南方某林产品化工厂主要将松香融化改性再进行乳化复配生产松香施胶剂。废水主要包括松香融化改性产生的有机废气处理时产生的喷淋废水、生产设备的清洗及施胶剂空桶清洗产生的废水。废水中含有大量有机物,主要成分为树脂酸、油类、单宁、醇、酯类、酚类等,可生化性差。若不进行处理直接排放,会对环境造成严重污染。
树脂类有机污染物是导致松香加工废水难以生化处理的主要原因。目前国内松香废水的处理方法主要有吸附法、高级氧化法、内电解法、中和法和生化法等。因此,在对废水进、出水水质特点进行分析、小试的基础上,最终确定采用隔油+混凝气浮+Fenton氧化+UASB+生物接触氧化组合工艺处理该废水。
1、废水水质、水量
废水主要包括洗桶废水、设备冲洗废水、废气处理废水和员工生活污水。现阶段综合废水总量约60m3/d,其中洗桶废水和设备冲洗废水含有大量的乳化松香,不仅COD、SS、动植物油的浓度高,色度也高并且可生化性差,为间歇性排放,约45m3/d;废气处理废水含有大量的松节油等有机污染物,为间歇性排放,约5m3/d;员工生活污水为间歇性排放,约10m3/d。
废水水质见表1。
根据企业的扩建计划和要求,设计污水站预处理部分实际处理能力为80m3/d,生化处理部分处理能力为100m3/d。现阶段洗桶、设备冲洗废水和废气处理废水约为50m3/d,污水站预处理部分进水量为3.5m3/h(每天运行14h);废水总量约为60m3/d,生化处理部分进水量为2.5m3/h(每天运行24h)。按照环保要求,设计出水水质需达到《污水综合排放标准》(GB8978—1996)的一级标准。
2、废水处理工艺流程及设计
2.1 工艺流程的确定
企业的洗桶废水、设备冲洗废水经过格栅去除大体积栅渣后与废气处理废水混合。混合废水色度高达600倍且含有大量的乳化松香、树脂酸、松节油及单宁等物质,B/C为0.15~0.17,可生化性差,属于难生物降解废水,因此需要预处理去除油类、色度,提高废水的可生化性。邬容伟等采用隔油+混凝气浮预处理含油脂废水,油类去除率为91.6%。废水脱色方法包括氧化脱色、吸附脱色、絮凝脱色、复合脱色及生物脱色等。针对废水可生化性差的特点,一般采用吸附法、絮凝法、臭氧氧化法、电催化氧化法、铁碳微电解法、Fenton氧化法和水解酸化法等提高废水的可生化性。
针对该工程的特点,考虑采用隔油+混凝气浮+Fenton氧化组合工艺进行预处理,再利用厌氧+好氧生化技术进行深度处理。
根据废水的水质水量、排放标准以及小试结果,确定采用隔油+混凝气浮+Fenton氧化+UASB+接触氧化联合处理工艺。
工艺流程见图1。
洗桶废水、设备清洗废水经格栅后与废气处理废水混合进入隔油调节池去除浮油,再通过提升泵提升至气浮池,同时在气浮池前段混凝区依次投加PAC、PAM与进水均匀混合,对乳化油和乳化松香进行破乳,气浮机释放器释放大量微小气泡使破乳后的油滴和乳化松香随着微小气泡上浮,去除油类及乳化松香并提高废水的B/C值。混凝气浮处理出水泵入Fenton氧化池加酸调节pH为3~4,并加入硫酸亚铁及过氧化氢均匀混合,分解废水中大分子有机物,去除色度并提高废水的可生化性。经过高级氧化后的废水进入混凝区,加碱调节pH维持在7~8并依次投加PAC、PAM均匀混合形成絮体进入沉淀区沉淀。隔油池去除的浮油收集后委托其他单位处理,气浮池的浮渣和混凝沉淀池的污泥脱水后外运。
经过预处理后的废水进入中间池与生活污水均匀混合,按照C∶N∶P=500∶5∶1的比例加入磷肥及尿素以确保厌氧污泥正常的生长繁殖。将废水泵入升流式厌氧污泥床反应器(UASB),利用厌氧污泥降解大分子有机物、去除COD并进一步提高废水的可生化性。接着厌氧出水流入生物接触氧化池继续去除COD,降解有机物。经过生化处理后的废水排入沉淀池,最终出水达标排放。
二沉池污泥部分回流至生物接触氧化池以保持污泥浓度,剩余污泥排入污泥池,脱水后外运处置。
2.2 主要构筑物及设备参数
①隔油调节池。
1座,钢筋混凝土结构,内壁采用三布五油玻璃钢防腐。隔油池尺寸为3.0m×1.5m×2.0m;调节池尺寸为5.0m×4.0m×5.5m,有效容积为100m3,水力停留时间为48h。
主要配套设备:提升泵2台,1用1备,Q=5m3/h,H=100kPa,P=0.75kW。
②气浮池。
1座,碳钢结构,内壁采用三布五油玻璃钢防腐。尺寸为4.2m×1.5m×2.5m,溶气罐尺寸Ø300mm×2.0m。
主要设备:回流泵1台(Q=4.0m3/h,H=400kPa,P=2.2kW),空压机1台(排气量0.42m3/min,工作压力0.8MPa,N=3.0kW),搅拌机2台,释放器1套,加药装置2套,刮渣机1台。
③调节池。
1座,钢筋混凝土结构,内壁采用三布五油玻璃钢防腐,水池超高0.5m,有效容积60m3,水力停留时间为29h。
主要配套设备:提升泵2台,1用1备,Q=5m3/h,H=100kPa,P=0.75kW。④Fenton氧化池。
1座,钢筋混凝土结构,三布五油玻璃钢防腐。分成2个单元,中间用穿孔墙隔开,单个水池超高0.5m,有效容积4.5m3,总水力停留时间为2.5h。
主要配套设备:加药装置3套,搅拌机2台。
⑤混凝沉淀池。
1座,钢筋混凝土结构,内壁采用三布五油环氧树脂玻璃钢防腐。分为混凝池和沉淀池,混凝池尺寸为1.0m×2.0m×2.5m,混凝池的中和区配备1套曝气管道,利用风机进行曝气搅拌,反应区采用机械搅拌。沉淀池泥斗容积为1.7m3,有效容积为8.0m3,水力停留时间为3.8h,表面负荷为0.52m3(/m2·h)。
主要配套设备:Ø0.2m中心筒一个。
⑥中间池。
1座,钢筋混凝土结构,超高0.5m,有效容积80m3,水力停留时间为32h。
主要配套设备:提升泵2台,1用1备,Q=6m3/h,H=150kPa,P=1.1kW。
⑦UASB。
1座,钢筋混凝土结构,内壁采用三布五油玻璃钢防腐,有效水深7.0m,有效容积为112m3,水力停留时间为44.8h。
主要设备:布水系统、进水加热保温装置、三相分离系统、出水堰各1套。
⑧生物接触氧化池。
1座,钢筋混凝土结构,内壁采用三布五油玻璃钢防腐,有效容积80m3,水力停留时间32h。组合填料规格(直径×片距):Ø200mm×60mm,低压聚乙烯材质,采用直拉均匀式悬挂方法,投加量为56m3,填充率为70%。设置2台回转式风机(1用1备,Q=1.71m3/min,P=2.2kW)。
⑨二沉池。
1座,钢筋混凝土结构,有效容积为15m3,水力停留时间为4h,表面水力负荷为0.5m3(/m2·h)。
主要配套设备:Ø0.25m中心筒一个,污泥泵2台(1用1备,P=0.75kW,吸泥水量5m3/h,H=100kPa)。
⑩污泥池。
1座,钢筋混凝土结构,尺寸为2.0m×2.0m×3.5m。
主要配套设备:污泥泵1台(吸泥水量5m3/h,H=100kPa,P=0.75kW)。
3、调试运行
3.1 混凝气浮
经过隔油处理后的废水依旧含有乳化油和乳化松香,因此废水在进入气浮前还需进行破乳。采用PAC和PAM作为破乳剂,根据小试确定pH为8,PAC和PAM最佳投加量分别为200、4mg/L。控制溶气罐的工作压力为0.35~0.45MPa,控制回流泵的回流量为30%。混凝气浮对COD和动植物油的去除率分别为36%、83%。
3.2 Fenton氧化、混凝沉淀
废水经过隔油、气浮处理后依然含有大量的有机物,色度高且可生化性差,B/C值为0.26。通过Fenton小试确定pH为3~4,双氧水(30%)添加量为4mL/L,硫酸亚铁添加量为1.5g/L,反应时间为4h。进入中和池将废水pH调整为7~8,依次添加PAC100mg/L和PAM2mg/L,对COD、色度的去除率分别为38%、87%,B/C值提高到0.44。
3.3 UASB
采用当地城市生活污水处理厂的脱水生化污泥进行UASB接种驯化,培养高效且沉降性能好的颗粒污泥。将30m3脱水污泥加水稀释筛滤,然后泵入反应器。废水中的氮、磷含量较低,混合生活污水后提高了氮、磷含量,但依然无法满足厌氧微生物正常生长代谢所需的氮、磷,所以按照C∶N∶P=500∶5∶1的比例向中间池废水投加磷肥及尿素。采用常温厌氧启动,运行温度为25~30℃,调节进水pH为7.0~7.5,将进水COD稀释至1000mg/L。连续进水,监测进、出口COD浓度,当COD去除率达到50%后,按照每次递增500mg/LCOD浓度的方式进水,直至达到设计进水浓度。
经过3个月调试,反应器有大量颗粒污泥形成并且出水水质稳定,COD去除率稳定达到75%以上,厌氧调试完成。
3.4 生物接触氧化
生物接触氧化池有效容积为80m3,按照10%的污泥接种量向生物接触氧化池中加入8m3当地城市生活污水处理厂的脱水生化污泥。启动时控制进水pH为7~7.5,并按照COD∶N∶P=100∶5∶1的比例加入葡萄糖、尿素和磷肥等营养物质。开启风机闷曝2d,将溶解氧控制在2~4mg/L;控制进水COD为500mg/L,并回流二沉池污泥,运行5d后填料表面开始挂膜,10d后全部挂膜。挂膜后每天监测生物接触氧化池的进、出口COD浓度,逐渐减少葡萄糖的投加并对应增加进水浓度直至达到设计进水浓度。接触氧化池污泥浓度维持在3000mg/L,污泥回流比为50%~100%。
经过1个月的调试,生物接触氧化池出水稳定,COD去除率达到80%以上。
4、运行结果
经过3个月的调试,系统出水水质稳定,连续15d对系统进、出水的COD、BOD5、动植物油、SS、色度进行监测分析,各项指标均达到《污水综合排放标准》(GB8978—1996)的一级标准,如图2所示。
系统稳定运行后连续15d对各主要处理单元进行监测,平均处理效果如表2所示。
5、主要经济技术指标
该工程占地约145m2,总投资为93万元,其中土建费用为49.5万元,设备及安装费用为27.5万元,技术费用为14万元,其他费用为2万元。运行费用:药剂费约7.27元/m3、电费约2.8元/m3、人工费约3.66元/m3、污泥处置费约2.48元/m3,废水处理成本合计16.21元/m3。
6、结论
①采用隔油+混凝气浮+Fenton氧化+UASB+接触氧化组合法处理松香加工废水,系统运行良好,出水水质稳定达到《污水综合排放标准》(GB8978—1996)的一级标准。
②整个系统对COD、BOD5、动植物油、SS、色度的平均去除率分别为98.8%、98.6%、99.1%、97.0%、99.3%,出水稳定,管理简便,处理成本为16.21元/m3,经济合理。(来源:南昌大学资源与环境学院鄱阳湖环境与资源利用教育部重点实验室)