1 工程概况
随着国内外汽车工业的发展，汽车涂装废水排放量逐年增加，对环境的污染日益严重〔1〕。某汽车有限公司主要从事汽车生产，排出的废水由前处理线的脱脂废水、磷化废水、喷漆废水和电泳废水组成。汽车涂装废水中常含有表面活性剂、油类物质、磷酸盐、漆料、水溶性有机物、少量重金属离子等污染物〔2〕。笔者采用物化、生化和反渗透相结合的工艺对该厂废水 进行深度处理并回用，处理后产水可满足企业生产工艺用水的水质要求，而反渗透浓水达到《污水综合排放标准》(GB 8978—1996)三级标准要求。
2 废水水量与水质
2.1 设计规模
根据建设方提供的水量情况并适当考虑变化系数，设计处理规模为240 t/d，24 h连续运行，其中120 t回用于生产，另外120 t达到《污水综合排放标准》(GB 8978—1996)三级标准后排放。
2.2 废水水质
该废水水质特点为：水质波动较大，废水中无机物较多，可生化性较差，含有大量磷酸盐和表面活性剂等。设计进、出水水质指标见表 1。
3 废水处理工艺流程
汽车工业废水含有磷酸盐、重金属离子和油类物质，生化性较差，目前国内外一般采用物化法进行预处理，后续采用生物处理工艺达标排放，较其他方法具有处理效果稳定、运行成本低、操作维护简单等特点，能有效解决汽车涂装废水的污染问题〔2, 3〕。但对于汽车工业废水处理后回用于生产用水的工程实例报道较少。
该工程采用以下工艺流程：由脱脂废水、磷化废水、喷漆废水和电泳废水组成的综合废水混和后先经混凝气浮，然后加碱调节pH至合适范围，加入混凝剂、絮凝剂，使废水中的金属离子生成絮体;随后废水进入物化沉淀池，在重力作用下固液分离，调节上清液pH到6～9;后续生物处理阶段采用缺氧、好氧工艺，通过微生物的作用去除污水中的有机物、氨氮等使污水得到净化，然后废水进入生化沉淀池，在重力作用下固液分离，上清液经砂滤器、炭滤器、超滤、保安过滤器和反渗透深度处理后回用于生产，反渗透浓水达到《污水综合排放标准》(GB 8978—1996)三级标准后排放。工艺流程如图 1所示。
图 1 工艺流程
4 主要处理构筑物与设备
4.1 调节池
该池用于收集脱脂废水、磷化废水、喷漆废水和电泳废水等机械加工废水，对各废水进行均质均量，避免废水的浓度负荷对后段工艺造成冲击，保证处理效果。调节池设提升泵2台，1用1备，设液位控制仪3套。通过液位控制提升泵，高位启动，低位停止，超高、超低位报警。另在池底设置曝气搅拌装置，使废水充分混合，同时避免厌氧细菌滋生而产生异味。该池采用钢砼结构，地下式，工艺尺寸为9 000 mm×6 000 mm×4 500 mm ，有效停留时间21.6 h。
4.2 pH调整池
向该池加入碱调节至适合废水中矿物油破乳的pH范围。调节池设搅拌设施1套，药剂投加装置1套，pH控制器1套。碱的投加量受pH控制，由pH控制器自动实现。该池采用钢结构，钢结构内部环氧防腐，工艺尺寸为2 000 mm×2 000 mm×3 000 mm，有效停留时间1 h。
4.3 加药反应池
投加CaCl2、聚合氯化铝(PAC)和聚丙烯酰胺(PAM)并机械搅拌，使废水中的胶体以絮凝剂为凝聚核心，通过混凝剂的水解、吸附、架桥等作用，将悬浮物凝结为大的颗粒物。该池采用钢砼结构，设搅拌机设施1套，药剂投加装置1套。工艺尺寸为1 000 mm×1 000 mm×2 000 mm，有效停留时间1 h。
4.4 气浮池
气浮池由接触池和分离池组成。废水在接触池内与来自溶气罐的溶气水混合，析出的微小气泡与废水中的污染物接触并附聚在一起，通过分离池的作用使附聚体浮于水面，得以刮除，而处理后的废水从挡板下侧流出进入中和反应槽。气浮池采用钢结构，内部FRP防腐，包含1套溶气系统、1台刮渣机、1台空压机以及1套电控设备。工艺尺寸为5 000 mm×2 000 mm×2 500 mm，有效停留时间2 h。
4.5 混凝池
向混凝池中投加聚合氯化铝(PAC)，使细小悬浮物生成絮体。该池内设机械搅拌设施1套，另设 1套混凝剂投加装置，采用钢结构，钢结构内部环氧防腐，工艺尺寸为2 000 mm×2 000 mm×3 000 mm ，有效停留时间1 h。
4.6 絮凝池
絮凝池投加聚丙烯酰胺(PAM)，使絮体颗粒增大，沉降速度加快。内设机械搅拌设施1套，另设1套絮凝剂投加装置，采用钢结构，钢结构内部环氧防腐，工艺尺寸为2 000 mm×2 000 mm×3 000 mm，有效停留时间1 h。
4.7 物化沉淀池
采用斜管式沉淀池，处理能力大，处理效率高，停留时间短。经混凝和絮凝处理后的废水进入该池，在重力作用下进行固液分离，絮体自然沉淀，上清液则进入下一道处理工艺，泥渣进入污泥池处理。该池采用钢结构，设置斜管填料1套，排泥泵2台，1用1备，工艺尺寸为2 000 mm×4 000 mm×4 000 mm。
4.8 缺氧池
缺氧条件下，废水中的大分子有机物在微生物水解酶的作用下降解为小分子物质，增强了可生化性，同时反硝化细菌在缺氧条件下生存和增殖，达到脱氮效果。缺氧池内置穿孔曝气装置1套，采用钢砼结构，工艺尺寸为4 000 mm×7 500 mm×4 500 mm，有效停留时间12 h。
4.9 好氧池
经过缺氧处理后的废水进入好氧池，进行充氧曝气，此时水中好氧菌占绝对优势，并具有较好的活性。各种微生物在好氧条件下充分利用废水中的有机物质，在溶解氧为2～4 mg/L时进行好氧生物反应(自身的新陈代谢作用)，将污水中大量有机物转化为CO2和H2O，同时将氨氮转化为硝酸盐氮的形式。曝气池活性污泥维持在2 500～4 000 mg/L。缺氧池与好氧池构成缺氧-好氧二段工艺组合，即A/O工艺，可以达到较好的脱氮效果。设混合液回流泵2台，1用1备。好氧池为钢砼结构，工艺尺寸为7 500 mm×8 000 mm×4 500 mm，有效停留时间24 h。
4.10 生化沉淀池
经过好氧曝气池处理后的废水进入生化沉淀池进行固液分离，上清液达标排放，部分污泥回流到好氧曝气池，剩余污泥进入污泥池处理。设污泥回流泵2台，1用1备。该池采用竖流式沉淀池，钢砼结构，工艺尺寸为D 4 000 mm×5 500 mm。
4.11 中间水箱
生化沉淀池出水自流进入中间水箱储存，由水泵提升到后续工艺段作进一步处理，设提升泵2台，1用1备，中间水箱采用10 m3的PE水箱。
4.12 砂滤器
经过砂滤器过滤，废水中直径较小的颗粒物等得以去除，保证后续处理工艺的正常运行。过滤器的滤料在工作一段时间后会产生污染物积聚，需要定期进行反冲洗，以保证其工作质量，反冲洗水将回到调节池重新处理。砂滤器净空尺寸D 1 600 mm×2 000 mm(1套)，过滤速度5 m/h，滤层高度1.6 m，投放滤料为2.0～4.75 mm和0.21～0.42 mm精制石英砂。砂滤器自动反冲洗，每套设气动阀6个，反冲洗频率1次/d，反冲洗历时8 min。
4.13 炭滤器
炭滤器可过滤和吸附直径较小的悬浮物、有机物等，能很大程度地去除废水中的剩余污染物，以此保证后续工艺稳定运行。炭滤器净空尺寸D 1 600 mm×2 000 mm(1套)，过滤速度5 m/h，滤层高度1.6 m，投放滤料为颗粒活性炭。
4.14 超滤系统
超滤系统选用天津膜天膜科技股份有限公司UOFⅣ型外压式中空纤维超滤膜，数量6支，单支膜产水量1.86 t/h，面积40 m2，25 ℃平均水通量50 L/(m2·h)，工作压力0.03～0.15 MPa，材质为PVDF，外壳材质UPVC，外形尺寸D 90 mm×1 106 mm;机架1套，材质Q235A;反洗水箱与过滤水箱共用;反洗水泵选用立式多级离心泵，2台，1用1备，材质SUS304;清洗水箱与反渗透共用;清洗水泵与反渗透共用;清洗液过滤器与反渗透共用。
4.15 过滤水箱
超滤系统出水自流进入过滤水箱储存，经高压水泵提升到后续工艺段作进一步处理，设高压水泵2台，1用1备，过滤水箱采用10 m3的PE水箱。
4.16 保安过滤器
保安过滤器可去除浊度为1度以上的细小微粒，满足后续工序对进水的要求。该项目设有5 μm过滤器截留上述过滤器的穿透物，保护反渗透膜。
4.17 反渗透系统
选用美国陶氏公司BW30-400-FR型反渗透膜，数量10支，单支膜产水量1.0 t/h，工作压力1.2～1.5 MPa，材质为芳香聚酰胺(简称PA)，膜壳材质SUS304。机架1套，材质Q235A。在压力驱动下，水通过高度选择性的反渗透膜，水中的无机盐、有机物、硬度离子、细菌等与水分离，去除率达98%～99%，反渗透系统产水率为50%。
4.18 回用水箱
经反渗透系统处理后的出水储存后回用，回用水箱采用10 m3的PE水箱。
5 工艺控制要点和系统运行情况
脱脂废水、磷化废水、喷漆废水和电泳废水等机械加工废水的有机物浓度较高，且含有矿物油、悬浮物和氮磷等污染物。通过气浮和混凝沉淀处理可将COD降低到700 mg/L左右，生物系统(缺氧和好氧工艺)可将COD降低到70 mg/L左右，出水可稳定达标排放。实际运行时首先投加NaOH将废水pH调至8.5～9.0，然后按照3、5、1.0 mL/L的投加量分别加入5%(质量分数，下同)的CaCl2溶液、10%的聚合氯化铝和5%的聚丙烯酰胺溶液，混合反应60 min后进入气浮池，气浮出水按6、1.5 mL/L投加量分别投加10%的聚合氯化铝和5%的聚丙烯酰胺溶液，混凝沉淀出水最后进入生物处理系统，生化出水经砂滤器、炭滤器、超滤、保安过滤器和反渗透深度处理后回用于生产，反渗透浓水可达到GB 8978—1996三级标准。该工程已稳定运行4 a多，从实际检测结果来看，反渗透产水COD稳定在32～45 mg/L，电导率稳定在18～42 μS/cm，可满足生产用水水质要求;反渗透浓水COD稳定在128～302 mg/L，SS稳定在26～51 mg/L，达到GB 8978—1996三级标准后达标排放，其主要水质指标如表 2所示。。
6 结论
(1)对汽车工业废水采用气浮—混凝沉淀—生物法—反渗透工艺深度处理后部分回用是可行的，反渗透产水满足生产工艺用水要求，反渗透浓水达到GB 8978—1996三级标准要求。(2)气浮工艺控制要点为：进水pH控制在8.5～9.0，然后按照3、5、1.0 mL/L的投加量分别加入5%的CaC12溶液、10%的聚合氯化铝和5%的聚丙烯酰胺溶液，混合反应时间为1 h。(3)物化混凝工艺控制要点为：分别按照6、1.5 mL/L投加10%的聚合氯化铝和5%的聚丙烯酰胺溶液，混凝和絮凝反应时间均为1 h。(4)该工程废水处理量为240 t/d，工程总投资为282万元，一次性投资较高。在未考虑设备折旧的情况下，日常运行成本为3.6～4.2元/t。(5)运行实践结果表明，该项目较为适宜的回用率为50%，将汽车工业废水处理与回用有机结合起来，既大量减少污染排放，又能节约水资源，可以取得良好的经济效益、社会效应和环境效益，节能减排效果十分明显。
