工業生產廢水處理系統改造設計實踐

孫宇鶴

(上海三邦水處理技術有限公司,上海 201708)

在工業生產活動中會產生大量廢水,如果未能得到有效處理將給周圍環境帶來極大污染。而隨著生態保護問題日益得到重視,各地污水排放標準持續提升,對工業生產廢水也提出了更高的處理要求。結合工業廢水中含有大量氨氮、氟化物等污染物的性質,應有針對性的對原本的廢水處理系統進行改造設計,以便取得理想的廢水處理效果。

1 改造背景

1.1 項目簡介

廢水站升級改造工程位于江蘇省鹽城市建湖縣,建設的廢水處理系統專為賽德新光電材料(鹽城)有限公司設計。該公司主要進行AG/UTG 等柔性屏幕的制作和加工,產生的廢水中含有大量氟化物TSS 和氨氮等污染元素,采用原本廢水站處理設施進行處理,排水難以達到《污水綜合排放標準》三級標準。因此需要實現廢水處理系統改造,系統的處理規模為200m3/d,主要去除廢水中的氟離子和氮元素,確保排放廢水達標后順利排入市政污水管網,最終由市政污水處理廠處理。

1.2 廢水的水量和水質

系統每天需要處理的廢水總量為50t,進水包含五種廢水,具體為蒙砂廢水、預蝕刻廢水和蝕刻廢水、清洗廢水和堿洗廢水、砂炭反洗水、RO 濃水,廢水水量如表1所示。

表1 廢水來源、種類和水量

從總體進水水質來看,如表2 所示,不同廢水種類的水質存在一定差異,給廢水處理帶來了一定難度,要求設計的廢水處理系統具有較強處理能力。

表2 不同廢水的水質情況

2 工藝流程及參數設計

2.1 工藝流程

從廢水處理流程來看(如圖1 所示),前期需要進行預處理,采用pH 調節、絮凝沉淀等工藝,產生廢水進入到一般廢水調節池。主體工藝采用三級化學混凝沉淀法,用于對氟離子進行去除,后續采用兩級A/O 工藝,通過生化法對總氮和氨氮等污染進行去除。

圖1 廢水處理工藝流程

2.2 主要處理構筑物參數設計

對原廢水站進行升級改造,需要新增調節池、反應池、混凝池、好氧池、厭氧池等多個處理池,基本采用混凝土+FRP 材質,主要構筑物設計參數如表3 所示。

表3 主要處理構筑物參數表

2.3 全自動控制設計

系統采用全自動控制方式,自動進行水泵等設備操控,根據各水池高低液位和出水水質實現各單元設備啟停或切換控制。為實現加藥量自動控制,需要配備DO、ORP 在線監測儀表,與加藥泵實現聯動,達到精準控制加藥量的目標[1]。

3 設備選型

3.1 pH 調節池

在建設pH 調節池時,需要投加氫氧化鈉和硫酸對進水pH 值進行調節,確保達到氯化鈣和氟離子的最佳反應條件。因此在pH 調節池內需要配置攪拌機,在攪拌的條件下,向池體內投加酸或堿,并配備pH 在線監測儀進行pH 值監測,達到控制加藥泵運行的目標。攪拌機選用雙層槳式攪拌機,加藥泵則選用機械隔膜計量泵,pH 計選用浸沒式,檢測范圍在0～14 之間。

3.2 混凝反應池

在混凝反應池,需要投加氯化鈣和PAC,通過與氟化物反應產生氟化鈣沉淀,達到去除氟化物的效果。選用內部設置靜壓式液位計的藥劑箱,可以與加藥泵聯動,在藥劑液位過低時關閉系統,并發出缺藥報警[2]。藥劑箱配有氯化鈣卸藥泵,能夠與壓力式液位計聯動,在達到高液位時報警。此外,為確保混凝劑在水中迅速擴散,同樣需要配備1 臺雙層槳式攪拌機,使水中膠料在混凝劑作用下發生反應,生成氟化鈣微料或微絮粒。

3.3 沉淀池

沉淀池的主要功能是實現泥水分離。沉淀池選用輻流式沉淀池,表面水力負荷為0.8m3/(m2·h)左右,水力停留時間為8h 左右。為了更好的實現泥水分離,需要配置中心傳動刮泥機和出水堰,刮泥機選用中心傳動刮泥機,碳鋼材質,出水堰選用三角堰,不銹鋼材質,碳鋼和不銹鋼表面均需涂抹FRP 以延長使用壽命。沉淀池底部配置氣動隔膜泵進行污泥回流和定期排泥。

3.4 缺氧池(A 池)

缺氧池同樣需要配備pH 計完成進水酸堿度調節,促使廢水中氨氮等有機物在產酸菌的水解酸化作用化得到降解,并利用反硝化菌對從好氧池回流的硝酸鹽和亞硝酸鹽進行還原,生成氣態氮和氮氧化物[3]。在設備選型方面,需要配備膜片式曝氣頭、DO 溶氧儀、硝化液回流泵和潛水攪拌機,將池內DO 控制在0.2～0.5mg/L 范圍內,確保MLSS 在3～5g/L 范圍內。

3.5 好氧池(O 池)

好氧池可以對廢水中殘留的小分子有機物進行降解,憑借硝化菌將氨態氮氧化為硝態氮和亞硝態氮。在設備選型上,需要配備兩臺羅茨風機(一用一備),型號為HDSR100B,功率為2.2kW,風量達到0.621Nm3/min。此外,需要配備膜片式曝氣頭,并配備1 套DO 溶氧儀和MLSS 在線監測儀。

4 處理工藝

4.1 三級化學混凝沉淀法除氟

從除氟工藝來看,將通過化學沉析作用去除水中溶解態的氟離子,將其轉化為顆粒狀氟化鈣,通過沉淀、絮凝進入污泥,達到降低廢水中氟化物濃度的目標。廢水中氟離子含量較高,出水則要求氟離子含量不超10mg/L,因此需要采用三級混凝沉淀方案。

在工藝運行期間,需要確保pH 在6 到9 范圍內,因此需要先使經過預處理的廢水進入到一級pH 調節池,通過向池內投加酸或堿完成pH 調節,并投加一定量氯化鈣與氟離子反應。在一級混凝沉淀過程中,將通過投加混凝劑促進混凝反應,產生雙電層壓縮、吸附架橋、沉淀網捕捉等作用,使廢水中的懸浮物喪失穩定性,發生絮凝,得到微絮體。在絮凝池中,通過慢速攪拌和添加絮凝劑,減小水中膠體顆粒間的排斥力,使顆粒碰撞和附聚搭接,形成大顆粒或絮凝體,達到分離效果。經自然沉降,上清液進入清水池,池底污泥排入污泥池。

由于氟離子難以一次性去除,需要進入二級和三級pH 調節池進行再次處理。經過自然沉淀后,針對混凝高濃度廢水,需要通過pH 調節和添加PAM進行混凝,構成絮狀物后,利用氣動隔膜泵進行壓濾處理,實現固液分離。在二級和三級處理池運行的過程中,為確保可以做到連續均勻投加PAM絮凝劑,需要采用自動泡藥裝置實現一體化加藥,完成PAM聚合物溶液投加,加藥方法如圖2 所示。

圖2 加藥方式

裝置基本結構如圖3 所示,能夠同步投加干粉和水,并通過控制泵流量保證藥液濃度符合要求。通過恒溫加熱,能夠避免出現結塊或管路堵塞等問題,進而使藥液濃度保持穩定,達到均質化效果。最后通過中間水池,將廢水送入水解酸化池進行處理,為后續實施生化處理奠定基礎。

圖3 加藥裝置基本結構

4.2 生化法除總氮和氨氮

作為常用污水處理工藝,生化法的脫氮除磷效果較好,進水和從生化濾液槽排出的含磷回流水都將進入到厭氧池中,通過釋放磷使部分有機物得到氨化。通過內循環,獲得從好氧池輸送的硝態氮,能夠發揮脫氮作用。好氧池作為曝氣池,能夠對廢水中的COD 進行去除,并進行硝化反應,對磷元素進行吸收,產生的混合液將回流至缺氧池。最終通過沉淀池,可以實現泥水分離。

在工藝運行過程中,硝化反應期間將釋放氫離子,導致pH 值下降。考慮到硝化細菌對酸堿度較為敏感,需要投加碳酸鈉進行pH 值調節,確保始終維持在7 到8之間。通過工藝調試,在連續進水運行的條件下,碳酸鈉投加量需要達到0.3‰。從硝化液回流情況來看,回流比越大產生的脫氮率越高,但產生的能耗也越大,將高溶解氧帶入缺氧池,將導致反硝化細菌受體轉移,給反硝化作用的發揮帶來不利影響。經過試驗,需要將回流比控制在200%到250%之間。在污泥回流方面,為使硝化細菌能夠有效停留,應將污泥排放量設定為回流量的5%。

5 運行效果

自系統完成改造并投運以來,始終能夠達到排放標準要求。在環境影響評估過程中,通過監測發現系統進、排水水質如表4 所示,排水的各項指標均符合規定。由此可見,采用系統廢水處理工藝,能夠有效去除氟化物和氨氮等污染物,保證出水水質穩定。

表4 系統進、排水水質

6 結論

針對工業生產廢水中氟化物、氨氮污染物過多的情況,對廢水處理系統進行升級改造,需要引進三級化學混凝沉淀法多次去除氟化物,然后通過生化法對多余總氮和氨氮等污染物進行處理,保證系統排水可以達標。在把握工藝流程的基礎上,還應做好各處理池結構設計和設備選型,確保工藝能夠用于有效處理廢水,保持運行效果穩定,繼而帶來可觀經濟效益。