有关不锈钢8K抛光冲洗废水的处理方法和综合分析

有关不锈钢8K抛光冲洗废水的处理方法和综合分析

严培泉

 佛山市顺德区顺环市政工程设备有限公司     广东     528300

摘要：我国不锈钢最大的应用领域是用于金属制品的制造，约占总的不锈钢使用量的28%，而我国不锈钢行业有极好的市场前景，不锈钢管材和板材的生产工艺及制作要求也越来越高。涵盖到家私家电和家居装饰装璜等各个领域。不锈钢8K抛光工艺是不锈钢加工的其中一个重要的工艺。这种生产工艺的废水色度很大，污泥产生量大，废水氨氮浓度高，对于该污水处理具有相当大的难度。基于此，本文主要分析有关不锈钢8K抛光工艺的污水处理工艺和综合分析，希望能够给当前相类似污水处理及提供必要的参考。

关键词：不锈钢8K抛光；污水处理；综合分析

引言：不锈钢8K抛光工艺主要是不锈钢镜面板通过镜面抛光方式将BA，2B或No.1等初始表面的不锈钢板抛光成为类似于镜面表面（学名8K镜面或No.8）。

一、8K镜面定义：不锈钢表面经过研磨抛光，表面光亮如镜，照物映人，俗称镜面8K，其具有抗腐蚀性；且镜面板材是加工后续彩色或蚀刻板材的基板。主要应用于各类装潢或金属光学产品用途。

二、8K抛光板生产工艺流程

生产材料：多选201/304/316等材质的2B、BA底板,用研磨液通过抛光设备在不锈钢板面上进行抛光，使板面光度像镜子一样清晰。研磨液的成分主要是水、硝酸、铁红粉。(见以下工艺图）

工艺流程图

通过上图可以看出，废水为8K抛光冲洗废水。研磨液呈酸性，在生产过程中会产生重金属，重金属来源于不锈钢管（板）材原材料本身，主要重金属成分包括总铬、六价铬、总镍、总铜、总锌等。铁红粉也具有色度大的特点，所以给污水处理带来极大的难度。

清洗废水水质：

其生产线排放的废水主要水质指标如下：（单位：mg/L，pH 除外）

三、污水处理工艺的选择

不锈钢 8K 镜面板抛光废水，由于水质呈酸度和色度大，含有重金属类的污染物，建议采用物化沉淀→砂滤→超滤→反渗透工艺。

不锈钢 8K 镜面板抛光生产线在生产过程中产生的清洗废水经提升泵送往混凝反应槽。首先在混凝反应槽中加入 NaOH 由 PH 控制仪将 PH 值调至 7.5 左右，再先后加入混凝剂 PAC、絮凝剂 PAM，污水中的污染物形成“矾花”，在絮凝剂 PAM 的吸附架桥作用下形成大颗粒矾花，混凝后的废水进入斜管沉淀槽。废水中形成的的矾花在沉淀槽内实现固液分离，上清液自流进入中间水箱 1。污泥沉入泥斗，定期排入污泥池。砂滤器内设置石英砂滤料，利用滤料的截留、滤除作用，去除大粒径的杂质颗粒、胶体和悬浮物，使出水浊度小于 3NTU，为后处理创造有利条件。砂滤器出水进入保安过滤器 I，然后进入 UF(超滤)装置。保安过滤器过滤精度为 100um，当进、出水压差达 0.15Mpa 更换滤芯。UF(超滤)装置设计回收率为 90%，浓水则排至原有调节池，截留分子量为 50000 道尔顿。

UF 出水进入中间水箱 2 贮存，贮存的超滤水一方面用于砂滤器、超滤的反冲洗水，另一方面供水至反渗透系统，继续后处理流程。反冲洗出水则通过相应管道回流至调节池继续进入处理流程。通过 RO 增压泵(P2 泵)将中间水箱 3 的蓄水泵至 RO(反渗透)系统,5um 保安过滤器 II 设置在反渗透之前，目的是防止水中的大颗粒物进入反渗透膜，确保 RO 的正常运行。保安过滤器 II 是立式柱状设备，内装 PP滤芯，过滤精度为 5um。随着制水时间的增长，滤芯因截留物的污染，其运行阻力逐渐上升，当运行至进出口水压差达 0.15Mpa 时，应更换滤芯。

通过 RO 高压泵(P3)进一步加压进入 RO（反渗透）系统进行过滤，RO 系统共设置 2 套，采用两段式，RO 系统产水获取率 33%。通过两段RO 系统能较好的去除水中金属离子，出水达到排放标准。

污水处理工艺流程图

清洗废水

                 达标排放

四、关键处理单元介绍

根据本项目的废水特点和处理要求，选用特定的处理单元，现将主要

处理单元介绍如下：

(1)、砂滤器

原水中通常含有颗粒很细的尘土，腐植质，淀粉，纤维素以及菌等微生物，这些杂质与水形成溶胶状态的胶体微粒，由于布朗运动和静电排斥力而呈现沉降稳定性和聚合稳定性，通常不能用自然沉降的方法除去，一般水中含有的悬浮物凝聚的片状物及用沉淀等方法不能除去，悬浮物、机械杂质可通过机械过滤除去这些颗粒。

在砂滤器中所用的滤料采用石英砂，把原水中的絮状杂质（主要为有机物腐植质和粘土类无机化合物）去除，有效降低产水的浊度。过滤的作用主要是去除水中的悬浮或胶状杂质，特别是能够有效去除微小粒子和细菌等，而且对 BOD 和 COD 等也有某种程度的去除效果。当过滤器使用一段时间后，要作反冲洗，将砂床内杂物除去，这些杂物会被作化学沉淀处理。

(2)、 UF 系统

超滤膜在膜法分离技术中指膜的微孔径在 20×10-10m～1000×10-10m 之间的过滤膜，即 0.02-0.1um 之间，而水中一般胶体体积均≥0.1um，乳胶≥0.5um，大肠菌、葡萄球菌等细菌体积≥0.2um，悬浮物、微粒子等体积≥5um，因此超滤膜可以过滤出溶液中的细菌、胶体、悬浮物、蛋白质等大分子物质。

超滤是一种与膜孔径大小相关的筛分过程，以膜两侧的压力差为驱动力，以超滤膜为过滤介质，在一定的压力下，当原水流过膜表面时，超滤膜表面密布的许多细小的微孔只允许水及小分子物质通过而成为透过液，而原水中体积大于膜表面微孔径的物质则被截留在膜的进水侧，成为浓水，因而实现对原水的净化、达到分离和浓缩的目的。清水进入反渗透系统作为给水。

超滤膜是由高分子材料制成的均匀连续体，纯物理方法过滤，物质在分离过程中不发生质的变化，并且在使用过程中不会有任何杂质脱落，保证超滤液的纯净。SDI≤5 是 RO 进水的最低要求，而非理想的数值。一般来说，如果SDI>5，RO 膜的污染速度将会很快，需要频繁进行化学清洗，这样将造成RO 系统运转率降低，运行费用增加，而每次化学清洗也将造成 RO 性能的下降，RO 系统将无法正常运行。这样的系统将是一个设计失败的系统，至少说，预处理系统的设计是失败的。SDI 值越低，RO 膜各种性能的衰减率也就越低，因此，在 RO 系统设计时，应尽量降低 RO 进水的SDI 值，一般要求 SDI≤3。为了满足 RO 进水要求，原水进入 RO 之前有必要设置过滤器，以保证 RO 进水的 SDI≤3。在各种过滤手段中，能长期、稳定地保证产水SDI≤3 的过滤工艺，只有超滤（或微滤）膜过滤，其它过滤工艺（如机械过滤器、活性碳过滤器、精密过滤器）均不能长期、稳定地提供保证。

UF 系统采用具有独特结构的高抗污染型中空纤维膜元件和独特的气水双洗工艺技术，配以特殊设计的管路阀门、自动清洗设备、加药设备、自控设备等，形成一套闭路连续操作系统。经 UF 系统过滤后的产水具有更低的 SDI 值，可以更好地满足 RO 的进水要求，可以延长 RO 膜的使用寿命。

(3)、RO 系统

反渗透技术是一种先进的膜分离技术。这种技术是使欲分离的溶液的某些成份（如海水中的水）在压力的作用下，透过一种具有选择透过性的半透膜——反渗透膜，在膜的低压侧收集透过物，而在膜的高压侧则为被阻留的其它成分的浓溶液。它是一种节能、高效、无污染和实用性强的高新技术。

水通过一种半透膜进入一种溶液或从一种稀溶液向一种比较浓的溶液的自然流动称作渗透。这种对水或溶液具有选择透过性的膜称之为半透膜。但是在浓溶液一边加上适当的压力则可使渗透停止，当稀溶液向浓溶液的渗透停止时的压力称为渗透压。反渗透则是在浓溶液一边加上比自然渗透压更高的压力，扭转自然渗透方向，把浓溶液中的水压到半透膜的另一边，这和自然界的正常渗透过程相反，因此称为反渗透，这种特制的半透膜称为反渗透膜。

反渗透是一种在压力驱动下，利用半透膜的选择截留作用将溶液中的溶质和溶剂分开的分离方法。膜就是一种只容许水透过而不让盐类离子透过的半透膜。

反渗透已广泛应用于各种液体的提纯与浓缩，其中最普遍的应用实例是在水处理工艺中，用反渗透技术将原水中的无机离子、细菌、病毒、有机物及胶体等杂质去除，以获得高质量的纯净水。反渗透膜也有平板式、卷式、管式、中空纤维等形式。目前应用最多的，是卷式复合膜。

(4)、清洗系统

长期运行后，超滤膜、反渗透膜面上会积累各种污染物，导致性能下降，除日常低压冲洗外，需定期进行化学清洗，以恢复其性能。

五、处理效果分析：

经过处理后，对废水进行多次的分析，各项指标都可以达到排放的标准，效果良好，运行稳定达标

六、废水环境治理问题和综合性的分析

    由于不锈钢8K抛光的研磨液成分由铁红粉和硝酸配比而成，色度大，总氮排放高，涉及重金属的排放，所以在企业环境管理和废水治理必须要更加严格。

   随着社会的进一步发展，污水处理排放的标不断提高，总氮排放越来越严格，要做进一步治理，还要在这基础上深化设计，提出一些建议。

根据目前 8K 生产设备，建议将使用原料氧化铁红技改为氧化铝，从源头上消减污水产污量，减少污水处理污泥产生量。

建议加强 8K 线的粗磨区和精磨区这两部分的废水及废酸的分区收集，增加各类污水的前处理及加强污水的回用措施，在工艺上尽量在减少硝酸的使用量，并对该硝酸清洗废水做更有针对性地收集。

由于在生产工艺上采用大量的硝酸，这类型的废水总氮浓度大于1000mg/l，大大超出标准值50 mg/l的20多倍，需做进一步的深化处理才能满足环保要求。

建议的污水处理后续采用生物除氮。

生物法去除氨氮和总氮是在指废水中的氨氮或总氮在各种微生物的作用下，通过硝化和反硝化等一系列反应，最终形成氮气，从而达到去除氨氮和总氮的目的。生物法脱氮的工艺有很多种，但是机理基本相同。都需要经过硝化和反硝化两个阶段。硝化反应是在好氧条件下通过好氧硝化菌的作用将废水中的氨氮氧化为亚硝酸盐或硝酸盐，包括两个基本反应步骤：由亚硝酸菌参与的将氨氮转化为亚硝酸盐的反应。由硝酸菌参与的将亚硝酸盐转化为硝酸盐的反应。亚硝酸菌和硝酸菌都是自养菌，它们利用废水中的碳源，通过与NH3-N的氧化还原反应获得能量。反应方程式如下：

亚硝化：2NH4+ + 3O2 → 2NO2- + 2H2O + 4H+

硝  化:2NO2- + O2 → 2NO3-

硝化菌的适宜pH值为8.0～8.4，最佳温度为35℃，温度对硝化菌的影响很大，温度下降10℃，硝化速度下降一半；DO浓度：2～3mg/L；BOD5负荷：0.06-0.1kgBOD5/(kgMLSS•d)；泥龄在3～5天以上。在缺氧条件下，利用反硝化菌（脱氮菌）将亚硝酸盐和硝酸盐还原为氮气而从废水中逸出。由于兼性脱氮菌（反硝化菌）的作用，将硝化过程中产生的硝酸盐或亚硝酸盐还原成N2的过程，称为反硝化。反硝化过程中的电子供体是各种各样的有机底物（碳源）。以甲醇为碳源为例，其反应式为：

6NO3- + 2CH3OH → 6NO2- + 2CO2 + 4H2O  6NO2- + 3CH3OH →3N2 +3CO2 + 3H2O + 6OH-

反硝化菌的适宜pH值为6.5～8.0；最佳温度为30℃，当温度低于10℃时，反硝化速度明显下降，而当温度低至3℃时，反硝化作用将停止；DO浓度＜0.5mg/L；BOD5/TN＞3～5。生物脱氮法可去除多种含氮化合物，总氮去除率可达70%～95%，二次污染小且比较经济，因此在国内外运用最多。其缺点是占地面积大，低温时效率低。

常见的生物脱氮流程可以分为3类：

1)多级污泥系统多级污泥系统通常被称为传统的生物脱氮流程。此流程可以得到相当好的BOD5去除效果和脱氮效果，其缺点是流程长，构筑物多，基建费用高，需要外加碳源，运行费用高，出水中残留一定量甲醇；

2)单级污泥系统单级污泥系统的形式包括前置反硝化系统、后置反硝化系统及交替工作系统。前置反硝化的生物脱氮流程，通常称为A/O流程。与传统的生物脱氮工艺流程相比，该工艺特点：流程简单、构筑物少，只有一个污泥回流系统和混合液回流系统，基建费用可大大节省；将脱氮池设置在去碳源，降低运行费用；好氧池在缺氧池后，可使反硝化残留的有机污染物得到进一步去除，提高出水水质；缺氧池在前，污水中的有机碳被反硝化菌所利用，可减轻其后好氧池的有机负荷。此外，后置式反硝化系统，因为混合液缺乏有机物，一般还需要人工投加碳源，但脱氮的效果高于前置式，理论上可接近100%的脱氮效果。交替工作的生物脱氮流程主要由两个串联池子组成，通过改换进水和出水的方向，两个池子交替在缺氧和好氧的条件下运行。它本质上仍是A/O系统，但利用交替工作的方式，避免了混合液的回流，其脱氮效果优于一般A/O流程。其缺点是运行管理费用较高，必须配置计算机控制自动操作系统；

3)生物膜系统将上述A/O系统中的缺氧池和好氧池改为固定生物膜反应器，即形成生物膜脱氮系统。此系统中应有混合液回流，但不需污泥回流，在缺氧的好氧反应器中保存了适应于反硝化和好氧氧化及硝化反应的两个污泥系统。由于常规生物处理高浓度氨氮废水还存在以下：为了能使微生物正常生长，必须增加回流比来稀释原废水；硝化过程不仅需要大量氧气，而且反硝化需要大量的碳源，一般认为COD/TKN以4为宜。

参考文献：

[1] 《广东省重金属污染综合防治“十三五”规划》（粤环发〔2017〕2号）

[2] 《广东省地方标准水污染物排放限值》DB44/26-2001

[3] 《超滤装置》HJ/T271-2006

[4] 《反渗透水处理设备》GB/T19249-2003

[5]  中研产业研究院报告《2022-2027年中国不锈钢行业市场全景调研与发展前景预测报告》

[6] 《不锈钢整卷8K抛光生产线及其生产工艺》

全部作者名：1. 严培泉

作者简介：严培泉（1979.10-），男，籍贯：广东省佛山市，汉，大学本科，中级职称，研究方向：环保工程。