周煥勇, 夏君
(貴州中車綠色環(huán)保有限公司, 貴陽 550081)
貴州某制茶公司主要從事茶與草本植物的精深加工業(yè)務(wù), 以鮮茶葉及草本植物(如三七、 桂花、金銀花等)為原料, 開發(fā)具有特定保健功效的植物活性成分, 以植物活性成分為基礎(chǔ), 設(shè)計、 開發(fā)健康食品飲品和功效化妝品, 工藝過程主要包括攤青、 粉碎、 萃取、 膜分離與濃縮等。 該企業(yè)生產(chǎn)廢水來源較為復(fù)雜, 主要由膜分離截留液廢水、 膜清洗廢水、 設(shè)備及車間沖洗水、 研發(fā)中心廢水組成。由于生產(chǎn)廢水COD 含量高、 色度高, 若不加以處理直接排放, 將嚴重污染周圍水環(huán)境。 通過對生產(chǎn)廢水進行水質(zhì)分析并結(jié)合國內(nèi)外處理技術(shù), 確定采用氣浮-厭氧折流反應(yīng)器(ABR)-A/O-MBR 組合工藝對生產(chǎn)廢水進行處理, 產(chǎn)生的污泥用板框壓濾機處理, 臭氣采用UV 高效光解廢氣凈化裝置進行處理, 出水達到GB 8978—1996《污水綜合排放標準》一級標準后排入市政污水井。
生產(chǎn)廢水由截留液廢水、 膜清洗廢水、 設(shè)備及車間沖洗水、 研發(fā)中心廢水等4 股廢水組成, 截留液廢水為陶瓷膜微濾、 管式膜超濾分離、 濃縮工序產(chǎn)生的截留液, 排放量為34 m3/d; 膜清洗廢水包括膜酸洗廢水、 膜堿洗廢水和膜透析廢水, 產(chǎn)生量為46 m3/d; 設(shè)備及車間沖洗水為項目車間及設(shè)備沖洗廢水, 排放量為150 m3/d; 研發(fā)中心廢水為研發(fā)中心在試驗過程中產(chǎn)生的廢水, 排放量為8 m3/d。 每天廢水產(chǎn)生量約為238 m3, 設(shè)計余量為20%,設(shè)計進水量為285 m3/d。
根據(jù)當?shù)丨h(huán)保局要求, 出水應(yīng)達到GB 8978—1996一級標準后排入市政污水井。 綜合各組成廢水水質(zhì)及出水標準, 設(shè)計進出水水質(zhì)如表1 所示。
表1 設(shè)計進出水水質(zhì)Tab. 1 Design influent and effluent water quality
廢水COD 和SS 濃度較高, 高SS 對生化法去除COD 影響較大, 同時去除COD 和SS 成為本工程的難點。 進水m(BOD5)/m(COD)值為0.5, 可生化性好, 且來水COD 質(zhì)量濃度達到4 000 mg/L,屬于有機物濃度較高的廢水, 因此宜采用厭氧及好氧生化法作為主體處理工藝; 但因為SS 濃度高,對生化系統(tǒng)影響較大, 所以采用預(yù)處理工藝(淺層氣?。┡c生化法相結(jié)合, 先去除廢水中的SS, 再對COD 和氨氮進行梯度降解, 以滿足出水要求。
主要處理工藝選擇如下:
(1) 預(yù)處理工藝。 由于生產(chǎn)廢水主要由設(shè)備及車間沖洗水、 膜清洗廢水及截留液廢水組成, 其中含有大量的茶葉及草本植物殘渣, 這些懸浮物密度小、 含量高, 因此采用淺層氣浮作為預(yù)處理工藝,可大量去除生產(chǎn)廢水中的懸浮物及其產(chǎn)生的COD。
(2) 厭氧生化工藝。 厭氧生化工藝主要有EGSB、IC、 UASB、 ABR 等, 由于本項目要求所有廢水處理裝置均設(shè)置在地下, 而EGSB、 IC、 UASB 等厭氧反應(yīng)器設(shè)備的高度大, 全建在地下工程難度大、費用高, 因此選擇裝置高度相對較低的ABR 厭氧反應(yīng)器。 ABR 是一個由多隔室組成的高效反應(yīng)器,具有水力條件好、 生物固體截留能力強、 微生物種群分布好、 結(jié)構(gòu)簡單、 啟動較快及運行穩(wěn)定等優(yōu)良性能[1], 適合處理水質(zhì)變化較大的廢水。 利用ABR將廢水中不易降解的難生化的大分子有機物, 水解成易生化的小分子有機物, 一方面降低了污染負荷, 另一方面提高了廢水的可生化性[2-3], 從而提高后續(xù)好氧處理對COD 的去除率。
(3) 好氧生化工藝。 好氧生化工藝主要有氧化溝、 SBR、 A2/O、 A/O 工藝等, 本項目處理規(guī)模小,不宜采用氧化溝及SBR 法, 同時廢水中氨氮含量高、 總磷含量極少, 因此選擇A/O 工藝作為本項目的好氧生化工藝。 A/O 工藝固液分離主要采用二沉池及MBR 工藝, 由于本裝置占地面積小、 A/O池高度低, 為了提高A/O 污泥濃度、 處理負荷及固液分離效果, 采用MBR 法作為A/O 的固液分離。 MBR 作為一種生物技術(shù)與膜技術(shù)相結(jié)合的高效生化水處理技術(shù), 因其污染物去除效率高、 凈化水質(zhì)好、 水質(zhì)穩(wěn)定和凈化水宜于回用等特點[4-5]而廣受關(guān)注。 MBR 結(jié)合了生物處理技術(shù)與膜分離技術(shù)的特點, 在有機物降解和脫氮除磷等方面發(fā)揮出獨特的技術(shù)優(yōu)勢, 使得出水水質(zhì)更加穩(wěn)定優(yōu)越[6-7]。
最終本項目采用氣浮預(yù)處理-ABR 厭氧處理-A/O 好氧處理-MBR 工藝對廢水進行處理, 工藝流程如圖1 所示。
圖1 廢水處理工藝流程Fig. 1 Process flow of wastewater treatment
(1) 調(diào)節(jié)池。 1 座, 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu), 尺寸為15.0 m × 5.0 m × 4.5 m, 有效容積為300 m3, HRT為24 h。 內(nèi)置QJB0.85/8-260/3-740S 型潛水攪拌機2 臺, 功率為0.85 kW; 提升泵2 臺(1 用1 備),流量為15 m3/h, 揚程為15 m, 功率為1.5 kW。
(2) 淺層氣浮。 處理水量為12 m3/h, 1 座, 碳鋼材質(zhì), 尺寸為φ3.0 m×1.0 m, 有效水深為0.7 m,HRT 為0.58 h, 表面負荷為1.7 m3/(m2·h), 回流比為50%~100%。 主電機功率為0.75 kW, 刮渣機功率為0.75 kW, 溶氣水泵功率為1.5 kW, 空壓機功率為0.75 kW, 配有PAC 及PAM 投加系統(tǒng)各1 套。
(3) ABR 反應(yīng)器。 2 座, 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu), 單座尺寸為10.0 m × 5.0 m × 5.5 m, 單座分為4 格,尺寸分別為3.0 m×5.0 m×5.5 m、 3.0 m×5.0 m×5.5 m、 2.0 m × 5.0 m × 5.5 m、 2.0 m × 5.0 m × 5.5 m, 有效容積為250 m3, 隔室上升流速為1.2 m/h,HRT 為40 h, 容積負荷為1.37 kg[BOD5]/(m3·d),配套φ100 mm ABS 彈性生物填料300 m3, 設(shè)置溫度在線分析儀、 pH 在線分析儀及ORP 在線分析儀。
(4) A 池。 1 座, 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu), 尺寸為5.0 m×5.0 m×4.5 m, 有效容積為100 m3, HRT 為8 h, 污泥質(zhì)量濃度為3 000 mg/L, 設(shè)計BOD5污泥負荷為0.2 kg[BOD5]/(kg[MLSS]·d), 溶解氧質(zhì)量濃度控制在0 ~0.5 mg/L, 混合液回流比為100%~300%。 內(nèi)置QJB0.85/8-260/3-740S 型潛水攪拌機1 套, 功率為0.85 kW。
(5) O 池。 1 座, 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu), 尺寸為10.0 m×5.0 m×4.5 m, 有效容積為200 m3, HRT 為16.5 h, 污泥質(zhì)量濃度為3 000 mg/L, 設(shè)計BOD5污泥負荷為0.3 kg[BOD5]/(kg[MLSS]·d), 溶解氧質(zhì)量濃度控制在2 ~5 mg/L。 內(nèi)置管式曝氣器30 根, 尺寸為φ94 mm × 1 000 mm; 配套羅茨風機2 臺(1用1 備), 風量為4.17 m3/min, 風壓為0.05 MPa,功率為5.5 kW; 設(shè)置溶解氧在線分析儀。
(6) MBR 反應(yīng)池。 1 座, 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu),尺寸為5.0 m × 4.0 m × 4.5 m, 有效容積為80 m3,內(nèi)置PVDF 中空纖維膜2 組, 膜通量為15 L/(m2·h), 總面積為1 000 m2。 設(shè)管式曝氣器15 根, 尺寸為φ94 mm×1 000 mm; 羅茨風機1 臺, 風量為4.17 m3/min, 風 壓 為0.05 MPa, 功 率 為5.5 kW;產(chǎn)水泵2 臺(1 用1 備), 流量為15 m3/h, 揚程為20 m, 功率為2.2 kW; 污泥回流泵2 臺(1 用1 備), 流量為20 m3/h, 揚程為7 m, 功率為1.5 kW; 反洗泵2 臺(1 用1 備), 流量為20 m3/h, 揚程為20 m,功率為2.2 kW; 次氯酸鈉投加裝置1 套。
(7) 污泥處理系統(tǒng)。 污泥池1 座, 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu), 尺寸為2.0 m×2.0 m×3.5 m。 選用2 臺污泥泵(1 用1 備, 流量為5 m3/h, 揚程為100 m, 功率為5.5 kW), 將污泥抽至隔膜式板框壓濾機(過濾面積為50 m2)進行脫水, 泥餅外運處理。
(8) 除臭裝置。 采用UV 高效光解廢氣凈化裝置, 1 套, SS304 材質(zhì), 處理能力為1 000 m3/h, 尺寸為900 mm×525 mm×670 mm, 功率為1.28 kW。
(1) 該項目生產(chǎn)廢水進水量小、 有機物濃度較高, 采用氣浮預(yù)處理大量降低了廢水中的懸浮物,同時降低了BOD5、 COD、 色度等污染物, 減少運行成本。 通過ABR 厭氧處理可去除大部分COD,提高廢水可生化性。 A/O-MBR 膜處理利用好氧活性污泥將廢水中的有機物、 氨氮、 懸浮物等進一步去除, 出水滿足GB 8978—1996 一級標準要求。
(2) 裝置基本設(shè)置在地下, 生產(chǎn)中產(chǎn)生的臭氣單獨收集后進入UV 高效光解廢氣凈化裝置進行處理, 整套裝置無異味, 保證了廠區(qū)的清潔生產(chǎn)。
調(diào)試期間接種的厭氧及好氧污泥均來自市政污水處理廠活性污泥, 經(jīng)過65 d 調(diào)試, 裝置達到設(shè)計負荷, 出水達到GB 8978—1996 一級標準, 各工段處理效果見表2。
表2 各主要處理單元出水水質(zhì)Tab. 2 Effluent water quality of each main treatment unit
由表2 可知, 采用淺層氣浮-ABR-A/O-MBR工藝對廢水進行處理時, 氣浮運行較為關(guān)鍵, 直接影響到各項出水指標, 在項目調(diào)試初期, 溶氣水釋放頭孔距較小, 運行中經(jīng)常出現(xiàn)堵塞, 影響生化系統(tǒng)的調(diào)試效果, 后更換為較大孔距(5 mm)的釋放頭得以解決。 系統(tǒng)整體運行及出水水質(zhì)穩(wěn)定, COD、BOD5、 氨氮、 色度、 SS 去除率分別達到97.84%、99.73%、 94.62%、 91.74%、 99.74%, 出水水質(zhì)均滿足GB 8978—1996 一級排放標準。
該項目總投資約為500 萬元。 運行電費為0.87元/m3, 藥劑費約為0.32 元/m3(含PAC、 PAM、 次氯酸 鈉 的 費 用), MBR 膜 更 換 費 用 為0.49 元/m3,人工費為1.20 元/m3, 總運行費用為2.88 元/m3。
(1) 草本植物深加工生產(chǎn)廢水水質(zhì)比較惡劣,COD 和SS 含量高, 采用淺層氣浮預(yù)處理-ABR-A/O-MBR 組合工藝對其進行處理是可行的, 出水水質(zhì)穩(wěn)定達到GB 8978—1996 一級標準。 該工藝運行穩(wěn)定, 處理效果好, 維護簡單。
(2) MBR 膜深度處理可以很好地控制出水SS濃度, 并避免了污泥膨脹導(dǎo)致出水不達標等風險。