顏料廢水處理方案

                       
顏料廢水處理方案

    一、塗料廢水汙染特征

  塗料生產使用的原料主要為各類樹脂、聚酯、有機溶劑、顏料、助劑如鋅鋇白、鈦白粉、鐵紅、滑石粉等,生產工藝大都涉及樹脂合成、色漆配製等,在此過程中不可避免產生廢水。塗料廢水含樹脂殘留物、老化樹脂(樹脂合成的中間產物)、油脂、苯、酚、極細的懸浮物。

  同時由於塗料行業生產規模相對偏小、品種多,具有組成複雜、水質複雜、濃度高、懸浮物多,CODCr高、水量變化大、色度變化大且濃度高的特點。單純的生化或物化處理均難以達到排放要求,被認為是難處理的廢水種類之一。

  二、塗料廢水常見處理工藝

  由於塗料生產廢水難生化降解、直接進入生化係統容易導致生化係統癱瘓的特點,國內外的塗料廠生產廢水處理手段主要為“物化+生化”組合的方式。

  物化處理常用的有氣浮、混凝沉澱、吸附、過濾、膜分離等方式,其中氣浮、混凝沉澱主要用於前處理,吸附、過濾、膜分離用於深度處理。

生化處理包括厭氧和好氧兩個工藝,由於塗料廢水有機物含量很高並帶有不易好氧降解的成份,一般采用“厭氧+好氧”聯合。厭氧工藝有上流式厭氧汙泥反應器(UASB)、上流式汙泥床過濾器(UBF)、厭氧生物濾池(AF)、厭氧流化床反應器(AFBR)、汙泥膨脹床反應器(EGSB)等工藝,好氧工藝有接觸氧化、氧化溝、SBR工藝、MBR、生物轉盤、生物曝氣濾池等工藝,以及這些工藝的變種。

    三、工程實例一

    1、項目概況

  廣東某化工有限公司是國內首批民營塗料企業,位於江門市,專業從事塗料的研發、生產、銷售,是國家火炬計劃重點高新技術企業和廣東省高新技術企業。該公司的主要產品有:內外牆乳膠漆、水性木器漆、木器工業漆等。汙水主要來源於洗浮膠漆罐廢水、清洗地板水和生活用水。

    2、設計水量、水質

  設計水量:60m³/d;其中:生產廢水:20m³/d,生活廢水:40m³/d。

    3、處理工藝及說明

  采用“二級物化+複合厭氧+接觸氧化+生物炭濾池”的處理工藝。鑒於生產廢水水量不大,采取物化間歇處理,生化連續處理的方式。

  為了提高廢水可生化性,在塗料廢水中引入生活汙水一起處理。引入生活汙水進入處理係統能夠為微生物提供充分的營養物質,但是同時又給係統帶來NH3-N、總P的問題,所以係統新增了脫氮和除磷的措施。流程圖如下:

  塗料生產廢水先進入調節池1均勻水質水量,充分混合後由泵提升至一級反應沉澱池。一級反應沉澱池的反應區分為2格,第一格投加NaOH、FeSO4,並通過pH監測儀控製廢水pH在9左右,第二格投加PAC、PAM,沉澱去除汙水中部分懸浮物、乳化油和CODCr後上清液進入二級反應沉澱池,二級反應沉澱池與一級反應沉澱池相同設置,出水進入調節池2。在調節池2充分混合生產生活廢水後再泵入複合厭氧池反應,經厭氧反應後廢水中的汙染物濃度已經得到很大程度的降低,廢水的可生化性得到提高,殘餘大部分有機物在接觸氧化池內進一步被分解轉化。在接觸氧化池的出口投加PAC提高除磷效果。接觸氧化池的出水進入二沉池進行泥水分離後流進砂濾池。廢水在砂濾池截留大部分懸浮物後流入生物炭池吸附汙水中的懸浮物、CODCr、BOD5。生物炭池的出水進入清水池後直接達標排放。砂濾池、生物炭池定期反衝洗,反衝洗水流回調節池2重新處理。

  二沉池的生化汙泥自流入生化汙泥池和反應沉澱池的物化汙泥自流入物化汙泥池中進行濃縮。濃縮後的汙泥定期由汙泥泵泵入壓濾機中脫水。壓幹的汙泥由人工外運,濾液回流至調節池2重新處理。

    4、主要構築物功能及設計參數

  (1)調節池1(地埋式)

  用於收集每天排放的生產廢水,調節生產廢水的水質水量;由於此類廢水具有一定的沉降性,為了防止顆粒沉積,設穿孔管預曝氣。

  淨空尺寸:3.50m×4.80m×4.00m;有效水深:3.2m,有效容積:53.76m³,停留時間:HRT=64.5h;配套設備:汙水提升泵2台,1用1備,規格參數:Q=7.2m³/h,H=13.0m,N=0.75kw。

  (2)一級反應沉澱池(半地埋式)

  中和廢水中多餘的酸,調節pH至9左右,增強反應效果。投加NaOH、FeSO4、PAC和PAM,初步去除廢水中的汙染物質。

  淨空尺寸:3.30m×2.00m×6.00m;反應區平均分為2格,反應時間:41.5min;表麵負荷:1.00m³/(㎡・h);配套設備:攪拌機2台,規格參數:N=0.55kw。

  (3)二級反應沉澱池(半地埋式)

  調節pH至9左右,增強反應效果。投加NaOH、FeSO4、PAC、PAM進一步去除廢水中的汙染物質。

  淨空尺寸:3.30m×2.00m×6.00m;反應區平均分為2格,反應時間:40.2min,表麵負荷:1.00m³/(㎡・h);配套設備:攪拌機2台,規格參數:N=0.55kw。

  (4)調節池2(地埋式)

收集反應沉澱池的出水與生活廢水,池內設穿孔管曝氣充分混合兩股廢水。池內設液位控製器2套,控製泵的啟閉。淨空尺寸:7.50m×5.00m×4.00m;有效水深:3.2m,有效容積:120m³;停留時間:HRT=48h;配套設備:提升泵2台,1用1備,規格參數:Q=13.0m³/h,H=18.0m,N=1.5kw。   

   (5)複合厭氧池(半地埋)

  該類廢水由於生化性較差,故厭氧是否高效成為此設計的關鍵。本設計的厭氧采用複合厭氧池結合UASB和UBF技術,其下部為汙泥床區,廢水先通過汙泥床與高濃度汙泥接觸,SS被截留,有機物被微生物吸附發生水解。反應池的上部為填料區,填料具有巨大的比表麵積,為微生物提供生長的場所。經過複合厭氧池處理後,廢水中的汙染物濃度已經得到很大程度的降低,廢水的可生化性提高,為接下來的好氧準備好充分的條件。采用汙水內部循環保證汙水上升速度,增強厭氧效率,同時設汙泥回流保證厭氧池內的汙泥濃度,混合液回流保證對NH3-N的去除。

  淨空尺寸:6.80m×7.75m×7.50m;有效容積:368.9m³;汙泥負荷:0.23kgCOD/(kgMLSS・d);停留時間:HRT=147.6h。

  (6)接觸氧化池(半地埋)

  去除汙水中的有機物質,降低汙染物質濃度;在出水口處設混凝段,投加PAC,進一步去除廢水中的汙染物質、磷。

  淨空尺寸:3.30m×7.75m×6.00m;有效容積:140.7m³;汙泥負荷:0.17kgBOD5/(kgMLSS・d);停留時間:HRT=56.3h。

  (7)二沉池(半地埋式)

  采用豎流式沉澱池,汙水在其內進行泥水分離。

  淨空尺寸:2.30m×2.00m×6.00m;表麵負荷:0.54m³/(㎡・h)。

  (8) 砂濾池(地上式)

  截留汙水中的懸浮物質;底部設有氣管,利用氣水反衝洗。

  淨空尺寸:3.00m×2.00m×3.50m;配套設備:反衝洗泵1台,規格參數:Q=65m³/h,H=25m,N=11kw。

  (9)生物炭池(地上式)

  生物炭池采用曝氣生物濾池的原理。利用活性炭的吸附能力吸附汙水中的有機物質,進一步去除汙水中的汙染物質,同時利用活性炭作為生物的載體,在池內通入空氣,進一步去除水中的汙染物質。

  淨空尺寸:2.80m×2.00m×3.50m。

    5、工程投資及運行費用

  (1)項目占地麵積:219㎡,總投資:60萬元。

2)運行費用:

     A、電費:工程每天用電量156.50kwh,每天運行電費114.75元。

    B、人工費用:汙水處理站定員2人,每天人工費133.33元。

    C、藥劑費用:每天NaOH用藥量9.0kg;FeSO4用藥量24.0kg;PAC用藥量12.6kg;PAM用藥量0.5kg;每天藥劑費82.90元。

    D、汙泥處置費:費用約為20.00元/日。

    E、總運行費用:350.98元/日;平均處理費用:239.18/60=5.85元/m³汙水。

  由於項目處理水量小,在平均運行費用中,人工費及由間接人工產生的汙泥處置費占2.56元,接近一半,因此按平均運行費用誤差較大。

    6、運行效果

該公司汙水處理站自2006年建成投入運行以來,處理效果穩定,排水達標,具有良好的環境效益。

    四、工程實例二

    河北省某化工企業主要生產有機顏料,在生產過程中產生了大量有機顏料廢水。本工程基於顏料生產企業的要求,以及段雲霞等的研究成果,根據不同水質特點分別采取了鐵碳微電解、Fenton氧化、光合細菌、生化反應等工藝對汙水進行治理,在保證達標排放的前提下,最大程度降低了運行成本。工程調試完成後,整個汙水治理係統運行穩定,各項出水指標優於預期要求。

    1、水質水量分析

    河北省某化工企業主要生產有機顏料,廢水來源主要是工藝廢水、廢氣吸收廢水、地麵衝洗水、生活汙水等。

    廢水按水質可以分為4大類:

    第1類為高濃度廢水A(COD高、鹽分低),主要來源於精製廢水、濾洗廢水、粗品車間廢水,主要汙染物為COD、苯係物等;

    第2類為高濃度廢水B(COD高、鹽分高),主要來源於結晶過濾廢水、濾洗廢水、精餾塔頂流出液、廢氣吸收廢水、粗品車間廢水、母液,主要汙染物為COD、苯係物、二氯乙烷、二甲基甲酰胺、水合肼、鹽分等;

    第3類為低濃度廢水C,主要來源於消化廢水、水衝泵廢水、地麵衝洗廢水、蒸餾放料槽廢水、蒸汽尾水、生活汙水,主要汙染物為COD、SS、氨氮、總磷、苯係物等;

    第4類為稀廢水D,主要來源於產品洗水,主要汙染物為COD、SS等。根據廢水水質不同先分質處理,再合並處理。最終處理出水執行《汙水排入城鎮下水道水質標準》(CJ 343—2010)的B等級標準。各類廢水水質水量如表 1所示。

    2、工藝分析

    廢水處理工藝流程如圖 1所示。

圖 1 廢水處理工藝流程

    根據4類廢水水質,采取不同的方式進行處理,最後混合進入生化係統。高濃度廢水A首先匯入1#集水池,然後經提升泵進入1# Fenton池進行氧化預處理,隨後進入調節池。低濃度廢水C直接進入調節池。高濃度廢水B首先匯入2#集水池,然後經提升泵進入鐵碳微電解池。鐵碳微電解工藝主要是利用設備中填充的鐵碳微電解填料中鐵和碳產生的“原電池”效應治理廢水,適合化工廢水的處理,尤其對於廢水中的氨基、硝基、苯環等難降解物質,能起到破環斷鏈,將難降解物質變為容易降解物質,增強廢水的可生化性。高濃度廢水B的pH在2.2左右,不需提前酸化,可以直接進入鐵碳微電解池。鐵碳微電解池內安裝高質量鐵碳填料,在處理過程中不產生板結和鈍化。鐵碳微電解池出水含大量的Fe2+,進入2#Fenton池後加入H2O2可以發生Fenton氧化反應,進一步去除廢水中的汙染物,然後匯入調節池。3類廢水經調節池混合後進入厭氧池,在厭氧菌作用下將高分子物質斷鏈和開環,進一步提高廢水的可生化性,對COD也有一定的去除率。

    廢水經過厭氧池處理後進入PSB(photosynthetic bacteria)反應池,利用光合細菌進一步降低廢水中的COD和氨氮。光合細菌在自然界中分布廣,既可以在有光照射無氧環境中生存,也可以在無光照有氧環境中生存。PSB反應池是通過投加特殊的光合細菌對汙水進行處理,對高濃度有機廢水具有明顯的優勢。在PSB反應池中安裝大夾片填料利於光合細菌固著生長,可減少其流失。本工程廢水含鹽量很高,可以發揮PSB耐高鹽的特點,在無光照有氧環境中對廢水進行治理。PSB反應池出水經A/O池進一步去除有機物和氮元素,然後與稀廢水D混合進入接觸氧化池。接觸氧化池出水達標排放,進入城市下水道。

    3、主要構築物與設備參數

   (1)集水池

    集水池2座,鋼砼結構,內襯防腐材料。1#集水池有效容積50 m³,2#集水池有效容積100 m³。每池安裝汙水提升泵2台(1用1備),型號IHF65-50-125,P=3 kW;池底布設穿孔曝氣管1套,安裝電磁流量計1台。

   (2)鐵碳微電解池

    鐵碳微電解池1座,鋼砼結構,內襯防腐材料,有效容積40 m³。池內安裝鐵碳微電解填料25 m³,池底安裝曝氣管道,與生化係統共用風機,鼓風量450 L/min。

   (3)Fenton氧化池

    Fenton氧化池2座,鋼砼結構,內襯防腐材料。1#Fenton池有效容積20 m³,2# Fenton池有效容積40 m³。兩池共用酸、堿、硫酸亞鐵、雙氧水、PAM投加設備。

    4、調節池

    調節池1座,鋼砼結構,有效容積1 200 m³。汙水提升泵2台(1用1備),型號IHF80-65-125,P=5.5 kW;池底安裝穿孔曝氣管1套。

    5、厭氧池

    厭氧池1座,鋼砼結構,有效容積1 600 m³。潛水攪拌器4台,型號QJB7.5/12,P=7.5 kW,轉速480 r/min。

    6、厭氧沉澱池

    厭氧沉澱池1座,鋼砼結構,有效容積75 m³,水力停留時間4.2 h,水力表麵負荷1.2 m³/(㎡˙h)。安裝汙泥回流泵2台(1用1備),型號80ZW65-25,P=7.5 kW。

    7、PSB反應池

    PSB反應池4座,鋼砼結構,總有效容積1 760 m³。安裝大夾片填料1 100 m³。HSR125型AG平台在线游戏4台,池底安裝穿孔曝氣管道。

    8、PSB沉澱池

    PSB沉澱池1座,鋼砼結構,有效容積100 m³,水力停留時間3.7 h,水力表麵負荷1.4 m³/(㎡˙h)。安裝汙泥回流泵2台(1用1備),型號80ZW65-25,P=7.5 kW。

    9、A池

    A池2座,鋼砼結構,有效容積600 m³。HSR150型AG平台在线游戏3台(2用1備),與O池共用,安裝大夾片填料360 m³。

    10、O池

    O池2座,鋼砼結構,有效容積480 m³。鼓風機與A池共用,安裝小夾片填料300 m³。

    11、二沉池

    二沉池1座,鋼砼結構,有效容積120 m³,水力停留時間4.5 h,水力表麵負荷1.36 m³/(㎡˙h)。安裝汙泥回流泵2台(1用1備),型號80ZW65-25,P=7.5 kW。

    12、接觸氧化池

    接觸氧化池4座,鋼砼結構,有效容積1 200 m³。HSR150型AG平台在线游戏2台,安裝大夾片填料750 m³。

    13、終沉池

    終沉池2座,鋼砼結構,有效容積150 m³,水力停留時間4.2 h,水力表麵負荷0.68 m³/(㎡˙h)。安裝汙泥回流泵2台(1用1備),型號80ZW65-25,P=7.5 kW。

    14、汙泥濃縮池

    汙泥濃縮池2座,鋼砼結構,有效容積275 m³。汙泥泵3台(2用1備),規格:Q=30 m³/h,H=18 m,P=4 kW。

    15、工程調試及運行結果

    廢水處理工程設計階段對高濃度廢水進行了鐵碳微電解和Fenton氧化小試試驗,綜合考慮成本和排放要求,分別確定了廢水A的COD去除率達到30%,廢水B的COD去除率達到50%的最佳藥劑投加量和反應時間,以此指導現場調試。生化處理部分在廢水處理工程建成後直接現場調試。

    高濃度廢水A加硫酸調節pH為3~4後進入1# Fenton池,向池內投加質量分數為0.3%的硫酸亞鐵和質量分數為1%的雙氧水,氧化4 h,可以去除30%的COD。

    高濃度廢水B本身pH在2.2左右,可以直接進鐵碳微電解池,控製微電解反應4 h,氣水比3: 1。鐵碳微電解池出水加酸調節pH=3後進入Fenton氧化池,補充質量分數為1%的雙氧水,Fenton氧化4 h。Fenton氧化池出水加石灰調節pH=8.5。在上述條件下,COD去除率可以達到50%。

    廢水A、B、C混合後進入厭氧池,通過厭氧菌作用提高廢水的可生化性。調試過程中控製COD容積負荷在0.3 kg/(m³˙d),根據m(COD): m(N): m(P)-200: 5: 1,適當投加營養元素。

    企業購買PSB混合菌種後自行培養馴化。調試過程中定期投加菌種,補充光合細菌的流失。調試初期投加營養劑,增加廢水的可生化性,並激活光合細菌的活性。PSB係統調試初期進水COD控製在1 000 mg/L以下,後續進水COD逐漸提高到6 000 mg/L左右。經過2個月的時間,完成了PSB反應池的調試。水力停留時間44 h,進水pH控製在7左右,COD去除率在70%左右。

    生化池接種汙泥取自城市汙水廠脫水後新鮮幹汙泥,含水率約為80%。調試階段,A池投加40 t,O池投加20 t,接觸氧化池投加60 t,共分2次添加。首先將低濃度廢水C和稀廢水D引入係統,並增加少量糞便汙水。前3天控製曝氣8 h,停機4 h,後續逐步減少停機時間直至連續曝氣,A池溶解氧控製在0.5 mg/L,O池溶解氧控製在2 mg/L。培菌過程中觀察生物相和進出水的變化,經過調試,確定A/O係統汙水回流比控製在200%效果最佳。A/O係統汙泥回流比控製在70%,主要回流到A池,根據汙泥濃度變化,汙泥也可少量回流到O池。接觸氧化池在調試期間保持終沉池汙泥回流,調試完成後終沉池汙泥不再回流,直接進汙泥濃縮池。

    每天產生的305 t稀廢水D,根據調試情況,部分可作為厭氧池或PSB生物反應池濃度控製調配用水。

    五、結論

  塗料廢水處理采用“二級物化+複合厭氧+接觸氧化+生物炭濾池”的工藝是可行的。其中,複合厭氧池結合UASB和UFB的特點,使之更適合小型汙水處理;生物炭濾池采用曝氣生物濾池的原理,改用活性炭作為載體,提高了吸附及處理的效率。