
MBR膜过滤产水还需要进过反渗透处理才能得到使用于涂装生产的纯水。MBR产水进入反渗透装置前首先经过活性炭过滤器吸附残余的有机物及余氯，增加出水水质的稳定性。装在反渗透膜前的精密过滤器用来去除活性炭过滤后残留的机械杂质，保证出水的洁净度，防止水中固体颗粒进入反渗透装置破坏膜组件，造成原水的大量漏过。
反渗透装置为集中框架式组装结构，主要由反渗透膜元件、膜壳、进出水管道、高压泵、控制系统及仪表组成。另外还附带清洗装置、阻垢剂加药装置、氢氧化钠加药装置和紫外线杀菌器。
2 处理效果
2.1 磷化废水预处理后水质
选取了磷化废水预处理设备正常运行10天的出水的Ni2+浓度数据。从图中可以看出，磷化废水经过预处理后Ni2+浓度降低到0.4mg/L以下，低于1mg/L的污水综合排放一级标准，可以与其它废水一起进入综合水池混合进行进一步处理。
2.2 清洁、绿化回用水水质
表1 清洁、绿化回用水水质
|
检测项目
|
单位
|
清洁、绿化
回用水水质
|
城市污水再生利用 杂用水质标准
|
综合废水
一级排放标准
|
|
PH
|
--
|
7.47
|
6~9
|
6~9
|
|
镍
|
mg/L
|
0.035
|
-
|
1.0
|
|
锌
|
mg/L
|
<1
|
-
|
2.0
|
|
锰
|
mg/L
|
<0.1
|
0.1
|
2.0
|
|
磷酸盐（以P计）
|
mg/L
|
<0.5
|
-
|
0.5
|
|
五日生化需氧量（BOD5）
|
mg/L
|
4.2
|
10
|
20
|
|
化学需氧量（CODCr）
|
mg/L
|
32
|
-
|
100
|
|
氨氮（NH3-N）
|
mg/L
|
0.5
|
10
|
15
|
|
阴离子表面活性剂
|
mg/L
|
<0.1
|
1.0
|
5.0
|
表1显示了经过生化处理后的部分废水再次进行物化处理后的水质情况。从表中可以看出各项水质指标优于污水综合排放一级标准和城市污水再生利用杂用水质标准，经过进一步的过滤消毒后，可用于厕所冲洗、道路清洁、厂区绿化等。
2.3 涂装生产回用水水质
表2 涂装生产回用水水质
Table3reclaimed water quality for painting production
|
检测项目
|
单位
|
MBR出水
|
涂装生产回用水
|
涂装纯水标准
|
|
PH
|
--
|
7.74
|
8.18
|
6~9
|
|
电导率
|
μs/cm
|
32
|
6.86
|
10
|
|
五日生化需氧量（BOD5）
|
mg/L
|
11.8
|
5.1
|
10
|
|
化学需氧量（CODCr）
|
mg/L
|
30.8
|
1.2
|
10
|
通过MBR膜过滤、反渗透处理得到的回用水用于涂装生产是汽车涂装废水循环利用的关键。从表2可以看出，从HCR生物反应器抽取的含活性污泥的废水经MBR过滤后，出水在电导率、五日生化需氧量、化学需氧量等方面尚达不到涂装生产用纯水的要求，但继续经过反渗透处理后，水质优于涂装生产用纯水的各项指标，可以直接用到涂装线上。
3 系统运行
系统建成运行后发生的主要故障及处理措施有：（1）将回用纯水输送到涂装生产线的泵发生泄漏，经更换后问题解决；（2）回用纯水水箱内液位显示不准，更换新的液位计后显示正常；（3）MBR模池内的曝气管脱落，采用新的卡紧方式后，问题没有再发生。以上问题发生在系统运行初期，并且是因设备元件本身质量问题以及安装质量问题导致，与工艺流程设计没有关系。随着操作人员对设备把握程度的提高，在全面实施预自主性维护后，系统稳定性与改造前相比有了大幅度提高。
4 结论
系统投入运行一年多来，回用水的水质一直在管理基准值以内，产水量达到设计要求。项目的成功对整个汽车行业涂装废水的处理与回用都有借鉴意义：
（1）在汽车涂装废水常规处理工艺的基础上增加MBR膜过滤和反渗透处理，可实现废水的全部循环利用；
（2）汽车涂装废水经生化处理后进行再次物化处理可得到用于清洁、绿化的回用水；
（3）汽车涂装废水在生化处理过程中经MBR膜过滤和反渗透处理，可得到用于涂装生产的纯水。
参考文献：
[1] 廖亮，吴一飞，孙彦富.磷化-喷漆线的废水处理工艺研究[J]. 环境技术，2000(4)：18 - 21
[2] 吕开雷，郑淑文.汽车涂装废水处理技术及工程实例[J]. 工业用水与废水， 2012，43 (3)：67 - 70
郭北洋/奇瑞路虎
