1 引言

鋁型材表面處理廢水具有廢水水質復雜，排放量和排放濃度變化大的特點。鋁材表面處理廢水中既含有重金屬離子，也含有有機物，因此需要多種工藝聯合處理，總體工藝路線較長，工藝配置繁雜，日常運行管理要求高，這些特點都給廠家帶來不少困擾。

隨著社會、政府對環保問題的日益重視，廢水排放標準的提高已列入日程。為適應廢水排放標準的提高，排污企業不得不加大對廢水治理設備的投資和運營費用的投入。另一方面，隨著清潔生產的推行，企業逐步認識到減排帶來的好處。從長遠來看，提高水的循環利用，減少污染物和廢水排放是企業解決環保問題的最終途徑。作為環保解決方案的提供者和環境工程的承擔者，環保企業應擔負起向污染企業和政府推薦和提供優選方案的重任。

污水處理技術盡管很多，但其基本原理主要包括分離、轉化和利用。分離是指采用各種技術方法，把污水中的懸浮物或膠體微粒分離出來，從而使污水得到凈化，或者使污水中污染物減少至最低限度。轉化是指對已經溶解在水中、無法“取”出來或者不需要“取”出來的污染物，采用生物化學、化學或電化學的方法，使水中溶解的污染物轉化成無害的物質，或者轉化成容易分離的物質。總之，污水處理應使水中污染物朝有利于治理的方向發展。

2 處理目標的優選

在鋁材行業，目前仍然把廢水達標排放作為主要的處理目標。隨著各行業清潔生產標準的推廣，減排和回用已成為行業廢水處理的公認優化目標。但是，要推行清潔生產，推動減排和回用卻存在很多困難。首先是技術上的困難，只有提供較好的技術方案，才有可能提供較好的經濟評估，而核心則是觀念上的改變。在技術上，推行清潔生產應考慮全過程控制，只有通過工藝清潔化、設備密封化、運行自動化、計量精準化才有可能形成逐步改進的循環。這對企業的生產管理水平和設備投資水平提出較高的要求，需要企業所有者和管理人員統籌規劃，而其基礎是生產工藝技術的改進。作為環保治理企業，則需要向生產技術的提供者這一角色延伸，才有可能為客戶提供較好的技術解決方案。只有深入了解生產工藝，了解污染的產生過程，才能提出減少污染產生的辦法，提出適宜的廢水回用的水質要求，乃至將污染物作為重要的資源加以回收再利用。

在確定回用水的水質指標上，可對比單純以排放為目標和綜合考慮生產需要確定適宜的水質以回用為目標的優劣。由于大多數企業對生產用水所需適宜的水質沒有研究，且受城市污水回用規范的影響，大多數重金屬廢水的回用均按照自來水水質標準或參考城市污水回用水質標準確定。因此，廢水回用處理的投資和運行成本均要高于排放處理，這給很多企業考慮廢水回用設置了一道投資效益門檻。實際上在很多場合，上述水質要求遠遠超過生產實際需要。以單因子污染物F-為例，在鋁材表面處理廢水中，F-是處理達標的難點。按照GB5749-2006《生活飲用水衛生標準》規定，F-應小于1mg/L，按照GB 8978-1996《污水綜合排放標準》一級排放標準和GB/T19923《城市污水再生利用 工業用水水質》規定，F-應小于10mg/L。在回用中單為滿足F-達標要求，就要設置較長的工藝路線，投資和運行費用翻倍。但在很多實際用水場合，F-對生產工藝并無影響，甚至可完全不考慮專門去除F-。在這種情況下，廢水回用方案比排放達標方案更簡潔優化，投資和運行成本要小，且達到廢水減排和重復利用效果。只有深入了解生產工藝要求，因地制宜確定生產回用水水質要求，才能通過經濟性評估使企業做出優化的目標選擇。

重金屬廢水處理目標的優選從根本上受觀念的影響。如果污染企業認為污染治理是企業的負擔，僅考慮應付排放標準，甚至僅為了環保驗收和環保監管，無疑不會深入考慮處理目標的優選。只有廣大企業認識到清潔生產可以成為企業的競爭力而不是企業的負擔，才有可能加大在生態友好和資源節約方面的投資。對于環保企業，從自身利益出發，更希望放大排放規模，簡化處理工藝。但是如果能從客戶利益出發，提出重金屬廢水處理的優選目標和優化方案，可以為客戶帶來更大價值，實際上也有利于提升環保企業的競爭力。

3 處理方案的優選

膜生物流化床工藝以生物流化床為基礎，以粉末活性炭(Pow-dered activated carbon，簡稱PAC)為載體，結合膜生物反應器工藝(Membrane bioreactor,簡稱MBR)的固液分離技術，使反應器集活性炭的物理吸附、微生物降解和膜的高效分離作用為一體，使水體中難以降解的小分子有機物與在曝氣條件下處于流化狀態的活性炭粉末進行充分地傳質、混合，被吸附、富集在活性炭表面，使活性炭表面形成局部污染物濃縮區域；粉末活性炭同時也為微生物繁殖提供了特殊的表面，其多孔的表面吸附了大量微生物菌群，特別是以目標污染物為代謝底物的微生物菌群；同時，粉末活性碳對水體中溶解氧有很強的吸附能力，在高溶解氧條件下，微生物對富集在活性炭表面小分子有機物進行氧化分解，然后利用陶瓷膜分離系統將水和吸附了有機物的粉末活性炭等懸浮顆粒分開，通過錯流過濾，進一步凈化污水，使其達到中水回用標準。研究表明，MBFB能有效除去微污染水體中氨氮、COD和其它難降解小分子有毒有機物等。處理目標的優選和處理方案的優選是相輔相成的問題。在處理目標確定后，應以多個子目標中的最低要求為約束條件進行工藝方案的組合匹配，以滿足多目標的處理要求。鋁材表面處理廢水的處理方法可分為化學法、物理法和生物法，宜選用成熟可靠、適用性強的工藝，化學法中的混凝沉淀，物理法中的過濾、吸附和膜法得到廣泛的應用。工程實踐中，一般需要多種工藝方法組合才能達到處理目標，在確定了目標的前提下，如何選擇工藝并進行組合決定了處理方案的優劣。在所有工藝中，化學沉淀法以其適應性強得到廣泛應用，其包括氫氧化物沉淀法、硫化物沉淀法和鐵氧體法。其中氫氧化物沉淀法由于可以達到多種重金屬共沉的目的，得到廣泛的應用。為了滿足不同重金屬離子反應和沉淀的最佳條件，往往需要多級混凝沉淀反應方可滿足達標排放要求。在COD超標時，還需復合生物處理工藝降低COD滿足排放標準要求。因此，在以達標排放為目的的處理方案中，每種污染物因子均需考慮并配套處理工藝。而在以生產回用為目的的處理方案優選中，則需要根據生產工藝用水要求確定工藝方案，不同的處理目標對工藝方案的選用、投資和運行費用產生巨大影響。較低的要求采用常規工藝即可滿足要求，較高的水質要求則可采用化學沉淀和膜法組合達到要求。

以去除SS為目標的回用處理，沉淀和過濾即可達到目標。在多數情況下，鋁材表面處理中的重金屬廢水再生回用需要分離廢水中某一種或幾種特定金屬離子，以使水質滿足循環使用要求，在較高濃度下，可采用一級或多級混凝沉淀工藝實現化學沉淀和固液分離。分離的目標產物以污泥的形式從水中去除。在以清洗為使用目的的回用中，可考慮懸浮物、微生物、NTU和SDI的去除，可采用微濾為處理工藝，不考慮可溶性鹽類和有機污染物，這樣既可滿足廢水回用要求，又可將回用設施造價和運行費用降至最低。對于需要去除低濃度重金屬離子場合，則需要采用納濾和反滲透工藝。但是，膜過濾穩定運行的前提是設計較好的前處理工藝。膜孔徑越小，對前處理要求越高，工藝路線越長。因此在采用膜工藝進行回用處理時，更加需要結合處理目標優選膜過濾工藝。盡量降低膜組件的使用等級，可在工藝可靠性、投資、運行費用、水的回收率和濃水的處理等方面獲得更多的優勢。

不同膜分離工藝可以處理對象參考下表所示。由于微濾、超濾和反滲透對水的回收率依次下降，而對前處理要求逐步提高，因此其投資和運行費用大幅增長。

表1 鋁型材廢水處理膜分離技術比較

用超濾和反滲透工藝可進行對比。采用超濾作為回用的最終處理手段，水的回收率可達到80%甚至更高，而采用反滲透作為回用的最終處理手段，需要采用微濾、超濾或納濾進行前級處理，水的綜合回收率大幅降低。由于過濾工藝僅是進行重金屬離子的分離，仍需要配合其他工藝將重金屬離子從系統中脫除，因此反滲透工藝結合重金屬離子回收更有優勢。在不回收的情況下，仍需要考慮濃水的處理問題以滿足達標排放要求。

圖1 以超濾為回用最終處理工藝時水平衡示意圖

圖1 以反滲透為回用最終處理工藝時水平衡示意圖

由此可見，結合目標優選進行方案優選才能使環保和清潔生產投資和獲得最大的社會經濟效益。

4 結語

綜上所述，從為客戶創造價值的角度出發，鋁材表面處理廢水處理的優選模型應進行升級。傳統的廢水處理方案優化的模型是以廢水的排放量和排放濃度為輸入，以水質達標排放或達標回用為約束條件，處理系統投資最低和運行費用最低的優選。從清潔生產的角度出發，處理方案的優選可以改進為以生產中的水平衡為輸入，滿足生產工藝要求為約束條件，以處理系統全生命周期費用最低為目標的優選問題。全生命周期的費用評估，不僅要考慮初投資和靜態運行費用，還要考慮系統的使用壽命，將系統壽命期內所有費用折現進行對比，才有利于做出優化決策。在這種優化模型下，可尋求鋁材表面處理廢水處理的最佳方案，使節水、減排獲得長期收益大于回用處理投入，從而使清潔生產具有持續性

這種優化模型的轉型升級也對環保企業的轉型升級提出要求，不能僅考慮達標處理，而要為客戶提供價值，在企業價值鏈上從污染治理下游向生產工藝上游延伸。這既是挑戰，也是機遇。