集裝箱洗箱廢水處理工藝研究

劉芳 陳曉英 楊宗政 （天津市塘沽區鑫宇環保科技有限公司 天津300459）

0 引言

隨著中國對外貿易的迅速發展，港口集裝箱吞吐量飛速增長，開展集裝箱運輸業務的港口都面臨一個集裝箱沖洗的問題。集裝箱洗箱廢水屬高濃度、成分變化多端、水質變化大[1，2]的重污染行業水處理范疇，治理難度較大，主要污染物為油、各種有毒有害化工原料、礦產、農產品等。

統計數據顯示，2009年我國規模以上港口完成集裝箱吞吐量12 100萬標準箱，主要港口的集裝箱吞吐量每年遞增25%以上。按照有關規定，集裝箱碼頭需清洗的污染箱占碼頭集裝箱吞吐量的3%～5%，[3，4]這就意味著每年將有400～600萬個集裝箱需要清洗。每沖洗一個標準箱用水一般為0.2 m3左右，每年將產生集裝箱清洗廢水約80～120萬t。

交通部頒布的《港口工程環境保護設計規范》中規定集裝箱洗箱污水采用隔油、混凝沉淀、氣浮、過濾等方法處理，工藝流程如圖1。按照該規范，油類、pH、SS等指標經處理后可以達標排放，但可溶性油及其他有機物（含洗滌劑）引起的COD指標則很難達標。另外，氣浮設備必須連續操作，而洗箱廢水水質、水量變化大，連續氣浮費電，運行費用高。隨著集裝箱運輸物質種類的繁多，新的有害物質不斷出現，對污水處理工藝提出了更嚴格的挑戰。

圖1 集裝箱洗箱污水處理工藝

本研究以天津市某集裝箱貨運公司在洗箱中產生的鐵礦粉洗箱廢水及其他洗箱廢水為處理對象，探求集裝箱洗箱廢水的處理工藝。

1 廢水進出水水質

1.1 洗箱廢水初始水質

污水水量為2 m3/d，主要污染物為COD和固體懸浮物SS，該廢水固體不溶解性較高、色度和濁度較大，外觀為棕紅色濁渾水質。初始水質經化驗測試結果見表1。

表1 洗箱廢水初始水質

1.2 處理后出水水質

洗箱廢水處理后出水應達到天津市《污水綜合排放標準（DB 12/356-2008）》二級標準，具體指標見表2。

表2 洗箱廢水出水水質指標

2 治理工藝選擇

根據洗箱廢水實際情況，雖然主要為清洗鐵礦粉水質，但廢水中也含有少量油類物質和清洗劑，水質不穩定。因此，必須采用多種治理工藝才能應對復雜多變的水質，以確保治理效果的穩定性。

2.1 化學治污方法

依據水質實際現狀，pH值不穩定，含油污，鐵礦粉廢水固體物較高，水質渾濁，靜置也不易沉降，為此本工藝首先選擇了化學混凝工藝。

本工藝經篩選，最終選擇了復合型混凝藥劑聚合氯化鋁與高分子聚合物PAM，該配方的特點：成本低，COD去除率高，凈化率突出，符合混凝吸附架橋機理。吸附架橋作用主要是指鏈狀高分子聚合物在靜電引力、范德華力、氫鍵力等作用下，通過活性部位與膠粒和細微懸浮物等發生吸附橋聯的過程。

聚合氯化鋁與PAM混凝于水后，經水解、縮聚反應形成高分子聚合物，這類高分子物質具有線形結構，被膠粒所強烈吸附。聚合物在膠粒表面的吸附來源于各種物理化學作用，如范德華力、靜電引力、氫鍵、配位鍵等，取決于聚合物同膠粒二者的化學結構，因其線形長度較大，當它的一端吸附某一膠粒后，另一端吸附另一膠粒，在相距較遠的兩膠粒間進行吸附架橋，使顆粒逐漸變大，形成粗大絮凝體。[5]

2.2 微生物生化濾膜工藝

為進一步提高處理效果，本工藝采用生化法進行深化治理，選擇了先進成熟的高負荷曝氣生化濾膜工藝技術，其技術原理如下：高負荷曝氣生化濾膜為可滾動濾床，它采用了新型濾料，在空心塑料球內，用尼龍網布裹緊活性炭等材料，其比重較輕，可隨著水、氣流滾動，能夠占滿池內空間，濾料不易堵塞，污染物和微生物菌群富集在濾料表面上，微生物以污染物為食物能源便可大量繁殖生長，附著在濾料表面形成一層生物膜。生物膜是由細菌、真菌、藻類、原生動物、后生動物等組成的微生物生態體系，廢水中的有機物通過吸附、氧化、代謝分解、合成等作用被降解，從而使廢水得以凈化。[6]

2.3 納米二氧化鈦/活性炭常溫催化反應

上述處理單元尚未分解或生化也極難降解的有機物，在此被強氧化劑臭氧進一步氧化分解。本工藝采用納米級二氧化鈦/活性炭催化臭氧反應，若無催化劑則臭氧消耗量大（一般分解0.8 g COD需1 g臭氧），電耗大，運行成本高，氧化效率低。目前尚未見將納米級二氧化鈦/活性炭用于臭氧催化氧化處理廢水的報道，1 g臭氧能氧化20 g COD，使臭氧在污水處理領域拓寬了前景。

納米級二氧化鈦/活性炭催化臭氧反應機理如下：納米TiO2/活性炭催化臭氧反應生成強氧化劑·OH自由基，可以將芳香族化合物開環生成脂肪族化合物，并隨著氧化程度的加深，碳鏈逐步斷裂，最終產物為CO2。另外，O3還可以分解成新生態氧原子〔O〕，〔O〕本身就是強烈親電子或質子的氧化劑，再加上活性炭的吸附和納米二氧化鈦的催化作用，使氧化反應加速，更能將不飽和共軛發色基團打開，最后生成分子量較小的有機酸和醛類化合物，從而使水質失去顯色能力。該類工藝技術降解COD的能力比傳統的催化工藝提高了10倍以上。

綜上所述，本工藝選擇常見的廢水治理技術——物理方法，生化方法和化學方法，這3種方法結合并用可確保水質穩定達標。

2.4 工藝流程示意圖（見圖2）

圖2 洗箱廢水處理工藝流程圖

2.5 處理效果

洗箱廢水經上述工藝處理后出水水質見表3。

表3 洗箱廢水處理后出水水質

3 經濟效益分析

3.1 主要機電設備和藥劑費用分析

藥劑：治理每噸水需要混凝劑和助凝劑0.07元，酸0.03元。

電費：經常運行的設備主要有鼓風機（0.75 kW），提水泵（0.75 kW），每度電費以0.75元計，處理每噸廢水的電費1.85元。則噸水處理成本為1.95元。

3.2 社會環境與經濟效益

企業每天治理2 t洗箱廢水，全年可處理720 t，治理后出水可以達到天津市《污水綜合排放標準》二級標準，集裝箱洗箱廢水得到有效治理，減少了對環境污染。另外從表3數據可知，該水質可以作為二次洗箱水回用，節省水資源，減繳排污費，具有明顯的社會效益和經濟效益。

4 結論

隨著天津港港口運輸業的發展，集裝箱吞吐量劇增，2010年天津港的集裝箱吞吐量達到1 000萬標準箱。開展集裝箱運輸業務的港口都面臨著集裝箱沖洗問題，集裝箱洗箱廢水治理必然有很大的需求。

本公司為了滿足現場處理廢水的要求，將處理工藝裝置全部集中在一個可移動的空間內，實現了處理單元的小型化、移動化。本裝置為集裝箱洗箱廢水的處理提供了高效穩定、運行成本低的工藝，促進了集裝箱行業的發展。截止目前，已經為華韓、天盛、金獅五礦、天津港貨運、天津港物流發展、中集、振華等集裝箱貨運公司提供了技術服務，調試運行后出水均通過天津市環境保護監測站的檢測。本裝置是在實際洗箱水治理工程運行的基礎上，不斷改進、不斷創新的結果，洗箱污水的處理技術已基本成熟。目前已經開發出多種規格的系列產品，可以依據客戶的待處理水量、水質等要求設計生產匹配產品，以滿足不同客戶的多元化需求。■

[1]龐金釗，周秀鳳，楊宗政，等.化學品集裝箱清洗污水的處理方法[J].天津科技大學學報，2007，22（4）：31-33.

[2]雷崗星，李桂菊，朱麗香.濕式催化氧化法處理罐式集裝箱清洗廢水的研究[J].水處理技術，2009，35（4）：89-92.

[3]高永福.集裝箱沖洗[J].港灣技術，2002（4）：16-19.

[4]港口工程環境保護設計規范[S].中國人民共和國行業標準JTJ 231-94.1994.

[5]胡筱敏.混凝理論與應用[M].北京：科學出版社，2007.

[6]崔福義，張兵，唐利.曝氣生物濾池技術研究與應用進展[J].環境污染治理技術與設備，2005，6（10）：1-7.