有機顏料廢水治理工程實例
有機顏料生產(chǎn)廢水污染物種類多，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，含有較多大分子難降解的基團，且水量水質(zhì)波動大，COD、有機氮、鹽分濃度較高，屬于典型的難降解有機廢水。目前，對于顏料廢水的治理主要采用厭氧+好氧為主的生化法，預(yù)處理和深度處理最常用的是混凝沉淀和Fenton氧化，其他還包括化學(xué)沉淀、過濾、吸附、電解、膜分離等。
河北省某化工企業(yè)主要生產(chǎn)有機顏料，在生產(chǎn)過程中產(chǎn)生了大量有機顏料廢水。本工程基于顏料生產(chǎn)企業(yè)的要求，以及段云霞等的研究成果，根據(jù)不同水質(zhì)特點分別采取了鐵碳微電解、Fenton氧化、光合細菌、生化反應(yīng)等工藝對污水進行治理，在保證達標排放的前提下，最大程度降低了運行成本。工程調(diào)試完成后，整個污水治理系統(tǒng)運行穩(wěn)定，各項出水指標優(yōu)于預(yù)期要求。
1、水質(zhì)水量分析
河北省某化工企業(yè)主要生產(chǎn)有機顏料，廢水來源主要是工藝廢水、廢氣吸收廢水、地面沖洗水、生活污水等。廢水按水質(zhì)可以分為4大類：第1類為高濃度廢水A(COD高、鹽分低)，主要來源于精制廢水、濾洗廢水、粗品車間廢水，主要污染物為COD、苯系物等；第2類為高濃度廢水B(COD高、鹽分高)，主要來源于結(jié)晶過濾廢水、濾洗廢水、精餾塔頂流出液、廢氣吸收廢水、粗品車間廢水、母液，主要污染物為COD、苯系物、二氯乙烷、二甲基甲酰胺、水合肼、鹽分等；第3類為低濃度廢水C，主要來源于消化廢水、水沖泵廢水、地面沖洗廢水、蒸餾放料槽廢水、蒸汽尾水、生活污水，主要污染物為COD、SS、氨氮、總磷、苯系物等；第4類為稀廢水D，主要來源于產(chǎn)品洗水，主要污染物為COD、SS等。根據(jù)廢水水質(zhì)不同先分質(zhì)處理，再合并處理。最終處理出水執(zhí)行《污水排入城鎮(zhèn)下水道水質(zhì)標準》(CJ343—2010)的B等級標準。各類廢水水質(zhì)水量如表1所示。
表1廢水水質(zhì)和水量
2、工藝分析
廢水處理工藝流程如圖1所示。
圖1廢水處理工藝流程
根據(jù)4類廢水水質(zhì)，采取不同的方式進行處理，最后混合進入生化系統(tǒng)。高濃度廢水A首先匯入1#集水池，然后經(jīng)提升泵進入1#Fenton池進行氧化預(yù)處理，隨后進入調(diào)節(jié)池。低濃度廢水C直接進入調(diào)節(jié)池。高濃度廢水B首先匯入2#集水池，然后經(jīng)提升泵進入鐵碳微電解池。
鐵碳微電解工藝主要是利用設(shè)備中填充的鐵碳微電解填料中鐵和碳產(chǎn)生的“原電池”效應(yīng)治理廢水，適合化工廢水的處理，尤其對于廢水中的氨基、硝基、苯環(huán)等難降解物質(zhì)，能起到破環(huán)斷鏈，將難降解物質(zhì)變?yōu)槿菀捉到馕镔|(zhì)，增強廢水的可生化性。高濃度廢水B的pH在2.2左右，不需提前酸化，可以直接進入鐵碳微電解池。
鐵碳微電解池內(nèi)安裝高質(zhì)量鐵碳填料，在處理過程中不產(chǎn)生板結(jié)和鈍化。鐵碳微電解池出水含大量的Fe2+，進入2#Fenton池后加入H2O2可以發(fā)生Fenton氧化反應(yīng)，進一步去除廢水中的污染物，然后匯入調(diào)節(jié)池。3類廢水經(jīng)調(diào)節(jié)池混合后進入?yún)捬醭?，在厭氧菌作用下將高分子物質(zhì)斷鏈和開環(huán)，進一步提高廢水的可生化性，對COD也有一定的去除率。
廢水經(jīng)過厭氧池處理后進入PSB(photo synthetic bacteria)反應(yīng)池，利用光合細菌進一步降低廢水中的COD和氨氮。光合細菌在自然界中分布廣，既可以在有光照射無氧環(huán)境中生存，也可以在無光照有氧環(huán)境中生存。PSB反應(yīng)池是通過投加特殊的光合細菌對污水進行處理，對高濃度有機廢水具有明顯的優(yōu)勢。
在PSB反應(yīng)池中安裝大夾片填料利于光合細菌固著生長，可減少其流失。本工程廢水含鹽量很高，可以發(fā)揮PSB耐高鹽的特點，在無光照有氧環(huán)境中對廢水進行治理。PSB反應(yīng)池出水經(jīng)A/O池進一步去除有機物和氮元素，然后與稀廢水D混合進入接觸氧化池。接觸氧化池出水達標排放，進入城市下水道。
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3、主要構(gòu)筑物與設(shè)備參數(shù)
1、集水池
集水池2座，鋼砼結(jié)構(gòu)，內(nèi)襯防腐材料。1#集水池有效容積50m3，2#集水池有效容積100m3。每池安裝污水提升泵2臺(1用1備)，型號IHF65-50-125，P=3kW；池底布設(shè)穿孔曝氣管1套，安裝電磁流量計1臺。
2、鐵碳微電解池
鐵碳微電解池1座，鋼砼結(jié)構(gòu)，內(nèi)襯防腐材料，有效容積40m3。池內(nèi)安裝鐵碳微電解填料25m3，池底安裝曝氣管道，與生化系統(tǒng)共用風(fēng)機，鼓風(fēng)量450L/min。
3、Fenton氧化池
Fenton氧化池2座，鋼砼結(jié)構(gòu)，內(nèi)襯防腐材料。1#Fenton池有效容積20m3，2#Fenton池有效容積40m3。兩池共用酸、堿、硫酸亞鐵、雙氧水、PAM投加設(shè)備。
4、調(diào)節(jié)池
調(diào)節(jié)池1座，鋼砼結(jié)構(gòu)，有效容積1200m3。污水提升泵2臺(1用1備)，型號IHF80-65-125，P=5.5kW；池底安裝穿孔曝氣管1套。
5、厭氧池
厭氧池1座，鋼砼結(jié)構(gòu)，有效容積1600m3。潛水攪拌器4臺，型號QJB7.5/12，P=7.5kW，轉(zhuǎn)速480r/min。
6、厭氧沉淀池
厭氧沉淀池1座，鋼砼結(jié)構(gòu)，有效容積75m3，水力停留時間4.2h，水力表面負荷1.2m3/(m2˙h)。安裝污泥回流泵2臺(1用1備)，型號80ZW65-25，P=7.5kW。
7、PSB反應(yīng)池
PSB反應(yīng)池4座，鋼砼結(jié)構(gòu)，總有效容積1760m3。安裝大夾片填料1100m3。HSR125型三葉羅茨鼓風(fēng)機4臺，池底安裝穿孔曝氣管道。
8、PSB沉淀池
PSB沉淀池1座，鋼砼結(jié)構(gòu)，有效容積100m3，水力停留時間3.7h，水力表面負荷1.4m3/(m2˙h)。安裝污泥回流泵2臺(1用1備)，型號80ZW65-25，P=7.5kW。
9、A池
A池2座，鋼砼結(jié)構(gòu)，有效容積600m3。HSR150型三葉羅茨鼓風(fēng)機3臺(2用1備)，與O池共用，安裝大夾片填料360m3。
10、O池
O池2座，鋼砼結(jié)構(gòu)，有效容積480m3。鼓風(fēng)機與A池共用，安裝小夾片填料300m3。
11、二沉池
二沉池1座，鋼砼結(jié)構(gòu)，有效容積120m3，水力停留時間4.5h，水力表面負荷1.36m3/(m2˙h)。安裝污泥回流泵2臺(1用1備)，型號80ZW65-25，P=7.5kW。
12、接觸氧化池
接觸氧化池4座，鋼砼結(jié)構(gòu)，有效容積1200m3。HSR150型三葉羅茨鼓風(fēng)機2臺，安裝大夾片填料750m3。
13、終沉池
終沉池2座，鋼砼結(jié)構(gòu)，有效容積150m3，水力停留時間4.2h，水力表面負荷0.68m3/(m2˙h)。安裝污泥回流泵2臺(1用1備)，型號80ZW65-25，P=7.5kW。
14、污泥濃縮池
污泥濃縮池2座，鋼砼結(jié)構(gòu)，有效容積275m3。污泥泵3臺(2用1備)，規(guī)格：Q=30m3/h，H=18m，P=4kW。
4、工程調(diào)試及運行結(jié)果
1、工程調(diào)試
廢水處理工程設(shè)計階段對高濃度廢水進行了鐵碳微電解和Fenton氧化小試試驗，綜合考慮成本和排放要求，分別確定了廢水A的COD去除率達到30%，廢水B的COD去除率達到50%的最佳藥劑投加量和反應(yīng)時間，以此指導(dǎo)現(xiàn)場調(diào)試。生化處理部分在廢水處理工程建成后直接現(xiàn)場調(diào)試。
高濃度廢水A加硫酸調(diào)節(jié)pH為3~4后進入1#Fenton池，向池內(nèi)投加質(zhì)量分數(shù)為0.3%的硫酸亞鐵和質(zhì)量分數(shù)為1%的雙氧水，氧化4h，可以去除30%的COD。
高濃度廢水B本身pH在2.2左右，可以直接進鐵碳微電解池，控制微電解反應(yīng)4h，氣水比3:1。鐵碳微電解池出水加酸調(diào)節(jié)pH=3后進入Fenton氧化池，補充質(zhì)量分數(shù)為1%的雙氧水，F(xiàn)enton氧化4h。Fenton氧化池出水加石灰調(diào)節(jié)pH=8.5。在上述條件下，COD去除率可以達到50%。
廢水A、B、C混合后進入?yún)捬醭?，通過厭氧菌作用提高廢水的可生化性。調(diào)試過程中控制COD容積負荷在0.3kg/(m3˙d)，根據(jù)m(COD):m(N):m(P)-200:5:1，適當投加營養(yǎng)元素。
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企業(yè)購買PSB混合菌種后自行培養(yǎng)馴化。調(diào)試過程中定期投加菌種，補充光合細菌的流失。調(diào)試初期投加營養(yǎng)劑，增加廢水的可生化性，并激活光合細菌的活性。PSB系統(tǒng)調(diào)試初期進水COD控制在1000mg/L以下，后續(xù)進水COD逐漸提高到6000mg/L左右。經(jīng)過2個月的時間，完成了PSB反應(yīng)池的調(diào)試。水力停留時間44h，進水pH控制在7左右，COD去除率在70%左右。
生化池接種污泥取自城市污水廠脫水后新鮮干污泥，含水率約為80%。調(diào)試階段，A池投加40t，O池投加20t，接觸氧化池投加60t，共分2次添加。首先將低濃度廢水C和稀廢水D引入系統(tǒng)，并增加少量糞便污水。前3天控制曝氣8h，停機4h，后續(xù)逐步減少停機時間直至連續(xù)曝氣，A池溶解氧控制在0.5mg/L，O池溶解氧控制在2mg/L。
培菌過程中觀察生物相和進出水的變化，經(jīng)過調(diào)試，確定A/O系統(tǒng)污水回流比控制在200%效果最佳。A/O系統(tǒng)污泥回流比控制在70%，主要回流到A池，根據(jù)污泥濃度變化，污泥也可少量回流到O池。接觸氧化池在調(diào)試期間保持終沉池污泥回流，調(diào)試完成后終沉池污泥不再回流，直接進污泥濃縮池。
每天產(chǎn)生的305t稀廢水D，根據(jù)調(diào)試情況，部分可作為厭氧池或PSB生物反應(yīng)池濃度控制調(diào)配用水。
2、運行結(jié)果
廢水處理工程建成后，經(jīng)過調(diào)試，運行情況良好，出水水質(zhì)達到《污水排入城鎮(zhèn)下水道水質(zhì)標準》(CJ343—2010)的B等級標準。出水水質(zhì)和排放標準見表2，表中數(shù)據(jù)為多次檢測平均值。
表2各單元處理效果及排放標準
5、運行成本分析
電費：電價0.7元/(kW˙h)，電費成本2.82元/m3。人工費：3人，平均每人3000元/月，人工成本0.32元/m3。藥劑費：聚丙烯酰胺消耗量0.1kg/m3，聚丙烯酰胺成本0.86元/m3；雙氧水消耗量10kg/m3，雙氧水成本3.10元/m3；硫酸亞鐵消耗量1kg/m3，硫酸亞鐵成本0.17元/m3；硫酸消耗量1kg/m3，硫酸成本0.17元/m3；鐵碳微電解填料消耗量0.4kg/m3，填料成本1.17元/m3；液堿消耗量7kg/m3，液堿成本1.94元/m3；復(fù)配劑消耗量0.5kg/m3，復(fù)配劑成本3.5元/m3；營養(yǎng)劑成本0.8元/m3；PSB系統(tǒng)光合細菌培養(yǎng)成本0.3元/m3；自來水成本0.13元/m3。綜合電費、人工費、藥劑費，總運行成本15.28元/m3。
6、結(jié)論
顏料生產(chǎn)過程排放的廢水種類非常多，且水質(zhì)差異比較大，本項目共產(chǎn)生16股廢水，根據(jù)各股廢水特點合并為4大類，分別采取不同的預(yù)處理措施后進入生化處理系統(tǒng)。廢水經(jīng)處理后，出水pH=7.5，COD≤120mg/L，NH3-N≤3mg/L，TN≤13mg/L，遠低于《污水排入城鎮(zhèn)下水道水質(zhì)標準》(CJ343—2010)的B等級標準。噸水運行成本15.28元。
本工藝對于有機顏料廢水的治理具有較為明顯的優(yōu)勢，其充分利用了部分廢水pH較低的特點進行鐵碳微電解和Fenton氧化，降低了廢水COD，并提高了B/C，利于后續(xù)生化處理。分類預(yù)處理可有效減少廢水處理設(shè)施設(shè)備的投資，同時減少了藥劑投加量和運行成本。PSB對難降解廢水，尤其含苯系物和染料類廢水的治理具有明顯的優(yōu)勢。工藝最后采用A/O和接觸氧化保證了出水達標。本工藝設(shè)計合理，處理成本不高，系統(tǒng)運行穩(wěn)定，可以為有機顏料廢水或者含有硝基、苯環(huán)、胺類等難降解物質(zhì)廢水的治理提供借鑒。
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