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高浓度纱管纸废水处理工程的设计与运行

高浓度纱管纸废水处理工程的设计与运行

原创:李瀚翔等


随着我国原料产业结构调整及出口产品的增加,纱管纸的需求量日益增加。纱管纸是一种高强度纸板,专供纺织工业制造粗纱管、化纤纱管及其他纸芯管用。纱管纸业是一个用水量及废水产生量极大的新兴行业。其废水主要来自原料的破碎离解、洗涤、打浆和抄纸等生产工艺。国内对再生纸废水的研究很多,但针对高浓度纱管纸废水的工程研究却鲜有报道。

安徽某纱管纸造纸企业产生的纱管纸废水COD高达12 000 mg/L,固体悬浮量2 000~2 500 mg/L,且含有钙盐,但氮磷含量却很低,生化性能较差。国家在《制浆造纸工业水污染物排放标准》(GB 3544—2008)中对各厂吨产品排水量作了明确规定,随着吨产品排放量的不断降低,废水中COD逐渐增高,普通物化处理早已不能满足达标排放,如何高效处理该类废水已普遍受到环境部门的高度重视。笔者针对安徽某纱管纸造纸企业产生的高浓度纱管纸废水,采用气浮—水解酸化—IC—曝气池工艺,对废水有机污染物降解性能进行了研究,为纱管纸废水处理的工程化提供了一定的参考依据。


1 工程概况

1.1 废水水质水量

安徽某纱管纸造纸企业是集制浆、造纸、污水处理于一体的大型纱管纸生产基地。企业年产纱管纸制品10万t,生产稳定,日排放废水1 000 m3,废水水质及《污水排入城镇下水道水质标准》(CJ 343—2010)如表 1所示。

表1  废水水质及排放标准

项目 pH COD/(mg⋅L-1) SS/(mg⋅L-1) NH3-N/(mg⋅L-1) TP/(mg⋅L-1)
废水水质 7.0~8.0 12 000~15 000 2000~2500 - -
排放标准 6.0~9.0 500 400 35 8

1.2 工艺流程

现根据该厂实际的废水水质、水量情况,采用在气浮工艺的基础上串联高效厌氧处理设施并组合好氧曝气池的工艺对废水进行处理,具体工艺流程如图 1所示。

图1工艺流程

该污水处理系统由预处理系统和生化处理系统两部分组成。生产废水由废水排放管道经机械格栅后进入调节池,并通过提升泵进入气浮池。气浮池采用部分回流加压溶气工艺,并在池内投加PAC和PAM,旨在去除废水中的SS及COD。70%的气浮出水回用于造纸生产,30%的气浮出水经污水泵进入水解酸化池。水解酸化池设有氮、磷投加装置,以确保废水中营养成分均衡。混合均匀后的废水进入中间水池,通入蒸汽调节水温后进入IC塔进行生化处理。预处理后的废水生化性能良好,很大程度提升了IC塔的处理效率。厌氧出水经沉淀后进入曝气池进行好氧处理,好氧段采用普通活性污泥法,好氧出水经二沉池沉淀后达标排放。

污泥处理系统主要包括污泥浓缩池及污泥脱水机。沉淀池污泥及气浮浮渣经收集后排入污泥浓缩池,经浓缩、脱水干化后的泥饼外运填埋或综合利用。

2 主要构筑物设计参数

(1) 气浮池。气浮池采用部分回流加压溶气工艺,通过投加PAC和PAM以去除水中悬浮物及溶解性胶体物质,从而降低出水COD、SS及色度,70%出水回用于生产,其余废水排入后续生化处理系统进行处理。1座,钢筋混凝土结构,直径8 m,处理能力150 m3/h。

(2) 水解酸化池。在池内补充生物反应维持正常进行所需要的营养盐,投加比例按n(COD)∶n(N)∶n(P)=350∶5∶1。1座,钢筋混凝土结构,尺寸14 m×30m×7 m,有效体积2 900 m3,最大水深6.5 m,HRT=54 h,同时配搅拌器4台。

(3) IC塔。IC塔通过其合理的构造设计及自身产气所实现的混合液内循环,可大幅度提升泥水的混合接触和传质效果,保证了第一反应室内高浓度的污泥量,并且具有占地面积小,抗冲击负荷能力强,生物启动快等优点,得到国内废水处理行业广泛应用。2座,碳钢结构,内外防腐,单个尺寸D 10 m×23 m,HRT=72 h

(4) 曝气池。经IC反应器处理后的废水进入好氧处理系统,笔者工艺采用普通活性污泥法。1座,钢筋混凝土结构,单体尺寸D 20 m×5.5 m,HRT=34 h,采用鼓风曝气,配有风机2台。

(5) 二沉池。1座,采用辐流式沉淀池,钢筋混凝土结构,尺寸D 18 m×4.5 m,配周边传动刮泥机1台。污泥部分回流,剩余污泥则由污泥泵排入污泥浓缩池进行处理。

(6) 污泥浓缩池。浓缩池用以储存气浮浮渣及生化系统定期排放的剩余污泥。沉淀后排出上清液,浓缩污泥经污泥调理罐调理为易脱水的污泥,再经板框压滤机脱水为泥饼,外运至有资质单位进行后续处理。1座,钢筋混凝土结构,尺寸5 m×6 m×6 m。

(7) 污泥脱水机房。1座,砖混结构,尺寸5 m×6m×3 m,污泥脱水设备选用板框压滤机,产生的污泥经过脱水系统处理后,进一步降低污泥含水率,形成泥饼,减少污泥体积,并委外处理。


3 工艺调试及运行效果分析

3.1 污泥的接种

(1) 水解酸化池污泥。污泥取自城市污水处理厂污泥浓缩池污泥。接种初期,投加含水率99%的污泥150 t,此时池内MLSS在1 000 mg/L左右。通过机械搅拌及营养物质的投加,使污泥在最适的营养比下生长,最终MLSS达到5 000 mg/L以上。

(2) IC厌氧反应器污泥。接种污泥取自青岛某厂的厌氧消化污泥。初期,向IC塔投加含水率为90%的干污泥,利用生活污水配制进水并控制COD为2 000 mg/L左右,保证进水n(COD)∶n(N)∶n(P)=350∶5∶1,同时增加IC塔塔内温度,直至达到37.5 ℃,测量IC塔出水COD。当COD去除率稳定在85%左右,即可逐步增加进水负荷,每次增加量1 000 mg/L,直至系统达到设计负荷,厌氧系统调试结束。

(3) 好氧曝气池污泥。污泥取自城市好氧生化池内污泥。好氧污泥采用与厌氧污泥相类似的培养法,培养时,投加污泥浓度500 mg/L的新鲜污泥,控制系统内溶解氧低于2 mg/L,直至达到满负荷,生化系统调试结束。

3.2 运行结果及分析

该废水处理工程于2012年5月开始施工,同年10月进入调试运行,并于2013年1月正式运行。工程经过2 a的稳定运行,对出水COD、SS进行监测,结果如表 2所示。

 表2 水水质监测数据

项目 pH COD/(mg⋅L-1) SS/(mg⋅L-1) NH3-N/(mg⋅L-1) TP/(mg⋅L-1)
气浮池 6.5~7.5 12000~15000 2 000~2 500 - -
水解酸化池 6.5~7.5 10000~12000 1 000~1 500 - -
IC 塔 7.0~8.0 500~1 000 500~1 000 - -
曝气池 7.5~8.5 300~500 300~500 - -
二沉池出水 8.0~9.0 200~300 200~300 <5 <1

由表 2可见,处理效果良好,出水COD 200~300 mg/L,COD去除率大于97%,NH3-N <5 mg/L,TP <1 mg/L,SS为200~300 mg/L,各项指标全部优于《污水排入城镇下水道水质标准》(CJ 343—2010)。


4 工艺特点及问题分析

4.1 工艺特点

(1) 有机物含量非常高。普通再生纸废水质量浓度一般在2 000 mg/L左右,采用气浮-好氧组合处理工艺即可取得较好效果,而该纱管纸厂在造纸过程中为了节约用水,采用高比例回用水,使得废水COD高达12 000~15 000 mg/L,是普通造纸废水的5~10倍,处理难度大大增加。工艺针对该废水有机物浓度高的特点,在气浮池后串联高效厌氧IC塔。通过2 a的运行结果可以看出,IC塔运行稳定,可去除90%的COD,极大地节约了占地问题并节省了运行费用。

(2) 营养盐极度缺乏。废水虽然具有很高的COD,但基本不含氮磷,无法满足厌氧方法对营养物的需求,为此需在水解酸化池内补充适量的氮磷。经计算,每天需投加尿素150 kg,磷酸二铵60 kg,以控制废水的营养平衡,使微生物在有利的条件下生长,最大程度的去除废水中的COD。通过测定污泥沉降比(SV),并根据SV不断调整氮磷的投加量,防止系统发生污泥膨胀。

(3) 钙盐的影响及控制。纱管纸是一种对强度要求非常高的特种纸,生产过程中会适当投加碳酸钙用以增强纱管纸的硬度,同时大量采用废纸造纸时,废纸化浆过程也会有大量钙盐析出,该部分钙盐会大量进入到废水中,排放至废水处理系统。在系统运行过程中发现,该钙盐最容易沉积于厌氧进水支管内,使进水管有效流通截面积减小,流动阻力增大,最终无法进水;同时进入反应器的钙盐会沉积于池底,逐步减少反应器有效池容,长时间将导致整个系统瘫痪。为防止管道堵塞,影响系统的正常运行,该系统在每根厌氧进水支管都安装了流量计,并设置便于排砂及便于疏通的装置。当发现流量开始降低时,立即清通,减少进入反应器的钙含量。

4.2 运行问题及处理措施

(1) 气浮池运行的稳定性决定了后续生化池的处理效果:生产废水中SS高达50 000 mg/L,通过对气浮池内投加PAC和PAM去除废水中大量的SS。气浮后出水SS仍有2 000~2 500 mg/L,故后续处理仍需对出水SS进行监测,防止因SS过高,降低生化处理效率。

(2) 氮磷投加量需量化:该废水虽然具有很高的COD,但氮磷含量偏低,不足以供给微生物最适的生长环境。实际运行中,需对氮磷投加量不断调整并实时监测。调配不当,会导致好氧污泥膨胀。此外还应避免因人为投加过剩导致出水氮磷超标。

5 技术经济分析

项目总投资600万元,日处理生产废水1 000 m3,气浮出水回用700 m3,其余废水经生化处理后达标排放。工程建成后,废水处理的运行成本主要为电费、药剂费及人工费,成本约为3元/m3。

6 结论

工程采用气浮—水解酸化—IC—曝气池组合工艺处理高浓度纱管纸废水,在调整氮磷营养比例为n(COD)∶n(N)∶n(P)=350∶5∶1的条件下,出水COD 200~300 mg/L,NH3-N <5 mg/L,TP <1 mg/L,各项出水水质指标均优于《污水排入城镇下水道水质标准》(CJ 343—2010)。工程自2013年1月正式投入使用后,运行稳定达标,系统产生的剩余污泥少,处理费用约为3元/m3,可为同类企业的废水处理技术研发和应用提供借鉴。


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