工业生产废水处理系统改造设计实践

孙宇鹤

(上海三邦水处理技术有限公司,上海 201708)

在工业生产活动中会产生大量废水,如果未能得到有效处理将给周围环境带来极大污染。而随着生态保护问题日益得到重视,各地污水排放标准持续提升,对工业生产废水也提出了更高的处理要求。结合工业废水中含有大量氨氮、氟化物等污染物的性质,应有针对性的对原本的废水处理系统进行改造设计,以便取得理想的废水处理效果。

1 改造背景

1.1 项目简介

废水站升级改造工程位于江苏省盐城市建湖县,建设的废水处理系统专为赛德新光电材料(盐城)有限公司设计。该公司主要进行AG/UTG 等柔性屏幕的制作和加工,产生的废水中含有大量氟化物TSS 和氨氮等污染元素,采用原本废水站处理设施进行处理,排水难以达到《污水综合排放标准》三级标准。因此需要实现废水处理系统改造,系统的处理规模为200m3/d,主要去除废水中的氟离子和氮元素,确保排放废水达标后顺利排入市政污水管网,最终由市政污水处理厂处理。

1.2 废水的水量和水质

系统每天需要处理的废水总量为50t,进水包含五种废水,具体为蒙砂废水、预蚀刻废水和蚀刻废水、清洗废水和碱洗废水、砂炭反洗水、RO 浓水,废水水量如表1所示。

表1 废水来源、种类和水量

从总体进水水质来看,如表2 所示,不同废水种类的水质存在一定差异,给废水处理带来了一定难度,要求设计的废水处理系统具有较强处理能力。

表2 不同废水的水质情况

2 工艺流程及参数设计

2.1 工艺流程

从废水处理流程来看(如图1 所示),前期需要进行预处理,采用pH 调节、絮凝沉淀等工艺,产生废水进入到一般废水调节池。主体工艺采用三级化学混凝沉淀法,用于对氟离子进行去除,后续采用两级A/O 工艺,通过生化法对总氮和氨氮等污染进行去除。

图1 废水处理工艺流程

2.2 主要处理构筑物参数设计

对原废水站进行升级改造,需要新增调节池、反应池、混凝池、好氧池、厌氧池等多个处理池,基本采用混凝土+FRP 材质,主要构筑物设计参数如表3 所示。

表3 主要处理构筑物参数表

2.3 全自动控制设计

系统采用全自动控制方式,自动进行水泵等设备操控,根据各水池高低液位和出水水质实现各单元设备启停或切换控制。为实现加药量自动控制,需要配备DO、ORP 在线监测仪表,与加药泵实现联动,达到精准控制加药量的目标[1]。

3 设备选型

3.1 pH 调节池

在建设pH 调节池时,需要投加氢氧化钠和硫酸对进水pH 值进行调节,确保达到氯化钙和氟离子的最佳反应条件。因此在pH 调节池内需要配置搅拌机,在搅拌的条件下,向池体内投加酸或碱,并配备pH 在线监测仪进行pH 值监测,达到控制加药泵运行的目标。搅拌机选用双层桨式搅拌机,加药泵则选用机械隔膜计量泵,pH 计选用浸没式,检测范围在0～14 之间。

3.2 混凝反应池

在混凝反应池,需要投加氯化钙和PAC,通过与氟化物反应产生氟化钙沉淀,达到去除氟化物的效果。选用内部设置静压式液位计的药剂箱,可以与加药泵联动,在药剂液位过低时关闭系统,并发出缺药报警[2]。药剂箱配有氯化钙卸药泵,能够与压力式液位计联动,在达到高液位时报警。此外,为确保混凝剂在水中迅速扩散,同样需要配备1 台双层桨式搅拌机,使水中胶料在混凝剂作用下发生反应,生成氟化钙微料或微絮粒。

3.3 沉淀池

沉淀池的主要功能是实现泥水分离。沉淀池选用辐流式沉淀池,表面水力负荷为0.8m3/(m2·h)左右,水力停留时间为8h 左右。为了更好的实现泥水分离,需要配置中心传动刮泥机和出水堰,刮泥机选用中心传动刮泥机,碳钢材质,出水堰选用三角堰,不锈钢材质,碳钢和不锈钢表面均需涂抹FRP 以延长使用寿命。沉淀池底部配置气动隔膜泵进行污泥回流和定期排泥。

3.4 缺氧池(A 池)

缺氧池同样需要配备pH 计完成进水酸碱度调节,促使废水中氨氮等有机物在产酸菌的水解酸化作用化得到降解,并利用反硝化菌对从好氧池回流的硝酸盐和亚硝酸盐进行还原,生成气态氮和氮氧化物[3]。在设备选型方面,需要配备膜片式曝气头、DO 溶氧仪、硝化液回流泵和潜水搅拌机,将池内DO 控制在0.2～0.5mg/L 范围内,确保MLSS 在3～5g/L 范围内。

3.5 好氧池(O 池)

好氧池可以对废水中残留的小分子有机物进行降解,凭借硝化菌将氨态氮氧化为硝态氮和亚硝态氮。在设备选型上,需要配备两台罗茨风机(一用一备),型号为HDSR100B,功率为2.2kW,风量达到0.621Nm3/min。此外,需要配备膜片式曝气头,并配备1 套DO 溶氧仪和MLSS 在线监测仪。

4 处理工艺

4.1 三级化学混凝沉淀法除氟

从除氟工艺来看,将通过化学沉析作用去除水中溶解态的氟离子,将其转化为颗粒状氟化钙,通过沉淀、絮凝进入污泥,达到降低废水中氟化物浓度的目标。废水中氟离子含量较高,出水则要求氟离子含量不超10mg/L,因此需要采用三级混凝沉淀方案。

在工艺运行期间,需要确保pH 在6 到9 范围内,因此需要先使经过预处理的废水进入到一级pH 调节池,通过向池内投加酸或碱完成pH 调节,并投加一定量氯化钙与氟离子反应。在一级混凝沉淀过程中,将通过投加混凝剂促进混凝反应,产生双电层压缩、吸附架桥、沉淀网捕捉等作用,使废水中的悬浮物丧失稳定性,发生絮凝,得到微絮体。在絮凝池中,通过慢速搅拌和添加絮凝剂,减小水中胶体颗粒间的排斥力,使颗粒碰撞和附聚搭接,形成大颗粒或絮凝体,达到分离效果。经自然沉降,上清液进入清水池,池底污泥排入污泥池。

由于氟离子难以一次性去除,需要进入二级和三级pH 调节池进行再次处理。经过自然沉淀后,针对混凝高浓度废水,需要通过pH 调节和添加PAM进行混凝,构成絮状物后,利用气动隔膜泵进行压滤处理,实现固液分离。在二级和三级处理池运行的过程中,为确保可以做到连续均匀投加PAM絮凝剂,需要采用自动泡药装置实现一体化加药,完成PAM聚合物溶液投加,加药方法如图2 所示。

图2 加药方式

装置基本结构如图3 所示,能够同步投加干粉和水,并通过控制泵流量保证药液浓度符合要求。通过恒温加热,能够避免出现结块或管路堵塞等问题,进而使药液浓度保持稳定,达到均质化效果。最后通过中间水池,将废水送入水解酸化池进行处理,为后续实施生化处理奠定基础。

图3 加药装置基本结构

4.2 生化法除总氮和氨氮

作为常用污水处理工艺,生化法的脱氮除磷效果较好,进水和从生化滤液槽排出的含磷回流水都将进入到厌氧池中,通过释放磷使部分有机物得到氨化。通过内循环,获得从好氧池输送的硝态氮,能够发挥脱氮作用。好氧池作为曝气池,能够对废水中的COD 进行去除,并进行硝化反应,对磷元素进行吸收,产生的混合液将回流至缺氧池。最终通过沉淀池,可以实现泥水分离。

在工艺运行过程中,硝化反应期间将释放氢离子,导致pH 值下降。考虑到硝化细菌对酸碱度较为敏感,需要投加碳酸钠进行pH 值调节,确保始终维持在7 到8之间。通过工艺调试,在连续进水运行的条件下,碳酸钠投加量需要达到0.3‰。从硝化液回流情况来看,回流比越大产生的脱氮率越高,但产生的能耗也越大,将高溶解氧带入缺氧池,将导致反硝化细菌受体转移,给反硝化作用的发挥带来不利影响。经过试验,需要将回流比控制在200%到250%之间。在污泥回流方面,为使硝化细菌能够有效停留,应将污泥排放量设定为回流量的5%。

5 运行效果

自系统完成改造并投运以来,始终能够达到排放标准要求。在环境影响评估过程中,通过监测发现系统进、排水水质如表4 所示,排水的各项指标均符合规定。由此可见,采用系统废水处理工艺,能够有效去除氟化物和氨氮等污染物,保证出水水质稳定。

表4 系统进、排水水质

6 结论

针对工业生产废水中氟化物、氨氮污染物过多的情况,对废水处理系统进行升级改造,需要引进三级化学混凝沉淀法多次去除氟化物,然后通过生化法对多余总氮和氨氮等污染物进行处理,保证系统排水可以达标。在把握工艺流程的基础上,还应做好各处理池结构设计和设备选型,确保工艺能够用于有效处理废水,保持运行效果稳定,继而带来可观经济效益。