某化纖廢水處理工程實踐與工藝探討

       

簡述了某化纖有限公司12000m3/d汙水處理工程, 其廢水主要由高溫、高酸度的酸性廢水 (其中一部分還含有高濃度的Zn2+) 和含硫化物、高濃度有機物的堿性廢水組成。針對酸堿廢水的不同性質, 采取物化+生化處理工藝對其進行處理, 對廢水中的COD、SS、Zn2+、硫化物等物質的去除率分別達到了92.4%、91.1%、94.9%和100%。出水穩定地達到了《汙水綜合排放標準》 (GB 8978—1996) 中的一級排放標準的要求。

湖北某化纖有限公司年生產3萬t黏膠差別化短纖維, 黏膠纖維屬於再生纖維素纖維, 是利用天然高分子纖維素為原料, 經過一係列複雜的物理、化學過程製成。黏膠纖維與天然棉纖維相似, 具有良好的吸濕性、透氣性、染色性、抗靜電性, 穿著舒適, 是合成纖維無法相比的, 其紡織品深受廣大消費者喜愛, 在市場上具有較強的競爭力。

生產黏膠差別化短纖維的主要化學原料有硫酸、燒堿、硫酸鋅、硫酸鈉、二硫化碳等。該企業在生產期間產生4 000 m3/d的堿性廢水及8 000 m3/d的酸性廢水。廢水中主要汙染物為COD、SS、Zn2+、硫化物等。鑒於可持續發展和當地環境質量的要求, 該企業先後建設了一期物化處理和二期生化處理的汙水處理設施。並經過當地環保部門驗收, 出水穩定地達到了《汙水綜合排放標準》 (GB 8978—1996) 中的一級排放標準的要求。

水質特點1.1 設計進水水質及排放標準

設計進水水質及排放標準如表1所示。

1.2 原水水質特點

該廢水具有水量大、汙染物濃度較高、總體呈酸性等特性。其中酸性廢水具有酸度高、腐蝕性強、水溫較高 (80℃) 等物理特征, 其主要汙染物為難降解的有機物, 特別是酸性廢水中有一部分Zn2+含量比較高 (約為5 000 m3/d) , 如果含Zn2+廢水直接進入生化係統會抑製微生物的新陳代謝, 因此在進生化處理前必須除Zn2+

堿性廢水中的主要汙染物為COD、SS及部分硫化物。酸堿廢水在中和過程中析出大量不溶性有機物, 同時伴隨有硫化氫和二硫化碳等有毒氣體的產生, 因此必須妥善處置。

2 汙水處理工藝2.1 汙水處理工藝流程

針對不同廢水的水質特點, 首先對部分酸性廢水和全部堿性廢水采取混合吹脫+初沉、另一部分含鋅離子的酸性廢水采取調節p H後沉澱除鋅的物化處理工藝, 然後混合後采取推流式活性汙泥的生化處理工藝, 其處理工藝流程如圖1所示。

酸性、堿性廢水經廠區管道收集進入汙水處理係統。堿性廢水經沉砂池去除大部分大直徑顆粒物質後進入堿性廢水調節池, 部分酸性廢水經格柵後進入酸性廢水調節池, 另一部分含鋅酸性廢水進入高鋅酸水調節池。調節池底部均設有穿孔曝氣管, 通過鼓風機供氣對池內廢水進行攪動, 以防止纖維素等物質的沉澱。

部分酸性廢水 (約3 000 m3/d) 和全部堿性廢水 (4 000 m3/d) 分別由汙水提升泵送入曝氣混合池, 兩股水在此充分混合, 混合廢水呈酸性。在廢水混合過程中析出大量纖維素, 同時產生硫化氫和二硫化碳氣體。通過鼓風機曝氣對池內廢水進行混合攪拌, 並將產生的二硫化碳和硫化氫氣體吹出, 經排氣塔高空排放。同時向曝氣混合池中通過投加石灰乳並利用p H自控係統調節p H後自流入初沉池, 以去除廢水中的大部分懸浮物及不溶性有機物 (一期工程運行時全部酸性廢水都進酸性廢水調節池, 酸、堿性廢水全部提升至曝氣混合池進行混合吹脫, 並通過投加石灰乳中和後進初沉池) 。

另外的酸性廢水 (約5 000 m3/d為高含鋅廢水) 由高鋅廢水調節池提升至混凝反應池, 在混凝反應池中投加石灰乳溶液, 將p H調至9.0左右。石灰乳溶液采用石灰粉在石灰製備間內製備, 石灰乳投加量由反應池中的p H計進行自動控製, 混凝反應池中設潛水攪拌機進行攪動, 以保證反應均勻。此時廢水中的鋅離子將以氫氧化鋅的形式沉澱, 通過除鋅沉澱池去除。沉澱下來的氫氧化鋅和纖維素經汙泥泵排入汙泥濃縮池中。

初沉池和除鋅沉澱池出水自流進好氧生化處理係統, 並經二沉池沉澱後達標排放。

2.2 主要構築物及設計工藝參數2.2.1 堿性廢水沉砂池

堿性廢水沉砂池2座, 池體尺寸11.0 m×6.5 m×3.5 m, 鋼砼結構, 環氧樹脂防腐處理;輪流交替使用, 采用人工清渣的方式。

2.2.2 堿性廢水調節池

堿性廢水調節池1座, 池體尺寸20.0 m×6.0 m×4.0 m, 鋼砼結構, 環氧樹脂防腐處理;HRT為2.3 h。

2.2.3 酸性廢水調節池

酸性廢水調節池1座, 池體尺寸32.0 m×16.0 m×4.0 m, 鋼砼結構, 環氧樹脂防腐處理;HRT為13.9 h (一期所有酸水進入該池, 二期後含鋅酸水進入高鋅酸性廢水調節池) 。

2.2.4 高鋅酸性廢水調節池

高鋅酸性廢水調節池1座, 池體尺寸11.0 m×11.0 m×3.5 m, 鋼砼結構, 環氧樹脂防腐處理;HRT為4.1 h。

2.2.5 地下泵站

地下泵站1座, 泵站尺寸12.0 m×6.0 m×4.0 m;配3台酸水提升泵 (2用1備) 和2台堿水提升泵 (1用1備) 。

2.2.6 曝氣混合池

曝氣混合池1座, 池體尺寸20.0 m×12.0 m×4.5 m, 鋼砼結構, 環氧樹脂防腐處理;采用穿孔管對混合廢水進行吹脫和攪拌, 氣水比10∶1。

2.2.7 石灰乳池

石灰乳池4座, 池體尺寸6.0 m×5.0 m×2.5 m, 鋼砼結構。

2.2.8 混凝反應池

混凝反應池1座, 池體尺寸6.0 m×3.0 m×5.5 m, 鋼砼結構, 環氧樹脂防腐處理;HRT為18 min, 設粗精兩級p H調節, 並采用攪拌機強製機械攪拌。

2.2.9 初沉池

初沉池2座, 池體尺寸D 25.0 m×3.5 m, 鋼砼結構;廢水采取中進周出的方式, 1用1備;q=0.72m3/ (m2·h) [一期時q=1.22 m3/ (m2·h) ]。配半橋式周邊傳動刮泥機2台, 周邊線速度1~3 m/min, 電機功率0.55 k W。

2.2.1 0 除鋅沉澱池

除鋅沉澱池2座, 池體尺寸, D 18.0 m×3.5 m, 鋼砼結構;廢水采取周進周出的方式;1用1備;q=1.10 m3/ (m2·h) 。配半橋式周邊傳動刮泥機2台, 周邊線速度1~3 m/min, 電機功率0.55 k W。

2.2.1 1 好氧池

好氧池1座, 池體尺寸45.0 m×45.0 m×5.0 m, 鋼砼結構;HRT為15.8 h;氣水比7∶1, 配高效微孔曝氣管2 000支;汙泥回流比30%。

2.2.1 2 二沉池

二沉池1座, 池體尺寸D 30.0 m×4.0 m, 鋼砼結構;廢水采取周進周出的方式;q=0.88 m3/ (m2·h) ;配半橋式周邊傳動刮吸泥機1台, 周邊線速度1.2 m/min, 電機功率7 k W。

2.2.1 3 汙泥濃縮池

物化汙泥濃縮池5座, 單座尺寸7.0 m×6.0 m×4.5 m, 鋼砼結構;生化汙泥濃縮池2座, 單座尺寸7.0 m×7.0 m×5.5 m, 鋼砼結構;均采用重力沉降的濃縮方式。

2.2.1 4 鼓風機房及汙泥脫水間

物化吹脫攪拌配三葉羅茨風機2台 (1用1備) , 單台風量62.9 m3/min, 升壓49 k Pa, 電機功率75 k W。好氧池曝氣配三葉羅茨風機2台 (1用1備) , 單台風量62.9 m3/min, 升壓49 k Pa, 電機功率75 k W。汙泥脫水間配帶寬為2 m的帶式壓濾機3台, 其中生化汙泥1台, 物化汙泥2台, 壓濾後的汙泥外運處置。

3 運行結果及討論3.1 運行結果

二期工程於2007年10月竣工, 並開始進水調試, 2008年1月調試成功, 當地環保部門對進出水水質進行了連續監測, 進出水水質見表2。

從表2可以看出, 各項出水指標均達到了設計要求, 其中COD、SS、Zn2+、硫化物等物質的去除率分別達到92.4%、91.1%、94.9%和100%。

3.2 主要技術經濟指標

該汙水處理站12 000 m3/d汙水處理工程一、二期總投資1 368萬元, 其中土建653萬元、設備518萬元、安裝96萬元、土地征用費41萬元、能交基金35萬元、其他25萬元。

汙水處理站總裝機容量598.30 k W, 實際運行功率345.58 k W, 電價0.57元/ (k W·h) 。藥劑費0.7元/m3, 人工費0.032 5元/m3, 綜合廢水處理成本1.127元/m3

3.3 問題討論

該汙水處理站自調試運行成功以來, 處理效果一直比較穩定, 各項水質指標均達到設計要求。但在運行中也出現了如下問題:

(1) 酸水中有一部分水溫度較高, 最高時達到80℃, 本工程暫未做水的降溫處理。在冬季運行條件下, 依靠水溫與周圍環境的溫差可以使水體在進入生化處理前降到40℃以下, 滿足生化處理對溫度的要求。但在夏季, 必須考慮水的降溫。

(2) 二期工程新建2座除鋅沉澱池, 主要是一期初沉池對總鋅的去除率不太理想, 結合廢水總體呈酸性這一特點, 並考慮Zn (OH) 2在p H為9左右沉澱效果最好, 故對5 000 m3/d高鋅酸水單獨設初精兩級p H調節後再進行沉澱, 取得了很好的鋅離子去除率。

(3) 本工程采用石灰乳中和, 由於廢水中含硫酸根離子, Ca2+與SO42-結合生成溶解度非常小的硫酸鈣沉澱, 由表3可知[1], 硫酸鈣在40℃時溶解度最大, 中和池水溫在40~45℃左右, 而隨著後續各處理工段水溫的降低, 硫酸鈣以Ca SO4·2H2O的形式形成結晶體, 容易發生管道堵塞。本工程中混凝反應池出水管、除鋅沉澱池進出水管均有管徑縮小及過水溝渠中發現有比較嚴重的結晶體形成的現象, 造成管道清洗困難, 給操作帶來不便。同時好氧池的微孔曝氣管也發生過結晶堵塞等問題, 曾進行過幾次人工清洗。建議中和時投其他堿液, 或是增加前處理以有效去除水中的結晶體而不影響後續處理。同時對於同類廢水, 可以盡量考慮采用明渠, 而少用管道進行構築物之間的連接, 沉澱池改用管道較少的平流式沉澱池, 以有效防止管道堵塞帶來的不便。

(4) 由於廢水中含有一定量的鹽分, 加上結晶現象的存在, 二沉池所排的汙泥較常規生化汙泥密度大, 所以二沉池應選擇全橋式刮吸泥機, 主要原因是半橋式刮吸泥機運行一周需要較長時間, 這對密度較大的沉泥處理頻率顯然有所不適。

(5) 初沉池及除鋅沉澱池均設2個, 1用1備, 主要是考慮到水體鹽分較高, 池體清洗較為頻繁的緣故。如初沉池在運行過程中基本上一個月清洗一次。同時, 好氧工藝采用推流式活性汙泥法, 將45 m寬的池體分為10條4.5 m寬的廊道, 每5條廊道為一組分別進出水和汙泥回流。在調試運行中發現, 停止對好氧池的前5條廊道的曝氣, 即將前5條廊道改為缺氧條件運行, 取得了更好的運行效果。主要原因是廢水中難降解的有機成分較多, 廢水的可生化性較差, 並且全做好氧池, 汙泥負荷達到了0.30 kg/ (kg·d) 。而前段改造為缺氧工藝後, 對於提高廢水的可生化性及減輕好氧汙泥負荷起到了至關重要的作用。

(6) 高鋅沉澱池的汙泥中含有重金屬鋅, 建議這部分汙泥單獨處理, 並進行妥善處置。

4 結論

采取酸堿廢水混合吹脫初沉 (高鋅酸性廢水調節p H後沉澱除鋅) 的物化工藝+活性汙泥的生化工藝處理黏膠短纖維生產廢水, 對COD、SS、Zn2+、硫化物等物質的去除率分別達到92.4%、91.1%、94.9%、100%, 出水能穩定達到《汙水綜合排放標準》 (GB8978—1996) 中的一級排放標準的要求。在酸堿廢水中和過程中盡量不用石灰, 以免造成管道堵塞, 同時, 在汙水進入好氧生化處理前進行適當的厭氧處理, 將會達到更好的處理效果。