孫宇鶴

(上海三邦水處理技術(shù)有限公司,上海 201708)

在工業(yè)生產(chǎn)活動中會產(chǎn)生大量廢水,如果未能得到有效處理將給周圍環(huán)境帶來極大污染。而隨著生態(tài)保護問題日益得到重視,各地污水排放標(biāo)準(zhǔn)持續(xù)提升,對工業(yè)生產(chǎn)廢水也提出了更高的處理要求。結(jié)合工業(yè)廢水中含有大量氨氮、氟化物等污染物的性質(zhì),應(yīng)有針對性的對原本的廢水處理系統(tǒng)進行改造設(shè)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(shè)的廢水處理系統(tǒng)專為賽德新光電材料(鹽城)有限公司設(shè)計。該公司主要進行AG/UTG 等柔性屏幕的制作和加工,產(chǎn)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(shè)施進行處理,排水難以達到《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》三級標(biāo)準(zhǔn)。因此需要實現(xiàn)廢水處理系統(tǒng)改造,系統(tǒng)的處理規(guī)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(biāo)后順利排入市政污水管網(wǎng),最終由市政污水處理廠處理。

1.2 廢水的水量和水質(zhì)

系統(tǒng)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(yù)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(zhì)來看,如表2 所示,不同廢水種類的水質(zhì)存在一定差異,給廢水處理帶來了一定難度,要求設(shè)計的廢水處理系統(tǒng)具有較強處理能力。

表2 不同廢水的水質(zhì)情況

2 工藝流程及參數(shù)設(shè)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(yù)處理,采用pH 調(diào)節(jié)、絮凝沉淀等工藝,產(chǎn)生廢水進入到一般廢水調(diào)節(jié)池。主體工藝采用三級化學(xué)混凝沉淀法,用于對氟離子進行去除,后續(xù)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(gòu)筑物參數(shù)設(shè)計

對原廢水站進行升級改造,需要新增調(diào)節(jié)池、反應(yīng)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(zhì),主要構(gòu)筑物設(shè)計參數(shù)如表3 所示。

表3 主要處理構(gòu)筑物參數(shù)表

2.3 全自動控制設(shè)計

系統(tǒng)采用全自動控制方式,自動進行水泵等設(shè)備操控,根據(jù)各水池高低液位和出水水質(zhì)實現(xiàn)各單元設(shè)備啟停或切換控制。為實現(xiàn)加藥量自動控制,需要配備DO、ORP 在線監(jiān)測儀表,與加藥泵實現(xiàn)聯(lián)動,達到精準(zhǔn)控制加藥量的目標(biāo)[1]。

3 設(shè)備選型

3.1 pH 調(diào)節(jié)池

在建設(shè)pH 調(diào)節(jié)池時,需要投加氫氧化鈉和硫酸對進水pH 值進行調(diào)節(jié),確保達到氯化鈣和氟離子的最佳反應(yīng)條件。因此在pH 調(diào)節(jié)池內(nèi)需要配置攪拌機,在攪拌的條件下,向池體內(nèi)投加酸或堿,并配備pH 在線監(jiān)測儀進行pH 值監(jiān)測,達到控制加藥泵運行的目標(biāo)。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(yīng)池

在混凝反應(yīng)池,需要投加氯化鈣和PAC,通過與氟化物反應(yīng)產(chǎn)生氟化鈣沉淀,達到去除氟化物的效果。選用內(nèi)部設(shè)置靜壓式液位計的藥劑箱,可以與加藥泵聯(lián)動,在藥劑液位過低時關(guān)閉系統(tǒng),并發(fā)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(lián)動,在達到高液位時報警。此外,為確?；炷齽┰谒醒杆贁U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(fā)生反應(yīng),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(xiàn)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(xiàn)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(zhì),出水堰選用三角堰,不銹鋼材質(zhì),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(diào)節(jié),促使廢水中氨氮等有機物在產(chǎn)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(tài)氮和氮氧化物[3]。在設(shè)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?dāng)嚢铏C,將池內(nèi)DO 控制在0.2～0.5mg/L 范圍內(nèi),確保MLSS 在3～5g/L 范圍內(nèi)。

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(tài)氮氧化為硝態(tài)氮和亞硝態(tài)氮。在設(shè)備選型上,需要配備兩臺羅茨風(fēng)機(一用一備),型號為HDSR100B,功率為2.2kW,風(fēng)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(jiān)測儀。

4 處理工藝

4.1 三級化學(xué)混凝沉淀法除氟

從除氟工藝來看,將通過化學(xué)沉析作用去除水中溶解態(tài)的氟離子,將其轉(zhuǎn)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(biāo)。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(nèi),因此需要先使經(jīng)過預(yù)處理的廢水進入到一級pH 調(diào)節(jié)池,通過向池內(nèi)投加酸或堿完成pH 調(diào)節(jié),并投加一定量氯化鈣與氟離子反應(yīng)。在一級混凝沉淀過程中,將通過投加混凝劑促進混凝反應(yīng),產(chǎn)生雙電層壓縮、吸附架橋、沉淀網(wǎng)捕捉等作用,使廢水中的懸浮物喪失穩(wěn)定性,發(fā)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?；蛐跄w,達到分離效果。經(jīng)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(diào)節(jié)池進行再次處理。經(jīng)過自然沉淀后,針對混凝高濃度廢水,需要通過pH 調(diào)節(jié)和添加PAM進行混凝,構(gòu)成絮狀物后,利用氣動隔膜泵進行壓濾處理,實現(xiàn)固液分離。在二級和三級處理池運行的過程中,為確?？梢宰龅竭B續(xù)均勻投加PAM絮凝劑,需要采用自動泡藥裝置實現(xiàn)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(jié)構(gòu)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(xiàn)結(jié)塊或管路堵塞等問題,進而使藥液濃度保持穩(wěn)定,達到均質(zhì)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(xù)實施生化處理奠定基礎(chǔ)。

圖3 加藥裝置基本結(jié)構(gòu)

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(nèi)循環(huán),獲得從好氧池輸送的硝態(tài)氮,能夠發(fā)揮脫氮作用。好氧池作為曝氣池,能夠?qū)U水中的COD 進行去除,并進行硝化反應(yīng),對磷元素進行吸收,產(chǎn)生的混合液將回流至缺氧池。最終通過沉淀池,可以實現(xiàn)泥水分離。

在工藝運行過程中,硝化反應(yīng)期間將釋放氫離子,導(dǎo)致pH 值下降?？紤]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(diào)節(jié),確保始終維持在7 到8之間。通過工藝調(diào)試,在連續(xù)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(chǎn)生的脫氮率越高,但產(chǎn)生的能耗也越大,將高溶解氧帶入缺氧池,將導(dǎo)致反硝化細菌受體轉(zhuǎn)移,給反硝化作用的發(fā)揮帶來不利影響。經(jīng)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(yīng)將污泥排放量設(shè)定為回流量的5%。

5 運行效果

自系統(tǒng)完成改造并投運以來,始終能夠達到排放標(biāo)準(zhǔn)要求。在環(huán)境影響評估過程中,通過監(jiān)測發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)進、排水水質(zhì)如表4 所示,排水的各項指標(biāo)均符合規(guī)定。由此可見,采用系統(tǒng)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(zhì)穩(wěn)定。

表4 系統(tǒng)進、排水水質(zhì)

6 結(jié)論

針對工業(yè)生產(chǎn)廢水中氟化物、氨氮污染物過多的情況,對廢水處理系統(tǒng)進行升級改造,需要引進三級化學(xué)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(tǒng)排水可以達標(biāo)。在把握工藝流程的基礎(chǔ)上,還應(yīng)做好各處理池結(jié)構(gòu)設(shè)計和設(shè)備選型,確保工藝能夠用于有效處理廢水,保持運行效果穩(wěn)定,繼而帶來可觀經(jīng)濟效益。