王熙雛*，范宏

（1.蘇州工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇 蘇州 215104；2.上海電力學(xué)院電氣工程學(xué)院，上海 200090）

自動(dòng)化電鍍廢水處理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

王熙雛1,*，范宏2

（1.蘇州工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇 蘇州 215104；2.上海電力學(xué)院電氣工程學(xué)院，上海 200090）

針對(duì)汽車(chē)零部件電鍍生產(chǎn)中所產(chǎn)生的含鎳廢水，設(shè)計(jì)了一種自動(dòng)化電鍍廢水處理系統(tǒng)。通過(guò)對(duì)其結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化，推出其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖，并對(duì)系統(tǒng)實(shí)施方式進(jìn)行分析。介紹了該廢水處理系統(tǒng)的運(yùn)行流程和特點(diǎn)。對(duì)系統(tǒng)調(diào)試中的故障進(jìn)行了分析和解決。該系統(tǒng)經(jīng)投入使用后，運(yùn)行良好，經(jīng)濟(jì)效益高。

電鍍；廢水；處理；設(shè)計(jì)；運(yùn)行流程；調(diào)試；故障

First-author’s address:Suzhou Institute of Industrial Technology, Suzhou 215104, China

隨著行業(yè)產(chǎn)業(yè)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展的同時(shí)，水污染也越來(lái)越嚴(yán)重，帶來(lái)了一系列的生態(tài)問(wèn)題，并且水資源也比較匱乏，因此，對(duì)廢水進(jìn)行有效控制、回收利用，已是當(dāng)前的重中之重。廢水處理的常用方法有化學(xué)沉淀法、電解法、離子交換法、催化交換法、電滲析法、細(xì)菌分解法、氧化法等[1-2]。目前所使用的廢水處理系統(tǒng)比較復(fù)雜，且大部分過(guò)程需要人工判斷和控制，非常費(fèi)時(shí)費(fèi)力，經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益比較低。本文將針對(duì)某生產(chǎn)汽車(chē)零部件的電鍍車(chē)間產(chǎn)生的含鎳廢水，提出一種自動(dòng)化電鍍廢水處理系統(tǒng)及運(yùn)行流程，以實(shí)現(xiàn)廢水處理系統(tǒng)的自動(dòng)控制，解決現(xiàn)有廢水處理系統(tǒng)中需要人工控制、費(fèi)時(shí)費(fèi)力的問(wèn)題。

1 廢水處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1. 1 廢水處理工藝流程

廢水處理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。自動(dòng)化廢水處理系統(tǒng)包括通過(guò)管道依次連接的原水池1，加藥裝置2，中水池3，袋式過(guò)濾器4，砂濾器5，炭濾器6，精密過(guò)濾器7，UF(超濾)過(guò)濾器8，RO(反滲透)裝置9，中間水箱10，回用水箱11。其中，加藥裝置2包括反應(yīng)器21和藥槽22，反應(yīng)器21與原水池1及中水池2通過(guò)管道相連，藥槽與反應(yīng)器通過(guò)管道相連。RO裝置包括一級(jí)RO膜組91、水箱92、二級(jí)RO膜組93和清洗裝置94。

原水來(lái)自于電鍍車(chē)間產(chǎn)生的水洗液和漂洗液，其主要污染物為鎳，故在設(shè)計(jì)本系統(tǒng)時(shí)，主要考慮的是去除鎳離子，不考慮去除其他污染物。如圖1所示，原水流入反應(yīng)器中，由藥槽加入酸堿、PAC(混凝劑)、PAM(絮凝劑)，在反應(yīng)器里充分反應(yīng)，在此過(guò)程中可以通過(guò)風(fēng)機(jī)加速其反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)酸堿中和，通過(guò)PAC、PAM混凝絮凝作用，使廢水中的懸浮物沉淀。經(jīng)過(guò)預(yù)處理后，水到達(dá)中水池，再經(jīng)過(guò)各種過(guò)濾器過(guò)濾，進(jìn)入 RO反滲透裝置，其中RO1產(chǎn)生的淡水會(huì)進(jìn)入一級(jí)淡水箱，此淡水通入RO2的膜，出來(lái)的濃水進(jìn)入污泥池，用壓濾機(jī)對(duì)其進(jìn)行壓縮處理并排放到緩沖池待后續(xù)處理，壓縮后是含鎳的污泥，淡水流入中間水箱，最后到回用水箱，回用水箱內(nèi)的水可送至車(chē)間生產(chǎn)線(xiàn)回用。

圖1 廢水處理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖Figure 1 Schematic diagram showing structure of the wastewater treatment system

1. 2 廢水處理系統(tǒng)實(shí)施方式

自動(dòng)化廢水處理系統(tǒng)中控制器的連接示意圖如圖2所示。

圖2 廢水處理系統(tǒng)控制器連接示意圖Figure 2 Schematic diagram showing controller connection of the wastewater treatment system

如圖1所示，原水池1與反應(yīng)器21之間的管道上安裝有第一泵102，藥槽22與反應(yīng)器21之間的管道上安裝有第二泵103，中水池2與袋式過(guò)濾器3之間的管道上安裝有第三泵104，UF過(guò)濾器8與RO裝置9之間的管道上安裝有第四泵105，RO裝置9與中間水箱10之間的管道上安裝有第五泵106，中間水箱10與回用水箱11之間安裝有第六泵107，水箱92和二級(jí)RO膜組93之間的管道上安裝有第七泵108。

如圖2所示，第一泵102、第二泵103、第三泵104、第四泵105、第五泵106、第六泵107及第七泵108分別通過(guò)第一模擬開(kāi)關(guān)109、第二模擬開(kāi)關(guān)110、第三模擬開(kāi)關(guān)111、第四模擬開(kāi)關(guān)112、第五模擬開(kāi)關(guān)113、第六模擬開(kāi)關(guān)114及第七模擬開(kāi)關(guān)115與控制器101相連。

反應(yīng)器21中安裝有第一pH探頭A′，對(duì)應(yīng)的第一pH儀表A與控制器101相連，通過(guò)預(yù)設(shè)的pH范圍來(lái)控制藥槽101加酸或加堿，以使反應(yīng)器21中的pH達(dá)到預(yù)設(shè)的范圍。中水池3、中間水箱10及回用水箱11中分別安裝有第一CM(電導(dǎo)率)探頭B′、第二CM探頭C′及第三CM探頭D′，對(duì)應(yīng)的第一CM儀表B、第二CM儀表C及第三CM儀表D分別與控制器101相連，控制器101還連接有一報(bào)警器E，當(dāng)?shù)谝籆M儀表B、第二CM儀表C及第三CM儀表D中的任意一個(gè)超過(guò)其預(yù)設(shè)的范圍時(shí)，控制器101控制報(bào)警器E進(jìn)行報(bào)警，操作人員可以對(duì)廢水處理系統(tǒng)的相關(guān)裝置進(jìn)行檢查，找出解決方案。

中水池中安裝有第一浮球液位器201，中間水箱中安裝有第二浮球液位器202，第一浮球液位器201及第二浮球液位器202都與控制器101相連。袋式過(guò)濾器4、砂濾器5、炭濾器6、精密過(guò)濾器7、UF過(guò)濾器8、一級(jí)RO膜組及二級(jí)RO膜組上安裝有壓力表203，當(dāng)超出或低于所需的正常水壓時(shí)，可通過(guò)相應(yīng)的泵的旁通閥門(mén)調(diào)節(jié)，以達(dá)到正常的水壓[3]。

在本系統(tǒng)中，第一泵、第二泵、第三泵、第四泵、第五泵及第六泵中的一個(gè)或多個(gè)為高壓泵，這樣能夠提高廢水處理系統(tǒng)的效率，管道為能承受16 kg的加厚管道，第一模擬開(kāi)關(guān)、第二模擬開(kāi)關(guān)、第三模擬開(kāi)關(guān)、第四模擬開(kāi)關(guān)、第五模擬開(kāi)關(guān)及第六模擬開(kāi)關(guān)中的一個(gè)或多個(gè)為壓差開(kāi)關(guān)。當(dāng)泵兩端的壓差超過(guò)預(yù)設(shè)范圍時(shí)，關(guān)閉對(duì)應(yīng)的泵，以防止因水壓過(guò)大而打爆水管的情況發(fā)生；當(dāng)壓差小于預(yù)設(shè)范圍時(shí)，再將對(duì)應(yīng)的泵開(kāi)啟，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)檢測(cè)、自動(dòng)控制。安裝了壓差開(kāi)關(guān)后，液位信號(hào)和壓差信號(hào)協(xié)同控制對(duì)應(yīng)泵的運(yùn)行，即使液位信號(hào)達(dá)到了設(shè)備運(yùn)行的條件，壓差沒(méi)有在預(yù)設(shè)的壓力范圍內(nèi)，設(shè)備依然不能運(yùn)行，即在高壓力的情況下關(guān)閉對(duì)應(yīng)的泵。

1. 3 廢水處理系統(tǒng)優(yōu)化

圖1的廢水處理系統(tǒng)只有在加藥裝置的反應(yīng)器中安裝有pH探頭，在調(diào)節(jié)反應(yīng)器21中的pH時(shí)，可能會(huì)出現(xiàn)一次性酸堿加多的情況，造成中間水箱10和回用水箱11中的pH不符合回用要求，故對(duì)此系統(tǒng)作進(jìn)一步優(yōu)化。如圖3所示，在中間水箱10和回用水箱11中安裝第二pH探頭F′和第三pH探頭G′，對(duì)應(yīng)的第二pH儀表F及第三pH儀表G都與控制器101相連，這樣可以控制酸堿的回調(diào)，pH過(guò)低時(shí)控制加藥裝置加堿，pH過(guò)高時(shí)控制加藥裝置加酸，從而有效避免了一次性酸堿加多時(shí)無(wú)法回調(diào)的問(wèn)題。

圖3 廢水處理系統(tǒng)優(yōu)化后的結(jié)構(gòu)Figure 3 Structure of the wastewater treatment system after optimization

2 廢水處理系統(tǒng)運(yùn)行流程

自動(dòng)化廢水處理工藝是基于上述的自動(dòng)化廢水處理系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，如圖4所示，其包括以下流程。

S91：控制器控制廢水處理系統(tǒng)的泵的開(kāi)閉。

S92：在中水池中安裝第一浮球液位器，當(dāng)中水池的液位達(dá)到預(yù)設(shè)低液位，自動(dòng)關(guān)閉中水池后端管道上的泵；當(dāng)中水池的液位達(dá)到預(yù)設(shè)高液位時(shí)，自動(dòng)開(kāi)啟中水池后端管道上的泵。

S93：在中間水箱中安裝第二浮球液位器，當(dāng)中間水箱的液位達(dá)到預(yù)設(shè)高液位時(shí)，自動(dòng)關(guān)閉中間水箱前端管道上的泵；當(dāng)中間水箱的液位達(dá)到預(yù)設(shè)低液位時(shí)，自動(dòng)開(kāi)啟中間水箱前端管道上的泵。

S94：在中水池和中間水箱中分別安裝pH探頭，用于控制酸堿的回調(diào)。

S101：在廢水處理系統(tǒng)的一個(gè)或多個(gè)泵上安裝壓差開(kāi)關(guān)，當(dāng)壓差高于預(yù)設(shè)范圍時(shí)，關(guān)閉對(duì)應(yīng)的泵；當(dāng)壓差低于預(yù)設(shè)范圍時(shí)，開(kāi)啟對(duì)應(yīng)的泵。

上述流程不分先后，同時(shí)進(jìn)行，協(xié)同自動(dòng)控制廢水處理系統(tǒng)，省時(shí)省力，提高了廢水處理的效率[4-5]。

圖4 廢水處理系統(tǒng)運(yùn)行流程Figure 4 Operation process of the wastewater treatment system

3 系統(tǒng)特點(diǎn)

廢水處理系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)如圖 5所示。安裝設(shè)備時(shí)，需注意管路既不能漏水，也要連接美觀(guān)等細(xì)節(jié)。相較于現(xiàn)有技術(shù)，本系統(tǒng)具有以下特點(diǎn)：

(1) RO裝置(如圖6所示)包括一級(jí)RO膜組、二級(jí)RO膜組，對(duì)廢水中的陽(yáng)離子和陰離子的去除效果更好、更徹底。一級(jí)RO裝置和二級(jí)RO膜組之間包括水箱和第七泵，第七泵通過(guò)第七模擬開(kāi)關(guān)與控制器101相連。RO裝置還包括清洗裝置，它位于二級(jí)RO膜組之后。

(2) 中水池的材質(zhì)為鋼板，廢水中一般含有腐蝕性很強(qiáng)的物質(zhì)，采用鋼板比較耐腐蝕，使廢水處理系統(tǒng)比較持久耐用。中水池的內(nèi)表面設(shè)置了環(huán)氧樹(shù)脂防腐層。

(3) 控制器通過(guò)連接模擬開(kāi)關(guān)來(lái)控制泵的開(kāi)閉，并通過(guò)安裝浮球液位器，自動(dòng)控制對(duì)應(yīng)泵的開(kāi)閉，實(shí)現(xiàn)了廢水處理系統(tǒng)的自動(dòng)化，省時(shí)省力，提高了廢水處理的效率。

(4) 通過(guò)在泵上安裝壓差開(kāi)關(guān)，根據(jù)泵兩端的壓差控制泵的開(kāi)閉，防止水壓過(guò)大所引起的水管爆裂。

(5) 通過(guò)在中水池和中間水箱中安裝pH探頭，控制酸堿的回調(diào)，有效解決了一次性酸堿加多的問(wèn)題。

圖5 廢水處理系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)Figure 5 Overall structure of the wastewater treatment system

圖6 反滲透裝置Figure 6 Reverse osmosis device

4 系統(tǒng)調(diào)試中的故障分析

廢水處理系統(tǒng)的調(diào)試主要分為兩部分，一是自動(dòng)化控制方面的電箱部分，二是管路的水壓、水質(zhì)部分。然而實(shí)際與理論是不可能完全吻合的。盡管從理論上看，設(shè)計(jì)上能達(dá)標(biāo)，但是實(shí)際調(diào)試中往往會(huì)因?yàn)橐恍┮蛩厥沟谜麄€(gè)系統(tǒng)運(yùn)行不了或者水質(zhì)不能達(dá)標(biāo)[6]，根據(jù)相關(guān)技術(shù)資料與現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試經(jīng)驗(yàn)，對(duì)常見(jiàn)故障和維修對(duì)策進(jìn)行分析，如表1所示。

表1 調(diào)試過(guò)程中常見(jiàn)故障分析Table 1 Analysis of common faults in debugging

5 運(yùn)行效果與經(jīng)濟(jì)效益

自動(dòng)化電鍍廢水處理系統(tǒng)經(jīng)過(guò)調(diào)試后，運(yùn)行穩(wěn)定，操作管理簡(jiǎn)單，可根據(jù)CM儀表來(lái)測(cè)量水質(zhì)是否達(dá)標(biāo)。原水含鎳≤8 mg/L，pH為3 ～ 4，處理后出水的鎳含量穩(wěn)定在0.5 mg/L以下，pH穩(wěn)定在7 ～ 8，鎳去除率較高，達(dá)到電鍍污染物排放標(biāo)準(zhǔn)以及客戶(hù)回用需求。

車(chē)間日常產(chǎn)生廢水量為16 m3/d，設(shè)備處理速率為2 m3/h，所以每天只需工作8 h。本設(shè)計(jì)除了在加藥箱沒(méi)有藥劑的情況下需采用人工加藥以外，其他情況下都是自動(dòng)化控制，只要把控制電箱面板上的旋鈕開(kāi)關(guān)打到自動(dòng)即可，操作人員只需要將面板上的儀表數(shù)值記錄下來(lái)，所以可由其他工作人員兼職，省去了人工費(fèi)。通過(guò)運(yùn)行成本計(jì)算，電費(fèi)為1.5元/m3，藥劑費(fèi)為0.72元/m3，合計(jì)處理費(fèi)用為2.22元/m3，具有一定的經(jīng)濟(jì)效益。

6 結(jié)語(yǔ)

本自動(dòng)化電鍍廢水處理系統(tǒng)投入使用后運(yùn)行良好，可靠性高，實(shí)現(xiàn)了廢水處理系統(tǒng)的自動(dòng)化控制，省時(shí)省力，提高了廢水處理的效率，而且成本較低，鎳去除率高，可給其他電鍍企業(yè)或者相似水質(zhì)的工業(yè)廢水的處理、循環(huán)經(jīng)濟(jì)、清潔生產(chǎn)提供一定的參考。

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[ 編輯：溫靖邦 ]

Design of automatic electroplating wastewater treatment system

WANG Xi-chu*, FAN Hong

An automatic system for treating the nickel-containing wastewater discharged from electroplating of automobile parts was designed. The structure of the system was developed after optimization. The implementation of the system was analyzed. The operation flow and characteristics of the wastewater treatment system were described. The faults during system debugging were analyzed and solved. The system runs well after being used and has high economic efficiency.

electroplating; wastewater; treatment; design; operation flow; debugging; fault

X703.3; X781.1

A

1004 - 227X (2015) 17 - 0991 - 05

2015-05-15

2015-07-01

國(guó)家自然科學(xué)基金（51307104）。

王熙雛（1978-），女，安徽肥東人，碩士，講師，主要研究方向?yàn)榭刂评碚撆c控制工程。

作者聯(lián)系方式：(E-mail) 80413313@qq.com。