热陶瓷工业废水处理的工艺优化研究

方宏伟

（中铁建设集团有限公司，北京 100040）

1 工程概况

摩根凯龙（荆门）热陶瓷有限公司主要生产、销售生产纤维类制品，如束帆索、罩式炉绝缘材料、热处理镀锌和退火、步进炉和后备绝缘体材料等。公司现有专业陶瓷纤维制品生产线8条。其中真空成型及异型制品年生产能力为925t。该公司的主要生产污染源为湿法生产的废水，主要污染物成分为淀粉、硅溶胶，还有少量PAE湿强剂树脂、粘合剂KB－340、丙烯酸酯纯丙乳液以及来自办公楼、食堂、单身宿舍和浴室的生活污水。废水中有害物CODcr含量较复杂、有机和无机污水伴生、尤其是硅溶胶等有机污染物的成分复杂、难于降解、常规处理难度大。需要特别指出的是，由于该公司是英国摩根集团总部在中国唯一设点的生产企业，基于生产技术上的保密考虑，因此在国内尚无法找到对其生产线产生的工业废水处理的任何工程实例，这些因素都为此类废水的有效治理提出了严峻的挑战。

该项目位于荆门漳河水库上游，地处荆门市区、地理位置十分敏感，因此为保护周边地表河流、地下水资源，杜绝高浓度无机、有机废水的污染，摩根凯龙（荆门）热陶瓷有限公司废水处理的新建工程是非常必要的。污水经处理后可减少向水体排放的CODcr为61.2t/年、SS为50.4t/年，对消除和保护受纳水体污染将会起着重要和积极的作用，该项目于2012年7月开工建设，11月验收后交付使用。根据湿法、异型生产排放废水水质化验见表1。

表1 湿法、异型生产排放废水水质

从而确定的设计进水水质为：CODcr：180～250mg/L；SS：110～120mg/L；pH：6.5。

设计出水水质为：COD≤20mg/L；SS≤1mg/L；pH 6.0。

2 工艺流程

根据摩根凯龙（荆门）热陶瓷有限公司提供的有关资料及该项目所在的地理位置和该公司污水水质、水量，经过对项目现场水样的分析和化验及小型物化试验的结果，同时在综合考虑各种废水治理技术的基础上提出该项目的治理设计方案和处理工艺：联合生化－物化法，即以调节＋混凝＋沉淀＋生物处理＋精细过滤为主体的工艺。

工艺流程图为：

厂区排出的（淀粉、硅溶胶）废水进入调节池进行水量调节，均合水质，并去除水中部分的悬浮物，经潜水泵进入絮凝罐，在罐内进行加药（PAC），絮凝后进入沉降池，再进入生物池、二沉池、多级精细过滤罐，出水进入清水池，回用或排放。处理系统中所产生的污泥先进入污泥浓缩池，经过浓缩，经带式压滤机形成泥饼，外运。

3 主要构筑物及设备参数

由于厂区供使用土地面积有限，提供的土地为生产线车间门前原花坛的占地，故整个水处理现场狭长，总体宽度严格限制在2.5m以内，各水处理主体构筑物土建部分的结构形式全部为半地下式钢筋混凝土结构。

3.1 调节池

由于该厂区生产时，不同工艺、不同时段排出的废水水质、水量变化极大，平时外排水很少，但是在交班前后，含有大量纤维的冲洗水被排出。因此设计调节池尺寸为7m×2m×2m，低于地坪1.5m。

3.2 混凝罐

采用具有自主知识产权的专利技术：高效旋流混凝反应器，水力停留时间为15min。投加聚合氯化铝（PAC）作为混凝剂，采用提升泵吸入方式投加，投量为25mg/L。此混凝反应器集混合、聚集和凝聚作用于一体，根据微涡旋理论设计而成。首先，在水流进入导流筒之后，水流沿筒壁旋转向下流动，但由于在导流筒内安装有挡流板，不仅可以防止水流短流，还可以在水流中不断地形成小漩涡，使混凝剂在水流中均匀地混合，破坏杂质颗粒的"稳定状态"，促进小杂质颗粒碰撞、吸附，从而形成小颗粒的矾花，这种设置方式不仅可以使絮凝剂瞬间分散到水体的小涡旋中，而且为微絮体的形成提供了充分的碰撞机会。接着，在网格反应区，由于在反应器中设置了30mm、50mm、80mm网孔的网格扰流装置，水流在流过格网时将会形成更多小涡旋，甚至形成更小的涡旋，从而产生更多的碰撞、聚集，构型不合理的、密实度差的矾花颗粒进行重新的组合，形成更利于泥水分离的矾花颗粒，从而有效地抑制了矾花的不合理增长。

该反应器混合效率高，克服了常规反应器中矾花生长不合理的现象，形成的矾花颗粒更均匀、密实度更好，泥水分离效果更佳，从而能有效地提高后续处理工艺的效率。同时，该反应器集旋流絮凝反应和网格絮凝反应的优点于一身，克服了网格絮凝池占地面积大、反应所需的容积大、絮凝所需时间长等一系列问题，可以大大地减少占地面积，能有效地提高反应效率和处理能力。

3.3 沉降池

采用竖流式沉淀池，占地面积小，池体尺寸为2.5m×2.5m×3.3m。在混凝反应器中经加药后，废水中颗粒具有絮凝性能，而水流向上，携带水中微颗粒向上流，从而颗粒之间相互碰撞、絮凝，颗粒变大，沉速也随之增大，沉至池底被排除。

3.4 生物池及二沉池

生物处理单元初期拟采用生物接触氧化法，但是在试运行期间，发现厂区生产废水中含有大量硅溶胶、丙烯酸酯等有机胶，粘附力极大，其与原水中的纤维物质共聚而堆积粘附在生物填料表面，挤压生物膜成长的空间，使被粘附的生物膜一直处于厌氧状态，而最外层的纤维表面很难生长出新的生物膜，造成生物池内生物无法发挥作用，使得出水效果极差，因此最终决定采用活性污泥工艺和竖流式二沉池。生物池的尺寸为：3.6m×2.5m×4.6m。采用鼓风微孔曝气，池内溶解氧控制在2mg/L。二沉池的设计停留时间为2h。

3.5 多级精细过滤罐

也是采用具有自主知识产权的专利技术，设计水力停留时间为1h，设计过滤滤速10～25m/h，反冲洗强度14～16L/（m·s），两级滤室隔间中装填200mm厚鹅卵石承托层和800mm厚滤料层，反冲洗按顺时针或逆时针方向依次进行反冲洗，单个隔间反冲洗时间约5min，共需反冲洗时间约20min。其工作原理：水流经水泵提升后进入压力过滤罐，水流依次通过第一级的滤料层、承托层，由中间过水管进入过滤罐的第二级，依次再经过第二级的滤料层、承托层，经出水管排出，水流中细小的杂质颗粒在通过滤料层时，受到滤料颗粒表面的静电引力、范德华力和化学键等作用，在滤料表面发生吸附、聚集、沉淀，杂质颗粒被截留在滤料空隙内；当滤层达到最大截污量后，启动反冲洗水泵，反冲洗水经配水系统均匀分配，对达到截污极限的滤层进行反冲洗，滤料颗粒在反冲洗水的作用下，颗粒发生剧烈的碰撞、摩擦，将滤料表面和滤料空隙内的杂质颗粒洗掉，使滤料得以更新，从而恢复滤层的截污能力，反冲洗出水经排水槽收集后，排入调节池。

该过滤罐具有以下优点：

过滤器采用新型的陶瓷滤料，可以根据污水的具体性质，对填充的滤料表面进行改性，从而可以保证处理出水的水质；同时对滤层结构进行了改进，采用"反粒度"过滤，使滤层的分布更加合理，可以有效防止反冲洗后滤层"混杂"的现象；由于采用多级过滤技术，在重力过滤的基础上又增加了压力过滤，促进滤层上部截留的杂质颗粒大量地转移到下部的滤层中，提高滤料的截污效率，使得滤层的截污量分布更加均匀、合理，从而滤层的截污能力得以很大地提升，实现了“小罐大用”的特点，同时可以较大地节约反冲洗耗水量，节约处理成本。而在一个罐体内实现串接两级，极大地减少了占地面积，有效地降低了建造成本；与微滤、超滤、纳滤等新型工艺相比，该过滤罐的滤层不易堵塞，滤料使用周期长。

3.6 清水池

采用原厂区已有的山顶水池，容积为300m3。

该组合工艺有以下特点：

1）结构简单，运转灵活，操作管理方便；

2）投资省，运转费用低，比常规生化节省30%；

3）该工艺主体部分为物化及生化处理系统，采取具有自主发明专利的独特的结构设计形式，处理效率高，罐子占地面积小，布置紧凑，可以实现一体化操作，并且节省一次性固定设备的投资。

4 实际处理效果

该工程从2009年8月底开始调试，9月试运行，11月正式运行。实际运行结果见表2。

表2 进出水水质对比

5 结 论

该污水处理项目建成投入运行后，外排废水中的COD、SS等污染物得到了有效控制和治理，如果回用达到零排放的标准，能大大减轻对地表水体水质的污染，为公司和本地经济可持续发展作出应有的贡献。

该设计方案采用的处理方法科学合理，处理工艺、设备、技术先进，工艺流程切实可行。另外，废水经处理后可供场地绿化，厂区冲洗道路和冲厕用水，节约了水资源，提高了水的利用率，尤其是处理后水的回用在自来水为1.4元/t的情况下2年内即可收回该污水处理项目的投资。因此该项目具有良好的社会效益、经济效益和环境效益。

［1］ 卫亚明.耐高热陶瓷纤维.产业用纺织品，1988，（Z1）.

［2］ GB 8978－1996，污水综合排放标准［S］.

［3］ GB 50014－2006，室外排水规范［S］.

［4］ 李 孟，汪志英.玉米淀粉废水过滤的实验研究［J］.建材世界，2009（3）.