江西省水钻行业水污染状况调查及处理工艺研究

王 丽，张 浩，钮佰杰，王元月,2*，周 武，何友文，王先勇

(1. 中节能环保投资发展(江西)有限公司，330096，南昌；2. 中节能工程技术研究院有限公司，100082，北京)

0 引言

水钻是一种将水钻坯料(玻璃珠胚)经过磨削抛光等工序生产成的一种仿钻型产品，广泛应用于衣物、提包、发饰等物件的装点配饰。我国水钻产业起步和规模化发展始于浙江省浦江县，经过近四十年的发展，目前已经成为全国最大的水晶玻璃加工集散地之一，产品市场占有率达70%以上[1-2]，因此被誉为“中国水晶玻璃之都”。然而，由于当时产业结构失当，治污力度不够，“小、散、乱”水钻企业给当地带来了严重的环境污染[3-5]。

自2013年开始，浦江县启动了水环境综合整治，同时推动水晶产业的转型升级[6]，在此过程中，部分企业家将目光瞄向中西部省份，谋求新发展出路。2015年，江西省余干县抓住沿海地区水钻产业转移的契机，利用现有存量土地和闲置厂房，并出台优惠政策和鼓励措施，规划建设水钻产业园，当年就成功吸引了项目总投资20亿元的13家水钻企业和1家水钻生产设备制造企业落户[7]。随着水钻产业聚集区在江西多地逐步形成，生产排放的特殊废水给当地水环境的不利影响也逐步显现。本文通过实地调研，系统梳理了江西省水钻企业的分布情况，明确水钻生产工艺及排放废水的水质特征，并开发了一种水钻废水处理工艺，能够确保水钻企业实现废水稳定纳管排放，为江西省水钻行业的健康发展提供技术支撑。

1 江西省水钻行业分布

通过在余干、武宁等多个工业园区的现场调研与互联网资料搜集整理，了解到目前江西省已落户约40家水钻行业企业，产品涵盖水钻饰品、水钻胚料、水钻胶粉以及水钻机械设备生产等，已形成了相对完整的水钻配套产业链。特别指出，余干县积极推动成立江西省水钻协会，与东华大学联合创建“中国水钻研究院”，建成并投入使用了水钻博览馆，为水钻产业展示和装备产品推销提供了一个重要平台窗口，推进水钻产业集群化发展，引导产业链走向高科技精深加工[8]。

如表1所示，江西省水钻企业主要分布在上饶市余干县和九江市武宁县，其中，余干县水钻产业园入驻企业14家，武宁县的万福工业园和盘溪工业园合计共有水钻企业14家，其他企业分布在鹰潭龙岗产业园、广昌县工业园以及上饶信州区、莲花县、贵溪市、南昌市等地。单个水钻企业的废水产量相对较低，平均为152 m3/d，甚至部分企业能够实现生产废水的循环利用。在调研的企业中，最大排水量为江西省赛利得水晶有限公司，达到853.1 m3/d。

表1 江西省水钻企业分布情况表

表1 (续)

2 水钻行业水污染特征

玻璃水钻生产是对主要原料玻璃珠进行碾磨、抛光、清洗、烘干、吸塑、圆磨机平面磨、敏化、化镀、喷漆、吸塑片酸洗、洗银、清洗等工序，其工艺流程如图1所示。

图1 水钻生产工艺流程

生产废水主要来自于下料清洗、酸碱清洗、碾磨和抛光、镀银和洗银清洗等工序。不同工序产生的废水应单独收集处理，例如，镀银和洗银清洗废水需采用还原沉淀法进行预处理，经过还原沉淀后的此部分清洗水外排入污水处理站。常规下料清洗水等主要含有悬浮物，经沉淀后绝大部分上清液可以回用。毛江枫等人[9]开展了水晶玻璃加工行业的污染排放系统调研，得到了水钻生产的不同工序原辅料使用情况及污染物排放情况，如表2所示。由于镀银工序使用到氨水，导致镀银清洗废水中氨氮浓度较高，达到358 mg/L。由于玻璃在切割、磨削、打孔、抛光等机械加工过程中产生大量含有玻璃粉、抛光粉和金刚砂的废水，导致悬浮物浓度普遍高于1000 mg/L。最终到集水池内的废水的pH和COD分别为9.62和1 723 mg/L，因此，水钻废水呈现偏碱性、高COD和高悬浮物的水质特征。

表2 水钻生产各工序原辅料使用情况及污染物排放情况[9]

通过实际调研了余干水钻产业园多家水钻企业，发现其中一股水钻碱液清洗废水污染物浓度最高，应引起足够重视。在水钻加工工序中，水钻坯料需要通过胶粉固定后才能进行磨削和抛光，用到的胶粉多为虫胶和松香，不溶于水但能溶于碱液，故磨好的玻璃水钻需要进行多次碱清洗，才能去除干净残余在水钻表面的胶粉。表3给出了实际调研的5家企业洗钻废水及企业污水处理站总出水的水质情况，可以看出，该股洗钻废水呈强碱性(pH为11.58)、高电导率(5 317.8 μS/cm)、高COD(17 160 mg/L)和高氨氮(132.22 mg/L)特征。企业污水站总出水的污染物浓度均出现大幅降低，主要是由混凝沉淀、生化曝气等处理措施以及其他大量清洗水稀释共同导致的，但总出水的平均COD浓度依然高达538 mg/L，仍超过《污水综合排放标准》(GB8978—1996)中的三级标准(COD≤ 500 mg/L)，表明所调研企业存在超标排放情况。

表3 余干水钻产业园部分企业洗钻废水及外排水水质

3 洗钻废水预处理工艺研究

通常水钻企业将清洗水钻的碱液循环重复使用，直至胶粉在其中溶解达到饱和后才重新配制碱液，所以该股洗钻废水具有水量少、间歇集中排放的特性，必须进行妥善预处理，否则会对企业污水处理站乃至园区末端污水处理厂产生严重的冲击负荷。

由于洗钻废水具有呈强碱性、高COD、高悬浮物等特性，且考虑到胶粉易溶于碱液、不溶于水的特性，故提出顺序投加“酸/PFS/破乳剂+PAC/PAM”的两级混凝预处理工艺，充分去除洗钻废水中的溶解胶粉、COD和悬浮物后再排入企业污水处理站。图2给出了该股洗钻废水的两级混凝预处理工艺流程。

图2 洗钻废水两级混凝预处理工艺流程

洗钻废水单独收集后，首先进入一级混凝池，用酸调节pH至7左右，投加聚合硫酸铁(PFS)，起到混凝和回调pH的双重作用，投加破乳剂强化对胶粉的混凝效果。经过固液分离后上清液再进入二级混凝池，投加聚合氯化铝(PAC)和絮凝剂PAM，经过沉淀后得到洗钻废水上清液，排入企业污水处理站，最终实现达标纳管排放。两级沉淀产生的含有大量胶粉的污泥经过板框压滤之后外运处置。

表4给出了针对某水钻企业洗钻废水的实验结果。可以看出，该洗钻废水的初始COD浓度高达200 000 mg/L，悬浮物SS浓度为900 mg/L，经过上述两级混凝预处理后，COD可降至9 000 mg/L，去除率达到95.5%，同时SS去除率也达到98.9%。通过调研得知，通常情况下水钻企业每天产生的洗钻废水水量仅占总废水量的5%左右，经过两级混凝预处理后的洗钻废水排入企业污水处理站后，再由其他大量低浓度清洗水稀释并在微生物生化处理作用下，水钻企业的最终总出水能够满足《污水综合排放标准》(GB8978—1996)中的三级标准(COD≤500 mg/L，SS≤400 mg/L)，即达标排入园区污水管网。通过初步核算，洗钻废水两级混凝预处理的药剂消耗为酸0.4 L/m3、破乳剂1 L/m3、聚合硫酸铁8 kg/m3、聚合硫酸铝15 kg/ m3、聚丙烯酰胺0.1 kg/ m3，合计药剂成本可以控制在45元/m3以内。

表4 洗钻废水预处理效果

4 结论

1)江西省余干、武宁、广昌等地工业园已形成规模化的水钻产业聚集区，包含水钻机械、水钻坯料、水钻及衍生品等在内的完成产业链条已经构建完成。水钻企业平均废水产量为152 m3/d，但存在出水COD超标排入园区管网情况，对园区下游污水处理厂的稳定运行以及当地水环境质量安全产生一定风险。

2)实地调研发现，其中一股水量约占水钻企业每天排放总废水量5%左右的洗钻废水污染程度较重，应引起特别重视。洗钻废水平均pH和电导率分别达到11.58和5 317.8 μS/cm，呈强碱性和高盐特征，其平均COD和氨氮浓度高达17 160 mg/L和132.22 mg/L，主要污染物质是溶解态的胶粉。

3)针对该股高浓度洗钻废水，提出了顺序投加“酸/PFS/破乳剂+PAC/PAM”的两级混凝预处理工艺，通过实验取得了95.5%、98.9%的COD和SS去除率，药剂成本可以控制在45元/m3以内。洗钻废水的高效预处理能够保证水钻企业总出水稳定满足纳管排放标准。