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        主要產品:通風蝶閥|氣動快切閥|高溫煙閥|調節閥|氨用截止閥|球閥|脫硫蝶閥|電磁閥
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        高濃度紗管紙廢水處理工程的設計與運行

        高濃度紗管紙廢水處理工程的設計與運行

        原創:李瀚翔等


        隨著我國原料產業結構調整及出口產品的增加,紗管紙的需求量日益增加。紗管紙是一種高強度紙板,專供紡織工業制造粗紗管、化纖紗管及其他紙芯管用。紗管紙業是一個用水量及廢水產生量極大的新興行業。其廢水主要來自原料的破碎離解、洗滌、打漿和抄紙等生產工藝。國內對再生紙廢水的研究很多,但針對高濃度紗管紙廢水的工程研究卻鮮有報道。

        安徽某紗管紙造紙企業產生的紗管紙廢水COD高達12 000 mg/L,固體懸浮量2 000~2 500 mg/L,且含有鈣鹽,但氮磷含量卻很低,生化性能較差。國家在《制漿造紙工業水污染物排放標準》(GB 3544—2008)中對各廠噸產品排水量作了明確規定,隨著噸產品排放量的不斷降低,廢水中COD逐漸增高,普通物化處理早已不能滿足達標排放,如何高效處理該類廢水已普遍受到環境部門的高度重視。筆者針對安徽某紗管紙造紙企業產生的高濃度紗管紙廢水,采用氣浮—水解酸化—IC—曝氣池工藝,對廢水有機污染物降解性能進行了研究,為紗管紙廢水處理的工程化提供了一定的參考依據。


        1 工程概況

        1.1 廢水水質水量

        安徽某紗管紙造紙企業是集制漿、造紙、污水處理于一體的大型紗管紙生產基地。企業年產紗管紙制品10萬t,生產穩定,日排放廢水1 000 m3,廢水水質及《污水排入城鎮下水道水質標準》(CJ 343—2010)如表 1所示。

        表1  廢水水質及排放標準

        項目 pH COD/(mg?L-1) SS/(mg?L-1) NH3-N/(mg?L-1) TP/(mg?L-1)
        廢水水質 7.0~8.0 12 000~15 000 2000~2500 - -
        排放標準 6.0~9.0 500 400 35 8

        1.2 工藝流程

        現根據該廠實際的廢水水質、水量情況,采用在氣浮工藝的基礎上串聯高效厭氧處理設施并組合好氧曝氣池的工藝對廢水進行處理,具體工藝流程如圖 1所示。

        圖1工藝流程

        該污水處理系統由預處理系統和生化處理系統兩部分組成。生產廢水由廢水排放管道經機械格柵后進入調節池,并通過提升泵進入氣浮池。氣浮池采用部分回流加壓溶氣工藝,并在池內投加PAC和PAM,旨在去除廢水中的SS及COD。70%的氣浮出水回用于造紙生產,30%的氣浮出水經污水泵進入水解酸化池。水解酸化池設有氮、磷投加裝置,以確保廢水中營養成分均衡?;旌暇鶆蚝蟮膹U水進入中間水池,通入蒸汽調節水溫后進入IC塔進行生化處理。預處理后的廢水生化性能良好,很大程度提升了IC塔的處理效率。厭氧出水經沉淀后進入曝氣池進行好氧處理,好氧段采用普通活性污泥法,好氧出水經二沉池沉淀后達標排放。

        污泥處理系統主要包括污泥濃縮池及污泥脫水機。沉淀池污泥及氣浮浮渣經收集后排入污泥濃縮池,經濃縮、脫水干化后的泥餅外運填埋或綜合利用。

        2 主要構筑物設計參數

        (1) 氣浮池。氣浮池采用部分回流加壓溶氣工藝,通過投加PAC和PAM以去除水中懸浮物及溶解性膠體物質,從而降低出水COD、SS及色度,70%出水回用于生產,其余廢水排入后續生化處理系統進行處理。1座,鋼筋混凝土結構,直徑8 m,處理能力150 m3/h。

        (2) 水解酸化池。在池內補充生物反應維持正常進行所需要的營養鹽,投加比例按n(COD)∶n(N)∶n(P)=350∶5∶1。1座,鋼筋混凝土結構,尺寸14 m×30m×7 m,有效體積2 900 m3,最大水深6.5 m,HRT=54 h,同時配攪拌器4臺。

        (3) IC塔。IC塔通過其合理的構造設計及自身產氣所實現的混合液內循環,可大幅度提升泥水的混合接觸和傳質效果,保證了第一反應室內高濃度的污泥量,并且具有占地面積小,抗沖擊負荷能力強,生物啟動快等優點,得到國內廢水處理行業廣泛應用。2座,碳鋼結構,內外防腐,單個尺寸D 10 m×23 m,HRT=72 h

        (4) 曝氣池。經IC反應器處理后的廢水進入好氧處理系統,筆者工藝采用普通活性污泥法。1座,鋼筋混凝土結構,單體尺寸D 20 m×5.5 m,HRT=34 h,采用鼓風曝氣,配有風機2臺。

        (5) 二沉池。1座,采用輻流式沉淀池,鋼筋混凝土結構,尺寸D 18 m×4.5 m,配周邊傳動刮泥機1臺。污泥部分回流,剩余污泥則由污泥泵排入污泥濃縮池進行處理。

        (6) 污泥濃縮池。濃縮池用以儲存氣浮浮渣及生化系統定期排放的剩余污泥。沉淀后排出上清液,濃縮污泥經污泥調理罐調理為易脫水的污泥,再經板框壓濾機脫水為泥餅,外運至有資質單位進行后續處理。1座,鋼筋混凝土結構,尺寸5 m×6 m×6 m。

        (7) 污泥脫水機房。1座,磚混結構,尺寸5 m×6m×3 m,污泥脫水設備選用板框壓濾機,產生的污泥經過脫水系統處理后,進一步降低污泥含水率,形成泥餅,減少污泥體積,并委外處理。


        3 工藝調試及運行效果分析

        3.1 污泥的接種

        (1) 水解酸化池污泥。污泥取自城市污水處理廠污泥濃縮池污泥。接種初期,投加含水率99%的污泥150 t,此時池內MLSS在1 000 mg/L左右。通過機械攪拌及營養物質的投加,使污泥在最適的營養比下生長,最終MLSS達到5 000 mg/L以上。

        (2) IC厭氧反應器污泥。接種污泥取自青島某廠的厭氧消化污泥。初期,向IC塔投加含水率為90%的干污泥,利用生活污水配制進水并控制COD為2 000 mg/L左右,保證進水n(COD)∶n(N)∶n(P)=350∶5∶1,同時增加IC塔塔內溫度,直至達到37.5 ℃,測量IC塔出水COD。當COD去除率穩定在85%左右,即可逐步增加進水負荷,每次增加量1 000 mg/L,直至系統達到設計負荷,厭氧系統調試結束。

        (3) 好氧曝氣池污泥。污泥取自城市好氧生化池內污泥。好氧污泥采用與厭氧污泥相類似的培養法,培養時,投加污泥濃度500 mg/L的新鮮污泥,控制系統內溶解氧低于2 mg/L,直至達到滿負荷,生化系統調試結束。

        3.2 運行結果及分析

        該廢水處理工程于2012年5月開始施工,同年10月進入調試運行,并于2013年1月正式運行。工程經過2 a的穩定運行,對出水COD、SS進行監測,結果如表 2所示。

         表2 水水質監測數據

        項目 pH COD/(mg?L-1) SS/(mg?L-1) NH3-N/(mg?L-1) TP/(mg?L-1)
        氣浮池 6.5~7.5 12000~15000 2 000~2 500 - -
        水解酸化池 6.5~7.5 10000~12000 1 000~1 500 - -
        IC 塔 7.0~8.0 500~1 000 500~1 000 - -
        曝氣池 7.5~8.5 300~500 300~500 - -
        二沉池出水 8.0~9.0 200~300 200~300 <5 <1

        由表 2可見,處理效果良好,出水COD 200~300 mg/L,COD去除率大于97%,NH3-N <5 mg/L,TP <1 mg/L,SS為200~300 mg/L,各項指標全部優于《污水排入城鎮下水道水質標準》(CJ 343—2010)。


        4 工藝特點及問題分析

        4.1 工藝特點

        (1) 有機物含量非常高。普通再生紙廢水質量濃度一般在2 000 mg/L左右,采用氣浮-好氧組合處理工藝即可取得較好效果,而該紗管紙廠在造紙過程中為了節約用水,采用高比例回用水,使得廢水COD高達12 000~15 000 mg/L,是普通造紙廢水的5~10倍,處理難度大大增加。工藝針對該廢水有機物濃度高的特點,在氣浮池后串聯高效厭氧IC塔。通過2 a的運行結果可以看出,IC塔運行穩定,可去除90%的COD,極大地節約了占地問題并節省了運行費用。

        (2) 營養鹽極度缺乏。廢水雖然具有很高的COD,但基本不含氮磷,無法滿足厭氧方法對營養物的需求,為此需在水解酸化池內補充適量的氮磷。經計算,每天需投加尿素150 kg,磷酸二銨60 kg,以控制廢水的營養平衡,使微生物在有利的條件下生長,最大程度的去除廢水中的COD。通過測定污泥沉降比(SV),并根據SV不斷調整氮磷的投加量,防止系統發生污泥膨脹。

        (3) 鈣鹽的影響及控制。紗管紙是一種對強度要求非常高的特種紙,生產過程中會適當投加碳酸鈣用以增強紗管紙的硬度,同時大量采用廢紙造紙時,廢紙化漿過程也會有大量鈣鹽析出,該部分鈣鹽會大量進入到廢水中,排放至廢水處理系統。在系統運行過程中發現,該鈣鹽最容易沉積于厭氧進水支管內,使進水管有效流通截面積減小,流動阻力增大,最終無法進水;同時進入反應器的鈣鹽會沉積于池底,逐步減少反應器有效池容,長時間將導致整個系統癱瘓。為防止管道堵塞,影響系統的正常運行,該系統在每根厭氧進水支管都安裝了流量計,并設置便于排砂及便于疏通的裝置。當發現流量開始降低時,立即清通,減少進入反應器的鈣含量。

        4.2 運行問題及處理措施

        (1) 氣浮池運行的穩定性決定了后續生化池的處理效果:生產廢水中SS高達50 000 mg/L,通過對氣浮池內投加PAC和PAM去除廢水中大量的SS。氣浮后出水SS仍有2 000~2 500 mg/L,故后續處理仍需對出水SS進行監測,防止因SS過高,降低生化處理效率。

        (2) 氮磷投加量需量化:該廢水雖然具有很高的COD,但氮磷含量偏低,不足以供給微生物最適的生長環境。實際運行中,需對氮磷投加量不斷調整并實時監測。調配不當,會導致好氧污泥膨脹。此外還應避免因人為投加過剩導致出水氮磷超標。

        5 技術經濟分析

        項目總投資600萬元,日處理生產廢水1 000 m3,氣浮出水回用700 m3,其余廢水經生化處理后達標排放。工程建成后,廢水處理的運行成本主要為電費、藥劑費及人工費,成本約為3元/m3。

        6 結論

        工程采用氣浮—水解酸化—IC—曝氣池組合工藝處理高濃度紗管紙廢水,在調整氮磷營養比例為n(COD)∶n(N)∶n(P)=350∶5∶1的條件下,出水COD 200~300 mg/L,NH3-N <5 mg/L,TP <1 mg/L,各項出水水質指標均優于《污水排入城鎮下水道水質標準》(CJ 343—2010)。工程自2013年1月正式投入使用后,運行穩定達標,系統產生的剩余污泥少,處理費用約為3元/m3,可為同類企業的廢水處理技術研發和應用提供借鑒。


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