颜料废水处理方案

                       
颜料废水处理方案

    一、涂料废水污染特征

  涂料生产使用的原料主要为各类树脂、聚酯、有机溶剂、颜料、助剂如锌钡白、钛白粉、铁红、滑石粉等,生产工艺大都涉及树脂合成、色漆配制等,在此过程中不可避免产生废水。涂料废水含树脂残留物、老化树脂(树脂合成的中间产物)、油脂、苯、酚、极细的悬浮物。

  同时由于涂料行业生产规模相对偏小、品种多,具有组成复杂、水质复杂、浓度高、悬浮物多,CODCr高、水量变化大、色度变化大且浓度高的特点。单纯的生化或物化处理均难以达到排放要求,被认为是难处理的废水种类之一。

  二、涂料废水常见处理工艺

  由于涂料生产废水难生化降解、直接进入生化系统容易导致生化系统瘫痪的特点,国内外的涂料厂生产废水处理手段主要为“物化+生化”组合的方式。

  物化处理常用的有气浮、混凝沉淀、吸附、过滤、膜分离等方式,其中气浮、混凝沉淀主要用于前处理,吸附、过滤、膜分离用于深度处理。

生化处理包括厌氧和好氧两个工艺,由于涂料废水有机物含量很高并带有不易好氧降解的成份,一般采用“厌氧+好氧”联合。厌氧工艺有上流式厌氧污泥反应器(UASB)、上流式污泥床过滤器(UBF)、厌氧生物滤池(AF)、厌氧流化床反应器(AFBR)、污泥膨胀床反应器(EGSB)等工艺,好氧工艺有接触氧化、氧化沟、SBR工艺、MBR、生物转盘、生物曝气滤池等工艺,以及这些工艺的变种。

    三、工程实例一

    1、项目概况

  广东某化工有限公司是国内首批民营涂料企业,位于江门市,专业从事涂料的研发、生产、销售,是国家火炬计划重点高新技术企业和广东省高新技术企业。该公司的主要产品有:内外墙乳胶漆、水性木器漆、木器工业漆等。污水主要来源于洗浮胶漆罐废水、清洗地板水和生活用水。

    2、设计水量、水质

  设计水量:60m³/d;其中:生产废水:20m³/d,生活废水:40m³/d。

    3、处理工艺及说明

  采用“二级物化+复合厌氧+接触氧化+生物炭滤池”的处理工艺。鉴于生产废水水量不大,采取物化间歇处理,生化连续处理的方式。

  为了提高废水可生化性,在涂料废水中引入生活污水一起处理。引入生活污水进入处理系统能够为微生物提供充分的营养物质,但是同时又给系统带来NH3-N、总P的问题,所以系统新增了脱氮和除磷的措施。流程图如下:

  涂料生产废水先进入调节池1均匀水质水量,充分混合后由泵提升至一级反应沉淀池。一级反应沉淀池的反应区分为2格,第一格投加NaOH、FeSO4,并通过pH监测仪控制废水pH在9左右,第二格投加PAC、PAM,沉淀去除污水中部分悬浮物、乳化油和CODCr后上清液进入二级反应沉淀池,二级反应沉淀池与一级反应沉淀池相同设置,出水进入调节池2。在调节池2充分混合生产生活废水后再泵入复合厌氧池反应,经厌氧反应后废水中的污染物浓度已经得到很大程度的降低,废水的可生化性得到提高,残余大部分有机物在接触氧化池内进一步被分解转化。在接触氧化池的出口投加PAC提高除磷效果。接触氧化池的出水进入二沉池进行泥水分离后流进砂滤池。废水在砂滤池截留大部分悬浮物后流入生物炭池吸附污水中的悬浮物、CODCr、BOD5。生物炭池的出水进入清水池后直接达标排放。砂滤池、生物炭池定期反冲洗,反冲洗水流回调节池2重新处理。

  二沉池的生化污泥自流入生化污泥池和反应沉淀池的物化污泥自流入物化污泥池中进行浓缩。浓缩后的污泥定期由污泥泵泵入压滤机中脱水。压干的污泥由人工外运,滤液回流至调节池2重新处理。

    4、主要构筑物功能及设计参数

  (1)调节池1(地埋式)

  用于收集每天排放的生产废水,调节生产废水的水质水量;由于此类废水具有一定的沉降性,为了防止颗粒沉积,设穿孔管预曝气。

  净空尺寸:3.50m×4.80m×4.00m;有效水深:3.2m,有效容积:53.76m³,停留时间:HRT=64.5h;配套设备:污水提升泵2台,1用1备,规格参数:Q=7.2m³/h,H=13.0m,N=0.75kw。

  (2)一级反应沉淀池(半地埋式)

  中和废水中多余的酸,调节pH至9左右,增强反应效果。投加NaOH、FeSO4、PAC和PAM,初步去除废水中的污染物质。

  净空尺寸:3.30m×2.00m×6.00m;反应区平均分为2格,反应时间:41.5min;表面负荷:1.00m³/(㎡・h);配套设备:搅拌机2台,规格参数:N=0.55kw。

  (3)二级反应沉淀池(半地埋式)

  调节pH至9左右,增强反应效果。投加NaOH、FeSO4、PAC、PAM进一步去除废水中的污染物质。

  净空尺寸:3.30m×2.00m×6.00m;反应区平均分为2格,反应时间:40.2min,表面负荷:1.00m³/(㎡・h);配套设备:搅拌机2台,规格参数:N=0.55kw。

  (4)调节池2(地埋式)

收集反应沉淀池的出水与生活废水,池内设穿孔管曝气充分混合两股废水。池内设液位控制器2套,控制泵的启闭。净空尺寸:7.50m×5.00m×4.00m;有效水深:3.2m,有效容积:120m³;停留时间:HRT=48h;配套设备:提升泵2台,1用1备,规格参数:Q=13.0m³/h,H=18.0m,N=1.5kw。   

   (5)复合厌氧池(半地埋)

  该类废水由于生化性较差,故厌氧是否高效成为此设计的关键。本设计的厌氧采用复合厌氧池结合UASB和UBF技术,其下部为污泥床区,废水先通过污泥床与高浓度污泥接触,SS被截留,有机物被微生物吸附发生水解。反应池的上部为填料区,填料具有巨大的比表面积,为微生物提供生长的场所。经过复合厌氧池处理后,废水中的污染物浓度已经得到很大程度的降低,废水的可生化性提高,为接下来的好氧准备好充分的条件。采用污水内部循环保证污水上升速度,增强厌氧效率,同时设污泥回流保证厌氧池内的污泥浓度,混合液回流保证对NH3-N的去除。

  净空尺寸:6.80m×7.75m×7.50m;有效容积:368.9m³;污泥负荷:0.23kgCOD/(kgMLSS・d);停留时间:HRT=147.6h。

  (6)接触氧化池(半地埋)

  去除污水中的有机物质,降低污染物质浓度;在出水口处设混凝段,投加PAC,进一步去除废水中的污染物质、磷。

  净空尺寸:3.30m×7.75m×6.00m;有效容积:140.7m³;污泥负荷:0.17kgBOD5/(kgMLSS・d);停留时间:HRT=56.3h。

  (7)二沉池(半地埋式)

  采用竖流式沉淀池,污水在其内进行泥水分离。

  净空尺寸:2.30m×2.00m×6.00m;表面负荷:0.54m³/(㎡・h)。

  (8) 砂滤池(地上式)

  截留污水中的悬浮物质;底部设有气管,利用气水反冲洗。

  净空尺寸:3.00m×2.00m×3.50m;配套设备:反冲洗泵1台,规格参数:Q=65m³/h,H=25m,N=11kw。

  (9)生物炭池(地上式)

  生物炭池采用曝气生物滤池的原理。利用活性炭的吸附能力吸附污水中的有机物质,进一步去除污水中的污染物质,同时利用活性炭作为生物的载体,在池内通入空气,进一步去除水中的污染物质。

  净空尺寸:2.80m×2.00m×3.50m。

    5、工程投资及运行费用

  (1)项目占地面积:219㎡,总投资:60万元。

2)运行费用:

     A、电费:工程每天用电量156.50kwh,每天运行电费114.75元。

    B、人工费用:污水处理站定员2人,每天人工费133.33元。

    C、药剂费用:每天NaOH用药量9.0kg;FeSO4用药量24.0kg;PAC用药量12.6kg;PAM用药量0.5kg;每天药剂费82.90元。

    D、污泥处置费:费用约为20.00元/日。

    E、总运行费用:350.98元/日;平均处理费用:239.18/60=5.85元/m³污水。

  由于项目处理水量小,在平均运行费用中,人工费及由间接人工产生的污泥处置费占2.56元,接近一半,因此按平均运行费用误差较大。

    6、运行效果

该公司污水处理站自2006年建成投入运行以来,处理效果稳定,排水达标,具有良好的环境效益。

    四、工程实例二

    河北省某化工企业主要生产有机颜料,在生产过程中产生了大量有机颜料废水。本工程基于颜料生产企业的要求,以及段云霞等的研究成果,根据不同水质特点分别采取了铁碳微电解、Fenton氧化、光合细菌、生化反应等工艺对污水进行治理,在保证达标排放的前提下,最大程度降低了运行成本。工程调试完成后,整个污水治理系统运行稳定,各项出水指标优于预期要求。

    1、水质水量分析

    河北省某化工企业主要生产有机颜料,废水来源主要是工艺废水、废气吸收废水、地面冲洗水、生活污水等。

    废水按水质可以分为4大类:

    第1类为高浓度废水A(COD高、盐分低),主要来源于精制废水、滤洗废水、粗品车间废水,主要污染物为COD、苯系物等;

    第2类为高浓度废水B(COD高、盐分高),主要来源于结晶过滤废水、滤洗废水、精馏塔顶流出液、废气吸收废水、粗品车间废水、母液,主要污染物为COD、苯系物、二氯乙烷、二甲基甲酰胺、水合肼、盐分等;

    第3类为低浓度废水C,主要来源于消化废水、水冲泵废水、地面冲洗废水、蒸馏放料槽废水、蒸汽尾水、生活污水,主要污染物为COD、SS、氨氮、总磷、苯系物等;

    第4类为稀废水D,主要来源于产品洗水,主要污染物为COD、SS等。根据废水水质不同先分质处理,再合并处理。最终处理出水执行《污水排入城镇下水道水质标准》(CJ 343—2010)的B等级标准。各类废水水质水量如表 1所示。

    2、工艺分析

    废水处理工艺流程如图 1所示。

图 1 废水处理工艺流程

    根据4类废水水质,采取不同的方式进行处理,最后混合进入生化系统。高浓度废水A首先汇入1#集水池,然后经提升泵进入1# Fenton池进行氧化预处理,随后进入调节池。低浓度废水C直接进入调节池。高浓度废水B首先汇入2#集水池,然后经提升泵进入铁碳微电解池。铁碳微电解工艺主要是利用设备中填充的铁碳微电解填料中铁和碳产生的“原电池”效应治理废水,适合化工废水的处理,尤其对于废水中的氨基、硝基、苯环等难降解物质,能起到破环断链,将难降解物质变为容易降解物质,增强废水的可生化性。高浓度废水B的pH在2.2左右,不需提前酸化,可以直接进入铁碳微电解池。铁碳微电解池内安装高质量铁碳填料,在处理过程中不产生板结和钝化。铁碳微电解池出水含大量的Fe2+,进入2#Fenton池后加入H2O2可以发生Fenton氧化反应,进一步去除废水中的污染物,然后汇入调节池。3类废水经调节池混合后进入厌氧池,在厌氧菌作用下将高分子物质断链和开环,进一步提高废水的可生化性,对COD也有一定的去除率。

    废水经过厌氧池处理后进入PSB(photosynthetic bacteria)反应池,利用光合细菌进一步降低废水中的COD和氨氮。光合细菌在自然界中分布广,既可以在有光照射无氧环境中生存,也可以在无光照有氧环境中生存。PSB反应池是通过投加特殊的光合细菌对污水进行处理,对高浓度有机废水具有明显的优势。在PSB反应池中安装大夹片填料利于光合细菌固着生长,可减少其流失。本工程废水含盐量很高,可以发挥PSB耐高盐的特点,在无光照有氧环境中对废水进行治理。PSB反应池出水经A/O池进一步去除有机物和氮元素,然后与稀废水D混合进入接触氧化池。接触氧化池出水达标排放,进入城市下水道。

    3、主要构筑物与设备参数

   (1)集水池

    集水池2座,钢砼结构,内衬防腐材料。1#集水池有效容积50 m³,2#集水池有效容积100 m³。每池安装污水提升泵2台(1用1备),型号IHF65-50-125,P=3 kW;池底布设穿孔曝气管1套,安装电磁流量计1台。

   (2)铁碳微电解池

    铁碳微电解池1座,钢砼结构,内衬防腐材料,有效容积40 m³。池内安装铁碳微电解填料25 m³,池底安装曝气管道,与生化系统共用风机,鼓风量450 L/min。

   (3)Fenton氧化池

    Fenton氧化池2座,钢砼结构,内衬防腐材料。1#Fenton池有效容积20 m³,2# Fenton池有效容积40 m³。两池共用酸、碱、硫酸亚铁、双氧水、PAM投加设备。

    4、调节池

    调节池1座,钢砼结构,有效容积1 200 m³。污水提升泵2台(1用1备),型号IHF80-65-125,P=5.5 kW;池底安装穿孔曝气管1套。

    5、厌氧池

    厌氧池1座,钢砼结构,有效容积1 600 m³。潜水搅拌器4台,型号QJB7.5/12,P=7.5 kW,转速480 r/min。

    6、厌氧沉淀池

    厌氧沉淀池1座,钢砼结构,有效容积75 m³,水力停留时间4.2 h,水力表面负荷1.2 m³/(㎡˙h)。安装污泥回流泵2台(1用1备),型号80ZW65-25,P=7.5 kW。

    7、PSB反应池

    PSB反应池4座,钢砼结构,总有效容积1 760 m³。安装大夹片填料1 100 m³。HSR125型三叶罗茨鼓风机4台,池底安装穿孔曝气管道。

    8、PSB沉淀池

    PSB沉淀池1座,钢砼结构,有效容积100 m³,水力停留时间3.7 h,水力表面负荷1.4 m³/(㎡˙h)。安装污泥回流泵2台(1用1备),型号80ZW65-25,P=7.5 kW。

    9、A池

    A池2座,钢砼结构,有效容积600 m³。HSR150型三叶罗茨鼓风机3台(2用1备),与O池共用,安装大夹片填料360 m³。

    10、O池

    O池2座,钢砼结构,有效容积480 m³。鼓风机与A池共用,安装小夹片填料300 m³。

    11、二沉池

    二沉池1座,钢砼结构,有效容积120 m³,水力停留时间4.5 h,水力表面负荷1.36 m³/(㎡˙h)。安装污泥回流泵2台(1用1备),型号80ZW65-25,P=7.5 kW。

    12、接触氧化池

    接触氧化池4座,钢砼结构,有效容积1 200 m³。HSR150型三叶罗茨鼓风机2台,安装大夹片填料750 m³。

    13、终沉池

    终沉池2座,钢砼结构,有效容积150 m³,水力停留时间4.2 h,水力表面负荷0.68 m³/(㎡˙h)。安装污泥回流泵2台(1用1备),型号80ZW65-25,P=7.5 kW。

    14、污泥浓缩池

    污泥浓缩池2座,钢砼结构,有效容积275 m³。污泥泵3台(2用1备),规格:Q=30 m³/h,H=18 m,P=4 kW。

    15、工程调试及运行结果

    废水处理工程设计阶段对高浓度废水进行了铁碳微电解和Fenton氧化小试试验,综合考虑成本和排放要求,分别确定了废水A的COD去除率达到30%,废水B的COD去除率达到50%的最佳药剂投加量和反应时间,以此指导现场调试。生化处理部分在废水处理工程建成后直接现场调试。

    高浓度废水A加硫酸调节pH为3~4后进入1# Fenton池,向池内投加质量分数为0.3%的硫酸亚铁和质量分数为1%的双氧水,氧化4 h,可以去除30%的COD。

    高浓度废水B本身pH在2.2左右,可以直接进铁碳微电解池,控制微电解反应4 h,气水比3: 1。铁碳微电解池出水加酸调节pH=3后进入Fenton氧化池,补充质量分数为1%的双氧水,Fenton氧化4 h。Fenton氧化池出水加石灰调节pH=8.5。在上述条件下,COD去除率可以达到50%。

    废水A、B、C混合后进入厌氧池,通过厌氧菌作用提高废水的可生化性。调试过程中控制COD容积负荷在0.3 kg/(m³˙d),根据m(COD): m(N): m(P)-200: 5: 1,适当投加营养元素。

    企业购买PSB混合菌种后自行培养驯化。调试过程中定期投加菌种,补充光合细菌的流失。调试初期投加营养剂,增加废水的可生化性,并激活光合细菌的活性。PSB系统调试初期进水COD控制在1 000 mg/L以下,后续进水COD逐渐提高到6 000 mg/L左右。经过2个月的时间,完成了PSB反应池的调试。水力停留时间44 h,进水pH控制在7左右,COD去除率在70%左右。

    生化池接种污泥取自城市污水厂脱水后新鲜干污泥,含水率约为80%。调试阶段,A池投加40 t,O池投加20 t,接触氧化池投加60 t,共分2次添加。首先将低浓度废水C和稀废水D引入系统,并增加少量粪便污水。前3天控制曝气8 h,停机4 h,后续逐步减少停机时间直至连续曝气,A池溶解氧控制在0.5 mg/L,O池溶解氧控制在2 mg/L。培菌过程中观察生物相和进出水的变化,经过调试,确定A/O系统污水回流比控制在200%效果最佳。A/O系统污泥回流比控制在70%,主要回流到A池,根据污泥浓度变化,污泥也可少量回流到O池。接触氧化池在调试期间保持终沉池污泥回流,调试完成后终沉池污泥不再回流,直接进污泥浓缩池。

    每天产生的305 t稀废水D,根据调试情况,部分可作为厌氧池或PSB生物反应池浓度控制调配用水。

    五、结论

  涂料废水处理采用“二级物化+复合厌氧+接触氧化+生物炭滤池”的工艺是可行的。其中,复合厌氧池结合UASB和UFB的特点,使之更适合小型污水处理;生物炭滤池采用曝气生物滤池的原理,改用活性炭作为载体,提高了吸附及处理的效率。