熱陶瓷工業廢水處理的工藝優化研究

方宏偉

（中鐵建設集團有限公司，北京 100040）

1 工程概況

摩根凱龍（荊門）熱陶瓷有限公司主要生產、銷售生產纖維類制品，如束帆索、罩式爐絕緣材料、熱處理鍍鋅和退火、步進爐和后備絕緣體材料等。公司現有專業陶瓷纖維制品生產線8條。其中真空成型及異型制品年生產能力為925t。該公司的主要生產污染源為濕法生產的廢水，主要污染物成分為淀粉、硅溶膠，還有少量PAE濕強劑樹脂、粘合劑KB－340、丙烯酸酯純丙乳液以及來自辦公樓、食堂、單身宿舍和浴室的生活污水。廢水中有害物CODcr含量較復雜、有機和無機污水伴生、尤其是硅溶膠等有機污染物的成分復雜、難于降解、常規處理難度大。需要特別指出的是，由于該公司是英國摩根集團總部在中國唯一設點的生產企業，基于生產技術上的保密考慮，因此在國內尚無法找到對其生產線產生的工業廢水處理的任何工程實例，這些因素都為此類廢水的有效治理提出了嚴峻的挑戰。

該項目位于荊門漳河水庫上游，地處荊門市區、地理位置十分敏感，因此為保護周邊地表河流、地下水資源，杜絕高濃度無機、有機廢水的污染，摩根凱龍（荊門）熱陶瓷有限公司廢水處理的新建工程是非常必要的。污水經處理后可減少向水體排放的CODcr為61.2t/年、SS為50.4t/年，對消除和保護受納水體污染將會起著重要和積極的作用，該項目于2012年7月開工建設，11月驗收后交付使用。根據濕法、異型生產排放廢水水質化驗見表1。

表1 濕法、異型生產排放廢水水質

從而確定的設計進水水質為：CODcr：180～250mg/L；SS：110～120mg/L；pH：6.5。

設計出水水質為：COD≤20mg/L；SS≤1mg/L；pH 6.0。

2 工藝流程

根據摩根凱龍（荊門）熱陶瓷有限公司提供的有關資料及該項目所在的地理位置和該公司污水水質、水量，經過對項目現場水樣的分析和化驗及小型物化試驗的結果，同時在綜合考慮各種廢水治理技術的基礎上提出該項目的治理設計方案和處理工藝：聯合生化－物化法，即以調節＋混凝＋沉淀＋生物處理＋精細過濾為主體的工藝。

工藝流程圖為：

廠區排出的（淀粉、硅溶膠）廢水進入調節池進行水量調節，均合水質，并去除水中部分的懸浮物，經潛水泵進入絮凝罐，在罐內進行加藥（PAC），絮凝后進入沉降池，再進入生物池、二沉池、多級精細過濾罐，出水進入清水池，回用或排放。處理系統中所產生的污泥先進入污泥濃縮池，經過濃縮，經帶式壓濾機形成泥餅，外運。

3 主要構筑物及設備參數

由于廠區供使用土地面積有限，提供的土地為生產線車間門前原花壇的占地，故整個水處理現場狹長，總體寬度嚴格限制在2.5m以內，各水處理主體構筑物土建部分的結構形式全部為半地下式鋼筋混凝土結構。

3.1 調節池

由于該廠區生產時，不同工藝、不同時段排出的廢水水質、水量變化極大，平時外排水很少，但是在交班前后，含有大量纖維的沖洗水被排出。因此設計調節池尺寸為7m×2m×2m，低于地坪1.5m。

3.2 混凝罐

采用具有自主知識產權的專利技術：高效旋流混凝反應器，水力停留時間為15min。投加聚合氯化鋁（PAC）作為混凝劑，采用提升泵吸入方式投加，投量為25mg/L。此混凝反應器集混合、聚集和凝聚作用于一體，根據微渦旋理論設計而成。首先，在水流進入導流筒之后，水流沿筒壁旋轉向下流動，但由于在導流筒內安裝有擋流板，不僅可以防止水流短流，還可以在水流中不斷地形成小漩渦，使混凝劑在水流中均勻地混合，破壞雜質顆粒的"穩定狀態"，促進小雜質顆粒碰撞、吸附，從而形成小顆粒的礬花，這種設置方式不僅可以使絮凝劑瞬間分散到水體的小渦旋中，而且為微絮體的形成提供了充分的碰撞機會。接著，在網格反應區，由于在反應器中設置了30mm、50mm、80mm網孔的網格擾流裝置，水流在流過格網時將會形成更多小渦旋，甚至形成更小的渦旋，從而產生更多的碰撞、聚集，構型不合理的、密實度差的礬花顆粒進行重新的組合，形成更利于泥水分離的礬花顆粒，從而有效地抑制了礬花的不合理增長。

該反應器混合效率高，克服了常規反應器中礬花生長不合理的現象，形成的礬花顆粒更均勻、密實度更好，泥水分離效果更佳，從而能有效地提高后續處理工藝的效率。同時，該反應器集旋流絮凝反應和網格絮凝反應的優點于一身，克服了網格絮凝池占地面積大、反應所需的容積大、絮凝所需時間長等一系列問題，可以大大地減少占地面積，能有效地提高反應效率和處理能力。

3.3 沉降池

采用豎流式沉淀池，占地面積小，池體尺寸為2.5m×2.5m×3.3m。在混凝反應器中經加藥后，廢水中顆粒具有絮凝性能，而水流向上，攜帶水中微顆粒向上流，從而顆粒之間相互碰撞、絮凝，顆粒變大，沉速也隨之增大，沉至池底被排除。

3.4 生物池及二沉池

生物處理單元初期擬采用生物接觸氧化法，但是在試運行期間，發現廠區生產廢水中含有大量硅溶膠、丙烯酸酯等有機膠，粘附力極大，其與原水中的纖維物質共聚而堆積粘附在生物填料表面，擠壓生物膜成長的空間，使被粘附的生物膜一直處于厭氧狀態，而最外層的纖維表面很難生長出新的生物膜，造成生物池內生物無法發揮作用，使得出水效果極差，因此最終決定采用活性污泥工藝和豎流式二沉池。生物池的尺寸為：3.6m×2.5m×4.6m。采用鼓風微孔曝氣，池內溶解氧控制在2mg/L。二沉池的設計停留時間為2h。

3.5 多級精細過濾罐

也是采用具有自主知識產權的專利技術，設計水力停留時間為1h，設計過濾濾速10～25m/h，反沖洗強度14～16L/（m·s），兩級濾室隔間中裝填200mm厚鵝卵石承托層和800mm厚濾料層，反沖洗按順時針或逆時針方向依次進行反沖洗，單個隔間反沖洗時間約5min，共需反沖洗時間約20min。其工作原理：水流經水泵提升后進入壓力過濾罐，水流依次通過第一級的濾料層、承托層，由中間過水管進入過濾罐的第二級，依次再經過第二級的濾料層、承托層，經出水管排出，水流中細小的雜質顆粒在通過濾料層時，受到濾料顆粒表面的靜電引力、范德華力和化學鍵等作用，在濾料表面發生吸附、聚集、沉淀，雜質顆粒被截留在濾料空隙內；當濾層達到最大截污量后，啟動反沖洗水泵，反沖洗水經配水系統均勻分配，對達到截污極限的濾層進行反沖洗，濾料顆粒在反沖洗水的作用下，顆粒發生劇烈的碰撞、摩擦，將濾料表面和濾料空隙內的雜質顆粒洗掉，使濾料得以更新，從而恢復濾層的截污能力，反沖洗出水經排水槽收集后，排入調節池。

該過濾罐具有以下優點：

過濾器采用新型的陶瓷濾料，可以根據污水的具體性質，對填充的濾料表面進行改性，從而可以保證處理出水的水質；同時對濾層結構進行了改進，采用"反粒度"過濾，使濾層的分布更加合理，可以有效防止反沖洗后濾層"混雜"的現象；由于采用多級過濾技術，在重力過濾的基礎上又增加了壓力過濾，促進濾層上部截留的雜質顆粒大量地轉移到下部的濾層中，提高濾料的截污效率，使得濾層的截污量分布更加均勻、合理，從而濾層的截污能力得以很大地提升，實現了“小罐大用”的特點，同時可以較大地節約反沖洗耗水量，節約處理成本。而在一個罐體內實現串接兩級，極大地減少了占地面積，有效地降低了建造成本；與微濾、超濾、納濾等新型工藝相比，該過濾罐的濾層不易堵塞，濾料使用周期長。

3.6 清水池

采用原廠區已有的山頂水池，容積為300m3。

該組合工藝有以下特點：

1）結構簡單，運轉靈活，操作管理方便；

2）投資省，運轉費用低，比常規生化節省30%；

3）該工藝主體部分為物化及生化處理系統，采取具有自主發明專利的獨特的結構設計形式，處理效率高，罐子占地面積小，布置緊湊，可以實現一體化操作，并且節省一次性固定設備的投資。

4 實際處理效果

該工程從2009年8月底開始調試，9月試運行，11月正式運行。實際運行結果見表2。

表2 進出水水質對比

5 結 論

該污水處理項目建成投入運行后，外排廢水中的COD、SS等污染物得到了有效控制和治理，如果回用達到零排放的標準，能大大減輕對地表水體水質的污染，為公司和本地經濟可持續發展作出應有的貢獻。

該設計方案采用的處理方法科學合理，處理工藝、設備、技術先進，工藝流程切實可行。另外，廢水經處理后可供場地綠化，廠區沖洗道路和沖廁用水，節約了水資源，提高了水的利用率，尤其是處理后水的回用在自來水為1.4元/t的情況下2年內即可收回該污水處理項目的投資。因此該項目具有良好的社會效益、經濟效益和環境效益。

［1］ 衛亞明.耐高熱陶瓷纖維.產業用紡織品，1988，（Z1）.

［2］ GB 8978－1996，污水綜合排放標準［S］.

［3］ GB 50014－2006，室外排水規范［S］.

［4］ 李 孟，汪志英.玉米淀粉廢水過濾的實驗研究［J］.建材世界，2009（3）.