1工程改造背景

 

杭州某染织厂是一家主要从事棉纱漂白、染色的企业,其生产废水(30 m3/h)主要来自脱脂漂白、染色和清洗工段,废水水质见表1。

 

 

1.1原废水处理系统

 

经现场调研后分析,原有污水处理系统主要存在以下问题:

 

(1)原水水质(pH值)波动较大,调节池内没有必要的搅拌设施,不能达到均质要求,后续运行难以稳定;

(2)调节池的提升泵流量过大,造成脉冲式进水,给后续处理带来不利影响;

(3)处理过程中投加硫酸亚铁(FeSO4·7H2O)和石灰,虽然通过沉淀分离对去除COD、SS等有一定效果,但污泥量相当大,污泥处理及外运花费高,对后续生化处理造成危害;

(4)接触氧化池的填料由于使用时间较长,挂膜性能不好,微生物膜没有生成,生化效果差;

(5)生产规模扩大使得初沉池、接触氧化池、二沉池都是超负荷运转,停留时间短,运行状况不理想;

(6)没有混凝池,混凝剂与废水反应时间不够。

 

1.2改造的必要性

由于本污水处理站出水排入当地水域,其出水必须达到《纺织染整工业水污染物排放标准》GB4287-92中规定的一级排放标准,用原系统处理废水,水质(见表2)无法达标,COD、色度时常超标。本改造工程设计出水的主要水质指标(GB4287-92)见表1。

 

 

2改造方案的确定

 

2.1水质分析及工艺选择

 

本公司的印染废水可生化性较差,仅依靠好氧生化工艺处理,很难达到预期效果。如果在好氧生化工艺处理前进行厌氧水解处理,可利用厌氧细菌降解能力强的特点,将废水中的大分子有机物(如化纤原料、活性染料等)转化为小分子有机物,将难降解的物质转化为易降解的物质,从而提高废水的可生化性,可为后续好氧处理创造条件。研究表明[1]:对中高浓度印染废水采用厌氧生化预处理,有利于去除色素(包括活性染料类)及有机污染物的毒性。

 

鉴于物化预处理中投药较多、污泥量大、成本高,若水中无机盐(特别是Ca2+)浓度增加,后续曝气池中组合填料上会出现板结并粘满较硬的泥垢,使其比表面积大大降低,从而阻碍微生物膜的形成和脱落,降低了生化处理效果。因此,将先物化后生化的工艺路线改为厌氧-好氧生化工艺路线[2],运用硝化和反硝化技术实现污泥的消化,可减少混凝剂用量,大大降低污泥产量和处理成本。

 

水解酸化-接触氧化工艺具有以下特点[3]:

 

(1)抗冲击负荷能力强;(2)可提高废水的可生化性;(3)运行稳定,污泥沉降性能好,处理效果受外界气温变化影响小,便于操作;(4)填料挂膜容易,老化膜靠水力冲刷、曝气搅动自动脱落;(5)回流污泥量小,也不存在污泥膨胀,运行管理方便;(6)附着在填料表面的微生物量大、种类多,并形成了细菌→原生动物→后生动物的食物链,出水水质良好。

 

2.2处理工艺构想

 

整个废水处理过程分四个处理单元。

 

2.2.1废水预处理单元

 

预处理单元包括调节池、混凝池和气浮池等。车间收集的废水首先进入调节池,在调节池中设置穿孔曝气装置,废水在调节池中进行混合,并进行pH值调节,水质水量得到均匀,并降低水温;经均质均量后的废水再通过提升泵提升至混凝池,在混凝池中投加PAC,采用机械搅拌混合,经混凝反应后的废水流入气浮池,同时投加PAM,进一步去除水中的SS和部分有机物,保证生化的进水水质。与沉淀池相比,气浮池具有占地面积小、建设费用省、去除SS效果好、不发生污泥膨胀等优点[3]。

 

2.2.2废水生物处理单元

 

该单元包括水解酸化池、接触氧化池等。气浮出水进入水解酸化池,废水在水解酸化池内经菌群的作用下,使复杂的大分子、不溶性有机物、难降解的有机物在细胞外酶的作用下,水解酸化为小分子、溶解性有机物和可生物降解的有机物,形成有机酸、醇类、醛类,提高废水的可生化性。水解酸化后的出水流到好氧池,好氧池内采用生物膜法,在池内设置组合填料,池中培养的特异菌体、微生物在菌胶的凝聚下附着于填料上,可使好氧菌得以大量繁殖。已充氧的废水在一定的流速下,经过一道道墙一样的生物膜群,水中的有机物即被拦截、消化分解,废水从而得到净化。控制或创造良好的微生物生长环境可以提高生化处理水平,其中涉及水质均化与调节,以及温度、营养料、充氧、微生物相和污泥的沉降性能等多种因素。

 

2.2.3废水后处理单元

 

该单元包括二沉池、砂滤池等。

 

接触氧化池出水进入二沉池,当污水进入沉淀池后流速迅速减小至0·02 m/s以下,从而极大地减小了水流夹带悬浮物的能力,水中悬浮物受本身重力和水流阻力作用,彼此互相干扰,或者受到池体壁的干扰,渐渐地沉淀下来成为污泥,而相对密度小于1的细小漂浮物则浮至水面形成浮渣而除去。二沉池出水进入砂滤池[4],水流中的悬浮颗粒由于一系列的物理-力学作用脱离水流流线,迁移到颗粒滤料表面,在某些化学键和特殊的化学吸附力下,粘附于颗粒滤料表面。研究[5]表明:砂滤处理可以起到色度截留去除效果。

 

2.2.4污泥处理单元

 

该单元包括污泥浓缩池、贮泥池和板框压滤机等。

 

本工程污泥量较少,气浮池、水解酸化池、二沉池的剩余污泥均排入同一污泥浓缩池,通过压滤脱水后外运。

 

2.3工艺确定

 

 

3改造方案的实施

 

调节池:利用原有调节池,用于均质均量、调节pH值,使废水水质和水量稳定。尺寸6·6 m×7·6 m×2·4 m+9 m×10 m×4 m,有效容积为270 m3,HRT约10 h。利用原有水泵提升污水,水泵出口处增加三通回流,加装玻璃转子流量计1台,严格控制进入后续处理设施的水量。对调节池加装穿孔曝气管,曝气强度为1·0 m3/m2·h,通过空气搅拌作用,使水质均匀。

 

混凝池:在原初沉池上分割出部分作为混凝池。混凝剂采用FeSO4,FeSO4混凝时间一般要求为25 min~30min,池体尺寸为3m×3·6m×4·8m,反应时间41 min。增加搅拌机一台,用于搅拌混合,使混凝剂FeSO4均匀分布于废水中。增加pH计和HCL投加系统一套,调节进水pH值。

 

气浮池:新增加的一体化气浮成套设备(包括:池体、投药设备、溶气罐、溶气水泵、空压机和链条式刮泥机),进一步去除絮凝颗粒并脱色。尺寸为5·5m×2·4 m×2·4m有效容积为26·4m3,HRT为0·9 h。水解酸化池:用于降解大分子有机物质,使难降解的有机物降解为易降解的小分子有机物,减小后面好氧段的有机负荷。(1)利用原有初沉池改造而成,尺寸为10 m×3·6 m×4·8 m,有效容积为147·6 m3,HRT为5·5 h。增加三台潜水搅拌机,防止污泥沉与池底发生消化反应,造成污泥量减少。更换组合式填料108 m3,填料有效高度3 m。

 

接触氧化池:在微生物的作用下,进一步去除水中的有机物和色度。(1)原水解酸化池改为好氧接触池,尺寸为12·5 m×3·5 m×5 m,有效容积为162 m3,HRT为6h,COD去除负荷(填料区负荷)为1·2 kgCOD/m3·d。更换组合式填料108 m3,填料有效高度3 m。接触池前端隔出部分作为配水区,确保进水均匀。(2)接触氧化池,尺寸为12·5 m×3·5 m×5 m+7·5 m×5·5 m×5 m,有效水深为4·5 m,有效容积:319·5 m3,停留时间为11·8 h,COD去除负荷(填料区负荷)为0·92 kgCOD/m3·d。由于好氧池需要风量为5 m3/min~7 m3/min,电机功率为7·5 kw。原有风量为10·16 m3/min,故需要排放掉一部分风量。风量过大容易使接触氧化池的生物膜脱落,导致挂膜和运行调试效果差。更换组合式填料共213 m3,填料有效高度3 m。接触氧化池停留时间共计17·8 h。

 

二沉池:将原二沉池增加15 m3斜管填料改造成斜管沉淀池,用于对接触氧化池出水进行固液分离,并进行污泥回流。尺寸为5·0 m×3·0 m×4·5 m,有效水深为2 m,沉淀时间为1·1 h,表面负荷:2·0 m3/(m2·h)。

 

砂滤池:利用原有气浮池改造,分成两格,增加池子高度到3·5 m,尺寸为9·5 m×2·4 m×3·5 m。用于进一步去除水中的有机物和色度,保证出水达标排放。

 

污泥池:利用原有污泥池,增加池子高度到3·0 m,用于污泥贮存和浓缩等。

 

4厌氧-好氧处理工艺调试运行

 

水解酸化池的调试从投加接种污泥开始,投加量大约为11 t。污泥来源于城市污水处理厂的脱水污泥,同时投加氮肥、磷肥,以补充水解池的氮、磷元素,并开启潜水搅拌器。容积负荷控制在设计容积负荷的10%~20%,当水解酸化池内污泥含量达1 000 mg/L,溶解性COD的去除率达到80%左右时,可小流量进水,并逐步加大,当污泥浓度到达2 500mg/L~3 000mg/L,COD去除率80%左右时,即调试完成。维持污泥量和pH值稳定是水解酸化池调试的关键,调试历时较长[6]。

 

在调试中首先接入70%的清水(或河水)和30%的污水进入好氧池,然后在每个生化池中均匀投加接种污泥,投加氮肥、磷肥,以补充水解池的氮、磷元素。开启风机对好氧池进行闷曝,时间为两天。以后慢慢加入废水进行菌种培养和驯化,在每次可降解的COD去除率达到50%~80%后,再增加原负荷的50%。调试期间,pH值控制在7·0~8·5之间,DO控制在2·0mg/L~3·0mg/L之间。采用负荷递增的方法直至负荷达到设计要求。

 

5运行效果

 

经过两个月的调试后系统成功启动。杭州市环保局水质监测站对其进行监测验收,其监测结果见表3。

 

 

由表3可知,经工艺改造后对COD、SS、色度的去除率分别达到91·2%、90·7%、87·5%,较原有工艺提高了9·0%、12·3%、15·5%。同时在工程验收后,对该厂废水处理后水质状况,进行了为期两个月每周一次的随意跟踪抽样分析。结果表明,废水经改造后的工艺处理,其各项水质指标均达到国家一级排放标准。抽样分析结果如下:pH为6·5~7·5;CODcr为78mg/L~93mg/L;SS为36mg/L~62mg/L;色度为25倍~34倍。

 

6主要技术经济分析

 

该改造工程总造价为49·1万元,其中土建费为4·9万元,设备费为37·2万元,其他费用为7万元。改造后废水直接处理成本为1·15元/m3(包括电费、人工费、检修维护费、药剂费)。该改造项目实施后,每年可减排COD约172·4 t、SS约67 t。

 

7结论

 

(1)采用厌氧-好氧生化工艺路线,在较高浓度(即COD>1 000)印染废水的治理中是可行的。从运行效果来看,处理效果良好,处理出水水质符合《纺织染整工业水污染物排放标准》(GB4287-92)中的一级标准。

(2)采用厌氧-好氧生化工艺路线,能够实现污泥的消化,污泥产量约减少60%。

(3)改变了原来的脉冲方式进水,水量波动较小,气浮浮渣流失小,有利于除去部分难生物降解有机物和有毒物质。同时,在一定程度上防止了由于厌氧污泥带入好氧池而引起的氧量不足问题,保证了接触氧化池的正常运行。

(4)水解酸化有效提高了印染废水的可生化性,为后续好氧处理创造了良好条件。生物接触氧化法容积负荷率高、运行稳定、管理简便、出水水质好,同时剩余污泥量少且含水率低。

(5)改造工程最大限度地利用原有构筑物,实现一次提升,达到厌氧、兼氧、好氧生物处理以及物化处理的结合,具有环境、经济的双重效益。