某化纤废水处理工程实践与工艺探讨

       

简述了某化纤有限公司12000m3/d污水处理工程, 其废水主要由高温、高酸度的酸性废水 (其中一部分还含有高浓度的Zn2+) 和含硫化物、高浓度有机物的碱性废水组成。针对酸碱废水的不同性质, 采取物化+生化处理工艺对其进行处理, 对废水中的COD、SS、Zn2+、硫化物等物质的去除率分别达到了92.4%、91.1%、94.9%和100%。出水稳定地达到了《污水综合排放标准》 (GB 8978—1996) 中的一级排放标准的要求。

湖北某化纤有限公司年生产3万t黏胶差别化短纤维, 黏胶纤维属于再生纤维素纤维, 是利用天然高分子纤维素为原料, 经过一系列复杂的物理、化学过程制成。黏胶纤维与天然棉纤维相似, 具有良好的吸湿性、透气性、染色性、抗静电性, 穿着舒适, 是合成纤维无法相比的, 其纺织品深受广大消费者喜爱, 在市场上具有较强的竞争力。

生产黏胶差别化短纤维的主要化学原料有硫酸、烧碱、硫酸锌、硫酸钠、二硫化碳等。该企业在生产期间产生4 000 m3/d的碱性废水及8 000 m3/d的酸性废水。废水中主要污染物为COD、SS、Zn2+、硫化物等。鉴于可持续发展和当地环境质量的要求, 该企业先后建设了一期物化处理和二期生化处理的污水处理设施。并经过当地环保部门验收, 出水稳定地达到了《污水综合排放标准》 (GB 8978—1996) 中的一级排放标准的要求。

水质特点1.1 设计进水水质及排放标准

设计进水水质及排放标准如表1所示。

1.2 原水水质特点

该废水具有水量大、污染物浓度较高、总体呈酸性等特性。其中酸性废水具有酸度高、腐蚀性强、水温较高 (80℃) 等物理特征, 其主要污染物为难降解的有机物, 特别是酸性废水中有一部分Zn2+含量比较高 (约为5 000 m3/d) , 如果含Zn2+废水直接进入生化系统会抑制微生物的新陈代谢, 因此在进生化处理前必须除Zn2+

碱性废水中的主要污染物为COD、SS及部分硫化物。酸碱废水在中和过程中析出大量不溶性有机物, 同时伴随有硫化氢和二硫化碳等有毒气体的产生, 因此必须妥善处置。

2 污水处理工艺2.1 污水处理工艺流程

针对不同废水的水质特点, 首先对部分酸性废水和全部碱性废水采取混合吹脱+初沉、另一部分含锌离子的酸性废水采取调节p H后沉淀除锌的物化处理工艺, 然后混合后采取推流式活性污泥的生化处理工艺, 其处理工艺流程如图1所示。

酸性、碱性废水经厂区管道收集进入污水处理系统。碱性废水经沉砂池去除大部分大直径颗粒物质后进入碱性废水调节池, 部分酸性废水经格栅后进入酸性废水调节池, 另一部分含锌酸性废水进入高锌酸水调节池。调节池底部均设有穿孔曝气管, 通过鼓风机供气对池内废水进行搅动, 以防止纤维素等物质的沉淀。

部分酸性废水 (约3 000 m3/d) 和全部碱性废水 (4 000 m3/d) 分别由污水提升泵送入曝气混合池, 两股水在此充分混合, 混合废水呈酸性。在废水混合过程中析出大量纤维素, 同时产生硫化氢和二硫化碳气体。通过鼓风机曝气对池内废水进行混合搅拌, 并将产生的二硫化碳和硫化氢气体吹出, 经排气塔高空排放。同时向曝气混合池中通过投加石灰乳并利用p H自控系统调节p H后自流入初沉池, 以去除废水中的大部分悬浮物及不溶性有机物 (一期工程运行时全部酸性废水都进酸性废水调节池, 酸、碱性废水全部提升至曝气混合池进行混合吹脱, 并通过投加石灰乳中和后进初沉池) 。

另外的酸性废水 (约5 000 m3/d为高含锌废水) 由高锌废水调节池提升至混凝反应池, 在混凝反应池中投加石灰乳溶液, 将p H调至9.0左右。石灰乳溶液采用石灰粉在石灰制备间内制备, 石灰乳投加量由反应池中的p H计进行自动控制, 混凝反应池中设潜水搅拌机进行搅动, 以保证反应均匀。此时废水中的锌离子将以氢氧化锌的形式沉淀, 通过除锌沉淀池去除。沉淀下来的氢氧化锌和纤维素经污泥泵排入污泥浓缩池中。

初沉池和除锌沉淀池出水自流进好氧生化处理系统, 并经二沉池沉淀后达标排放。

2.2 主要构筑物及设计工艺参数2.2.1 碱性废水沉砂池

碱性废水沉砂池2座, 池体尺寸11.0 m×6.5 m×3.5 m, 钢砼结构, 环氧树脂防腐处理;轮流交替使用, 采用人工清渣的方式。

2.2.2 碱性废水调节池

碱性废水调节池1座, 池体尺寸20.0 m×6.0 m×4.0 m, 钢砼结构, 环氧树脂防腐处理;HRT为2.3 h。

2.2.3 酸性废水调节池

酸性废水调节池1座, 池体尺寸32.0 m×16.0 m×4.0 m, 钢砼结构, 环氧树脂防腐处理;HRT为13.9 h (一期所有酸水进入该池, 二期后含锌酸水进入高锌酸性废水调节池) 。

2.2.4 高锌酸性废水调节池

高锌酸性废水调节池1座, 池体尺寸11.0 m×11.0 m×3.5 m, 钢砼结构, 环氧树脂防腐处理;HRT为4.1 h。

2.2.5 地下泵站

地下泵站1座, 泵站尺寸12.0 m×6.0 m×4.0 m;配3台酸水提升泵 (2用1备) 和2台碱水提升泵 (1用1备) 。

2.2.6 曝气混合池

曝气混合池1座, 池体尺寸20.0 m×12.0 m×4.5 m, 钢砼结构, 环氧树脂防腐处理;采用穿孔管对混合废水进行吹脱和搅拌, 气水比10∶1。

2.2.7 石灰乳池

石灰乳池4座, 池体尺寸6.0 m×5.0 m×2.5 m, 钢砼结构。

2.2.8 混凝反应池

混凝反应池1座, 池体尺寸6.0 m×3.0 m×5.5 m, 钢砼结构, 环氧树脂防腐处理;HRT为18 min, 设粗精两级p H调节, 并采用搅拌机强制机械搅拌。

2.2.9 初沉池

初沉池2座, 池体尺寸D 25.0 m×3.5 m, 钢砼结构;废水采取中进周出的方式, 1用1备;q=0.72m3/ (m2·h) [一期时q=1.22 m3/ (m2·h) ]。配半桥式周边传动刮泥机2台, 周边线速度1~3 m/min, 电机功率0.55 k W。

2.2.1 0 除锌沉淀池

除锌沉淀池2座, 池体尺寸, D 18.0 m×3.5 m, 钢砼结构;废水采取周进周出的方式;1用1备;q=1.10 m3/ (m2·h) 。配半桥式周边传动刮泥机2台, 周边线速度1~3 m/min, 电机功率0.55 k W。

2.2.1 1 好氧池

好氧池1座, 池体尺寸45.0 m×45.0 m×5.0 m, 钢砼结构;HRT为15.8 h;气水比7∶1, 配高效微孔曝气管2 000支;污泥回流比30%。

2.2.1 2 二沉池

二沉池1座, 池体尺寸D 30.0 m×4.0 m, 钢砼结构;废水采取周进周出的方式;q=0.88 m3/ (m2·h) ;配半桥式周边传动刮吸泥机1台, 周边线速度1.2 m/min, 电机功率7 k W。

2.2.1 3 污泥浓缩池

物化污泥浓缩池5座, 单座尺寸7.0 m×6.0 m×4.5 m, 钢砼结构;生化污泥浓缩池2座, 单座尺寸7.0 m×7.0 m×5.5 m, 钢砼结构;均采用重力沉降的浓缩方式。

2.2.1 4 鼓风机房及污泥脱水间

物化吹脱搅拌配三叶罗茨风机2台 (1用1备) , 单台风量62.9 m3/min, 升压49 k Pa, 电机功率75 k W。好氧池曝气配三叶罗茨风机2台 (1用1备) , 单台风量62.9 m3/min, 升压49 k Pa, 电机功率75 k W。污泥脱水间配带宽为2 m的带式压滤机3台, 其中生化污泥1台, 物化污泥2台, 压滤后的污泥外运处置。

3 运行结果及讨论3.1 运行结果

二期工程于2007年10月竣工, 并开始进水调试, 2008年1月调试成功, 当地环保部门对进出水水质进行了连续监测, 进出水水质见表2。

从表2可以看出, 各项出水指标均达到了设计要求, 其中COD、SS、Zn2+、硫化物等物质的去除率分别达到92.4%、91.1%、94.9%和100%。

3.2 主要技术经济指标

该污水处理站12 000 m3/d污水处理工程一、二期总投资1 368万元, 其中土建653万元、设备518万元、安装96万元、土地征用费41万元、能交基金35万元、其他25万元。

污水处理站总装机容量598.30 k W, 实际运行功率345.58 k W, 电价0.57元/ (k W·h) 。药剂费0.7元/m3, 人工费0.032 5元/m3, 综合废水处理成本1.127元/m3

3.3 问题讨论

该污水处理站自调试运行成功以来, 处理效果一直比较稳定, 各项水质指标均达到设计要求。但在运行中也出现了如下问题:

(1) 酸水中有一部分水温度较高, 最高时达到80℃, 本工程暂未做水的降温处理。在冬季运行条件下, 依靠水温与周围环境的温差可以使水体在进入生化处理前降到40℃以下, 满足生化处理对温度的要求。但在夏季, 必须考虑水的降温。

(2) 二期工程新建2座除锌沉淀池, 主要是一期初沉池对总锌的去除率不太理想, 结合废水总体呈酸性这一特点, 并考虑Zn (OH) 2在p H为9左右沉淀效果最好, 故对5 000 m3/d高锌酸水单独设初精两级p H调节后再进行沉淀, 取得了很好的锌离子去除率。

(3) 本工程采用石灰乳中和, 由于废水中含硫酸根离子, Ca2+与SO42-结合生成溶解度非常小的硫酸钙沉淀, 由表3可知[1], 硫酸钙在40℃时溶解度最大, 中和池水温在40~45℃左右, 而随着后续各处理工段水温的降低, 硫酸钙以Ca SO4·2H2O的形式形成结晶体, 容易发生管道堵塞。本工程中混凝反应池出水管、除锌沉淀池进出水管均有管径缩小及过水沟渠中发现有比较严重的结晶体形成的现象, 造成管道清洗困难, 给操作带来不便。同时好氧池的微孔曝气管也发生过结晶堵塞等问题, 曾进行过几次人工清洗。建议中和时投其他碱液, 或是增加前处理以有效去除水中的结晶体而不影响后续处理。同时对于同类废水, 可以尽量考虑采用明渠, 而少用管道进行构筑物之间的连接, 沉淀池改用管道较少的平流式沉淀池, 以有效防止管道堵塞带来的不便。

(4) 由于废水中含有一定量的盐分, 加上结晶现象的存在, 二沉池所排的污泥较常规生化污泥密度大, 所以二沉池应选择全桥式刮吸泥机, 主要原因是半桥式刮吸泥机运行一周需要较长时间, 这对密度较大的沉泥处理频率显然有所不适。

(5) 初沉池及除锌沉淀池均设2个, 1用1备, 主要是考虑到水体盐分较高, 池体清洗较为频繁的缘故。如初沉池在运行过程中基本上一个月清洗一次。同时, 好氧工艺采用推流式活性污泥法, 将45 m宽的池体分为10条4.5 m宽的廊道, 每5条廊道为一组分别进出水和污泥回流。在调试运行中发现, 停止对好氧池的前5条廊道的曝气, 即将前5条廊道改为缺氧条件运行, 取得了更好的运行效果。主要原因是废水中难降解的有机成分较多, 废水的可生化性较差, 并且全做好氧池, 污泥负荷达到了0.30 kg/ (kg·d) 。而前段改造为缺氧工艺后, 对于提高废水的可生化性及减轻好氧污泥负荷起到了至关重要的作用。

(6) 高锌沉淀池的污泥中含有重金属锌, 建议这部分污泥单独处理, 并进行妥善处置。

4 结论

采取酸碱废水混合吹脱初沉 (高锌酸性废水调节p H后沉淀除锌) 的物化工艺+活性污泥的生化工艺处理黏胶短纤维生产废水, 对COD、SS、Zn2+、硫化物等物质的去除率分别达到92.4%、91.1%、94.9%、100%, 出水能稳定达到《污水综合排放标准》 (GB8978—1996) 中的一级排放标准的要求。在酸碱废水中和过程中尽量不用石灰, 以免造成管道堵塞, 同时, 在污水进入好氧生化处理前进行适当的厌氧处理, 将会达到更好的处理效果。