氣浮-混凝沉淀工藝處理引水工程施工廢水的探討

董 旭

(新疆金溝河流域管理局水利管理中心，新疆 沙灣 832100)

1 引水工程概況

獨(dú)石化金溝河引水工程取水首部位于金溝河渠首上游7.2 km河道處，行政區(qū)劃隸屬于沙灣縣，建設(shè)項(xiàng)目由南向北成條帶形狀布置。該引水工程建成后可實(shí)現(xiàn)從金溝河流域靈活調(diào)水至獨(dú)山子石化總廠，并向獨(dú)山子石化生產(chǎn)、生活臨時(shí)應(yīng)急供水。工程主要由取水管道、檢查井、集水井、截滲墻等組成。工程采用滲管取水的方式，干管全長(zhǎng)1.885 km布置在河道左岸，支管沿主干管右側(cè)斜向布置，共9根，全長(zhǎng)6.665 km。主干管沿線共布置了9座檢查井，在主干管末端設(shè)1座集水井，均采用鋼筋砼結(jié)構(gòu)。引水工程綜合加工廠主要包括鋼筋加工廠、木材加工廠，且加工廠均布置在施工工區(qū)內(nèi)，根據(jù)施工進(jìn)度要求，鋼筋加工廠生產(chǎn)能力2 t/班，木材加工廠生產(chǎn)能力0.01 m3/班。根據(jù)施工方法和各種機(jī)械施工定額，確定施工機(jī)械種類及數(shù)量見表1。

表1 主要施工機(jī)械設(shè)備統(tǒng)計(jì)表

施工期間，砼骨料篩分生產(chǎn)廢水，采用氣浮-混凝沉淀工藝兩級(jí)沉淀處理后回用；施工機(jī)械沖洗廢水，通過兩級(jí)沉淀處理后用于道路灑水降塵，廢污水經(jīng)處理后需滿足《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB 8979-1996)中二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，嚴(yán)禁直接排入河道。

2 施工廢水水質(zhì)水量

2.1 混凝土拌合廢水

混凝土拌和系統(tǒng)廢水一般呈堿性，主要污染物為懸浮物，濃度一般在2000 mg/L左右，混凝土拌和系統(tǒng)采取三班工作制，每臺(tái)班沖洗一次，排放方式為間歇式，一次排放量為15 m3。本工程施工期混凝土拌和系統(tǒng)廢水主要為拌和樓沖洗廢水，為間歇式性排放，廢水中SS、pH值較高。如果將廢水直接澆灌草場(chǎng)，不利于植被生長(zhǎng)。另外，由于施工區(qū)所在的河段水功能區(qū)劃要求為Ⅱ類水體，因此本工程要求混凝土拌和廢水需回收利用，嚴(yán)禁排入河道水體。

針對(duì)混凝土沖洗廢水水量少，間斷且短時(shí)排放的特點(diǎn)，混凝土拌合系統(tǒng)廢水經(jīng)沉淀處理后，添加適量酸進(jìn)行中和，調(diào)節(jié)pH值至中性值后再通過氣浮-混凝沉淀工藝進(jìn)行廢水處理。本次共布設(shè)1套混凝土生產(chǎn)用水處理設(shè)備。

2.2 施工車輛清洗含油廢水

需要沖洗的施工機(jī)械設(shè)備約60輛，平均每臺(tái)機(jī)械設(shè)備產(chǎn)生沖洗廢水為0.3 m3/d，則施工機(jī)械沖洗廢水排放量為18 m3/d，廢水中主要污染物成分為石油類和懸浮物，其中石油類濃度約1 mg/L～6 mg/L，懸浮物(SS)的含量約為8 g/L～10 g/L。

這部分施工廢水因含油量和重金屬含量較大，應(yīng)考慮通過修建沉淀池，采用先沉淀后除油的方式進(jìn)行初步處理。沉淀池設(shè)兩級(jí)，以容納廢水排放量的2 d可收集量為設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)(類比相關(guān)工程，其收集量約為排放量的60%)，設(shè)計(jì)總?cè)萘繛?4 m3，兩級(jí)沉淀池各12 m3，設(shè)計(jì)深度為1 m，長(zhǎng)4 m，寬3 m，兩級(jí)沉淀池通過位于水面以下的連通管道相連。沉淀池需作防滲襯砌，防滲采用30 cm混凝土砌筑，底部為砂礫石墊層，厚10 cm。廢水先采取隔油措施后，進(jìn)入一級(jí)沉淀池，泥沙沉淀后的水經(jīng)管道進(jìn)入二級(jí)沉淀池，水面的浮油被阻隔在一級(jí)沉淀池中。當(dāng)廢油足夠多時(shí)，由人工收集處理。人工定期清挖池內(nèi)淤積泥沙，處理后的廢水再予以二次利用。要求經(jīng)處理后的廢水滿足SS≤70 mg/L的要求，可以用于附近的道路灑水降塵或綠化灌溉。施工結(jié)束后待沉淀池蒸發(fā)完后進(jìn)行池底清理，清理后將沉淀池覆土填埋。

2.3 廢水水質(zhì)水量

按照獨(dú)石化金溝河引水工程取水首部工程建設(shè)規(guī)模所預(yù)測(cè)的施工廢水生產(chǎn)量為25 m3/d，施工廢水中所包含的污染物主要為COD、BOD5、銅元素及油類，考慮到區(qū)域環(huán)境保護(hù)的目標(biāo)及未來發(fā)展的需要，施工廢水處理站設(shè)計(jì)處理能力為50 m3/d。考慮到對(duì)工程所在區(qū)域水資源保護(hù)和充分利用的需要，對(duì)施工過程中所生成的廢水采用“預(yù)處理氣浮除油+混凝沉淀處理重金屬”的處理工藝，以保證回水水質(zhì)符合《城市污水再生利用城市雜用水水質(zhì)》(GB/T 18920-2002)的相關(guān)要求，所收集的回水主要用于廠區(qū)綠化、衛(wèi)生及清掃用水等用途。

獨(dú)石化金溝河引水工程取水首部工程施工過程所產(chǎn)生的廢水主要污染物進(jìn)水水質(zhì)和處理后作為回用水的出水水質(zhì)要求見表2。

表2 進(jìn)水水質(zhì)和處理后回用水設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)

3 廢水處理工藝

3.1 工藝流程

考慮到獨(dú)石化金溝河引水工程取水首部工程施工廢水產(chǎn)生過程的復(fù)雜性，其施工廢水主要為酸性、含重金屬銅離子的含油廢水，廢水處理后其回水水質(zhì)要求必須符合GB/T 18920-2002的相關(guān)規(guī)定。在處理工藝選擇階段，通過篩選藥劑及處理工藝，最終決定采用“預(yù)處理隔油+氣浮除油+烴基鐵藥劑混凝沉淀處理重金屬銅離子”的處理工藝，具體流程見圖1。

圖1 施產(chǎn)廢水處理工藝流程

獨(dú)石化金溝河引水工程取水首部工程施工廢水水質(zhì)pH值較低，不利于氣浮除油工藝的實(shí)施，應(yīng)先通過pH值調(diào)節(jié)池的堿液調(diào)節(jié)所收集廢水的pH值至7.0～7.5，再泵送至隔油沉淀池，待廢水中大顆粒油珠被去除后由集油管排出；隔油池的出水所含乳化油量較大，且小顆粒乳化油因穩(wěn)定性較強(qiáng)而存在去除難度，所以本次采用溶氣氣浮法浮選乳化油，待空氣以氣泡形式進(jìn)入水中并與其中懸浮物發(fā)生黏附作用后浮起，形成浮渣層后從水中分離出來。這種處理方式分離效率高，所生成的污泥量少，施工廢水經(jīng)由氣浮池除油處理后仍存在大量重金屬銅離子，還應(yīng)進(jìn)行深度處理，才能達(dá)到回水水質(zhì)要求。

采用烴基鐵工藝進(jìn)行氣浮池除油處理后的施工廢水的深度處理，由于烴基鐵藥劑具有獨(dú)特的烴基和陰離子的層狀結(jié)構(gòu)以及比傳統(tǒng)藥劑更大的比表面積和界面反應(yīng)活性能力，可以吸附絡(luò)合、還原除油處理后施工廢水中的重金屬銅離子及其他重金屬離子，使重金屬離子成功從水中分離。

初步處理后的施工廢水從烴基鐵反應(yīng)池出水后再進(jìn)入高級(jí)氧化池，按設(shè)計(jì)要求投加氧化劑以還原COD等原類污染物質(zhì)，待廢水中金屬離子曝氣氧化后再投加混凝劑混凝沉淀。混凝沉淀處理過的廢水還應(yīng)經(jīng)微絮凝過濾器過濾后除去剩余懸浮物。

機(jī)械沖洗廢水處理池布置兩組，輪流使用，施工高峰期可同時(shí)使用。人工定期處理一級(jí)沉淀池表層浮油，在間歇期對(duì)沉淀池內(nèi)淤積泥沙清挖，拉運(yùn)至就近渣場(chǎng)處理。施工結(jié)束后待沉淀池蒸發(fā)完后進(jìn)行池底清理，清理后將沉淀池覆土填埋。

3.2 主要構(gòu)筑物

(1)玻璃鋼防腐結(jié)構(gòu)的pH調(diào)節(jié)池1座，日處理能力可達(dá)50 m3/d，并增設(shè)曝氣系統(tǒng)和液堿投藥裝置，還可進(jìn)行待處理污水pH值的在線監(jiān)測(cè)。(2)玻璃鋼防腐結(jié)構(gòu)的隔油沉淀池和中間水池各1座，日處理能力與pH調(diào)節(jié)池處理能力相同，隔油沉淀池和中間水池分別用于去除施工廢水中大顆粒油珠和沉淀池上清液的儲(chǔ)存。(3)采用HDFA氣浮法的碳鋼襯膠防腐結(jié)構(gòu)氣浮池1座，日處理能力也為50 m3/d，氣浮池內(nèi)增設(shè)加氣機(jī)、氣泵和撇渣機(jī)。(4)碳鋼襯膠防腐烴基鐵反應(yīng)池1座，日處理能力50 m3/d，主要用于施工廢水中重金屬銅離子的去除，再烴基鐵反應(yīng)池內(nèi)增設(shè)攪拌機(jī)、烴基鐵加藥裝置和卸料裝置等。(5)碳鋼襯膠防腐高級(jí)氧化池1座，日處理能力50 m3/d，主要用于氧化水內(nèi)COD等物質(zhì)的處理，并增設(shè)攪拌機(jī)和氧化劑加藥裝置。(6)日處理能力50 m3/d的碳鋼襯膠防腐沉淀池1座，用于去除廢水內(nèi)懸浮物；碳鋼襯膠防腐淤泥收集池1座，用于沉淀池內(nèi)污泥的收集。

3.3 處理效果分析

運(yùn)用“預(yù)處理隔油+氣浮除油+烴基鐵藥劑混凝沉淀處理重金屬銅離子”的處理工藝進(jìn)行獨(dú)石化金溝河引水工程取水首部工程施工設(shè)備清洗所產(chǎn)生的含油廢水處理試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見表3。

表3 施工廢水處理效果

根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，“預(yù)處理隔油+氣浮除油+烴基鐵藥劑混凝沉淀處理重金屬銅離子”的處理工藝對(duì)該引水工程施工廢水處理效果較好，對(duì)油類的去除率在97%以上，烴基鐵深度處理廢水中的重金屬銅離子的去除率達(dá)98%以上，通過氧化劑的投加和處理后對(duì)COD的去除效率為87.6%，BOD類污染物去除率在94%以上。經(jīng)處理后的出水水質(zhì)完全符合《銅鈷鎳工業(yè)污染源排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB 25467-2010)中對(duì)水利水電工程水污染物直接排放濃度[1]的相關(guān)規(guī)定，回水水質(zhì)也同時(shí)滿足《城市污水再生利用、城市雜用水水質(zhì)》(GB/T 18920-2002)中對(duì)廠區(qū)內(nèi)回用水用于廠區(qū)綠化、衛(wèi)生清潔用水[2]等方面的要求。

3.4 技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)

(1)藥劑費(fèi)。獨(dú)石化金溝河引水工程取水首部工程施工廢水處理所使用的片堿成本為1.5元/t，PAC成本為0.05元/t，PAM成本為0.02元/t，烴基鐵成本為5.0元/t，氧化劑成本1.4元/t，藥劑總成本為7.97元/t，按照每日處理25 t施工廢水計(jì)算，則每日所需藥劑費(fèi)為199.25元/t。(2)動(dòng)力費(fèi)。獨(dú)石化金溝河引水工程所在地區(qū)電價(jià)為0.8元/(kW·h)，廢水處理所耗用電力成本為1.2元/t，則每日電費(fèi)30元/t。

綜合上述對(duì)藥劑費(fèi)和動(dòng)力費(fèi)的分析，獨(dú)石化金溝河引水工程施工廢水單位處理成本總計(jì)9.17元/t，若每日處理施工廢水量為25 m3/d，則每日“預(yù)處理隔油+氣浮除油+烴基鐵藥劑混凝沉淀處理重金屬銅離子”工藝的運(yùn)行費(fèi)用為229.25元/d。

4 結(jié)論

本文對(duì)獨(dú)石化金溝河引水工程施工廢水所進(jìn)行的“預(yù)處理隔油+氣浮除油+烴基鐵藥劑混凝沉淀處理重金屬銅離子”處理工藝及處理過程的分析表明，該凈化工藝占地少、處理過程簡(jiǎn)單、工藝成熟、操作靈活，技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的分析顯示，每噸施工廢水深度處理費(fèi)用為9.17元，雖然比常規(guī)處理技術(shù)費(fèi)用高，但因工藝簡(jiǎn)單和凈化效率高，所產(chǎn)生的社會(huì)效益和環(huán)境效益完全可以彌補(bǔ)多付出的經(jīng)濟(jì)費(fèi)用。深度處理后的回用水水質(zhì)符合規(guī)范GB/T 18920-2002的要求，對(duì)于水資源供給落后于社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的獨(dú)山子地區(qū)具有較為顯著的社會(huì)效益和環(huán)境效益。