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        造紙廢水處理強(qiáng)化生化系統(tǒng)COD去除的實(shí)例

        2022-03-23 06:32:28吳芳磊賀航運(yùn)崔文亮
        工業(yè)水處理 2022年3期
        關(guān)鍵詞:沉淀池平均值生化

        吳芳磊,賀航運(yùn),梁 庸,崔文亮

        (1.深圳市環(huán)水投資集團(tuán)有限公司,廣東深圳518031;2.浙江深德環(huán)境技術(shù)有限公司,浙江湖州313200)

        廢紙?jiān)旒堉茲{和造紙過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量廢水,該廢水具有COD和SS含量高,可生化性相對(duì)較差的特點(diǎn),若不能進(jìn)行有效處理,將對(duì)水環(huán)境造成嚴(yán)重的污染。另外,隨著國(guó)家對(duì)造紙廢水排放標(biāo)準(zhǔn)特別是直排要求的提高,造紙廢水的處理問(wèn)題受到了越來(lái)越廣泛的關(guān)注。目前,對(duì)于造紙廢水最常用的處理技術(shù)是以生化處理為主體的三級(jí)處理技術(shù)〔1〕。

        1 項(xiàng)目介紹

        浙江省某制漿造紙企業(yè)以生產(chǎn)瓦楞紙和紗管紙為主,該企業(yè)車間產(chǎn)生的廢水和生活用水經(jīng)管道收集后直接排入污水處理站進(jìn)行處理。污水處理站設(shè)計(jì)規(guī)模為3 000 m3/d,實(shí)際進(jìn)水量為2 000~2 800 m3/d,出水水質(zhì)執(zhí)行《制漿造紙工業(yè)水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB 3544—2008)中表3水污染物特別排放標(biāo)準(zhǔn)。

        1.1 工藝流程

        該污水處理站預(yù)處理采用混凝沉淀處理工藝,生化系統(tǒng)采用三段式好氧生化處理工藝,深度處理采用Fenton氧化工藝。

        預(yù)處理主要是去除廢水中的SS,如纖維、膠料、涂料和化學(xué)藥劑殘?jiān)龋WC后續(xù)生化系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行,同時(shí)可以去除20%左右的COD?;炷恋砉ば虺鏊侄芜M(jìn)入第1段和第2段生化池(第1段生化池進(jìn)水水量和第2段生化池進(jìn)水水量按7∶3進(jìn)行調(diào)配),第1段生化池出水進(jìn)入第2段生化池繼續(xù)處理,第2段生化池出水再進(jìn)入第3段生化池進(jìn)行進(jìn)一步處理。三段好氧生化均以推流式活性污泥法為主體工藝,主要針對(duì)進(jìn)水中的高COD進(jìn)行去除;由于進(jìn)水營(yíng)養(yǎng)比例的失衡,需向生化池不斷補(bǔ)充氮肥、磷肥以保證微生物的正常生長(zhǎng)和活性。深度處理采用Fenton高級(jí)氧化技術(shù),進(jìn)一步去除難降解COD,保證出水水質(zhì)達(dá)標(biāo)。該污水處理站工藝流程見(jiàn)圖1。

        圖1 污水站處理工藝流程Fig.1 Treatment process flow of sewage station

        1.2 進(jìn)出水水質(zhì)

        由于2種紙的生產(chǎn)工藝和原料有所不同,且受市場(chǎng)需求影響,車間生產(chǎn)不斷調(diào)整,造成來(lái)水水質(zhì)波動(dòng)較大。進(jìn)出水水質(zhì)如表1所示。出水水質(zhì)執(zhí)行《制漿造紙工業(yè)水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB 3544—2008)中表3水污染物特別排放標(biāo)準(zhǔn)。

        表1 進(jìn)出水水質(zhì) mg/L Table 1 Influent and effluent quality

        1.3 運(yùn)行問(wèn)題分析

        綜合污水站進(jìn)水水質(zhì)及出水標(biāo)準(zhǔn),污水站對(duì)于廢水處理的主要難點(diǎn)在于COD的穩(wěn)定去除。受進(jìn)水水質(zhì)波動(dòng),以及應(yīng)用回用水造成難降解物質(zhì)在系統(tǒng)中累積的影響,三段生化出水COD經(jīng)常發(fā)生波動(dòng)。目前運(yùn)行的各段生化系統(tǒng)出水COD的變化如圖2所示。

        由圖2可知,第1段出水COD在1 419~2 545 mg/L之間,平均值為1 972 mg/L;第2段出水COD在1 082~2 260 mg/L之間,平均值為1 663 mg/L;第3段出水COD在184~376 mg/L之間,平均值為283 mg/L。而Fenton設(shè)計(jì)進(jìn)水COD為300 mg/L,F(xiàn)enton進(jìn)水COD超過(guò)300 mg/L,不僅造成處理費(fèi)用急劇升高,而且會(huì)導(dǎo)致Fenton處理出現(xiàn)異常,存在出水COD超標(biāo)風(fēng)險(xiǎn)。

        圖2 各段生化系統(tǒng)出水CODFig.2 Effluent COD of each biochemical system

        2 生物處理強(qiáng)化措施及效果

        為保障最終出水COD穩(wěn)定達(dá)標(biāo),并有效降低運(yùn)行成本,在不增加新的處理設(shè)施的前提下,充分挖掘現(xiàn)有生物系統(tǒng)運(yùn)行空間,依次從進(jìn)水方式、DO控制、污泥回流方式、污泥齡等方面分階段進(jìn)行了優(yōu)化調(diào)整。

        2.1 調(diào)整進(jìn)水方式及DO控制

        原設(shè)計(jì)進(jìn)水方式為混凝沉淀工序出水分段進(jìn)入第1段和第2段生化池(第1段生化池進(jìn)水水量和第2段生化池進(jìn)水水量按7∶3進(jìn)行調(diào)配),最后經(jīng)由第2段生化池進(jìn)入第3段生化池進(jìn)行進(jìn)一步處理。第1階段調(diào)整首先將分段進(jìn)水改為混凝沉淀工序出水全部進(jìn)入第1段生化池進(jìn)行處理,第1段生化處理出水進(jìn)入第2段生化池進(jìn)行處理,第2段生化處理出水再進(jìn)入第3段生化池進(jìn)行處理。此項(xiàng)調(diào)整措施可保證三段各自獨(dú)立的生物反應(yīng)過(guò)程和不同的微生物生態(tài)反應(yīng)系統(tǒng),有利于培養(yǎng)各段進(jìn)水特性條件下的專性微生物,從而提高生物去除效率。

        同時(shí),對(duì)原有DO控制策略進(jìn)行了調(diào)整。原有運(yùn)行方式中,各段生化池DO控制在2~2.5 mg/L左右。DO調(diào)整措施:將現(xiàn)有工頻風(fēng)機(jī)改為變頻控制,并加設(shè)溶解氧自動(dòng)控制系統(tǒng),將第1、2段DO控制在0.3~0.8 mg/L左右,使第1、2段生化系統(tǒng)處于微氧狀態(tài)。微氧條件下同一個(gè)系統(tǒng)內(nèi)可實(shí)現(xiàn)厭氧、缺氧及好氧環(huán)境的共存,可以豐富微生物群落,提高微生物多樣性,而且微環(huán)境馴化出的混合微生物群落能更有效地對(duì)難降解有毒污染物進(jìn)行脫毒降解〔2-3〕,進(jìn)而提高難降解污染物的去除效率。第3段生化系統(tǒng)DO控制在2 mg/L左右,以保障出水氨氮穩(wěn)定達(dá)標(biāo)。第1階段調(diào)整后,各生化段的出水COD的變化如圖3所示。

        圖3 第1階段調(diào)整后各生化段的出水CODFig.3 Effluent COD of each biochemical section after stage 1 adjustment

        由圖3可以看出,第1段生化處理出水COD在1 786~2 767 mg/L之間,平均值為2 335 mg/L;第2段生化處理出水COD在852~1 339 mg/L之間,平均值為1 114 mg/L;第3段生化處理出水COD在150~229 mg/L之間,平均值為192 mg/L。調(diào)整后第1段生化處理出水平均COD較調(diào)整之前有所上升,這主要是因?yàn)檫M(jìn)水方式調(diào)整后,第1段生化系統(tǒng)接受的進(jìn)水COD負(fù)荷較高,且第1段生化池通過(guò)溶解氧的控制變成了預(yù)酸化池,其具有水解酸化的功能,可將大分子物質(zhì)轉(zhuǎn)化成小分子物質(zhì),將環(huán)狀結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化為鏈狀結(jié)構(gòu),進(jìn)一步提高了廢水的可生化性,為后續(xù)厭氧或好氧處理創(chuàng)造了良好的條件,而不是大幅降低COD〔4〕。第2段生化處理出水平均COD較調(diào)整之前下降了33%,第3段生化處理出水平均COD較調(diào)整之前下降了32%,調(diào)整后效果明顯。

        2.2 調(diào)整污泥回流方式

        經(jīng)第1階段調(diào)整出水穩(wěn)定后,進(jìn)行第2階段優(yōu)化調(diào)整,主要是針對(duì)污泥回流方式。原生化系統(tǒng)污泥回流方式為第1段沉淀池回流污泥回流至第1段生化池,第2段沉淀池回流污泥回流至第2段生化池,第3段沉淀池回流污泥回流至第3段生化池。在第1次調(diào)整后,各段生化池保持獨(dú)立,各自富集降解不同進(jìn)水水質(zhì)的微生物,第1段微生物降解的COD中大部分為易降解的COD,第2段微生物降解的COD中含有部分不易降解的COD,第3段微生物基本上降解的是難降解COD。污泥回流方式調(diào)整措施:保持第1段沉淀池污泥回流方式不變,第2段沉淀池回流污泥調(diào)整為一部分回流至第2段生化池,另一部分回流至第1段生化池,第3段沉淀池回流污泥調(diào)整為一部分回流至第3段生化池,另一部分回流至第2段生化池。通過(guò)錯(cuò)位回流方式,向第1段和第2段生化池內(nèi)分別引進(jìn)能夠降解難降解COD的菌群,強(qiáng)化第1段和第2段生化池對(duì)難降解COD的降解能力。第2階段調(diào)整后,各生化段的出水COD的變化如圖4所示。

        圖4 第2階段調(diào)整后各生化段的出水CODFig.4 Effluent COD of each biochemical section after stage 2 adjustment

        由圖4可以看出,第1段生化處理出水COD在1 622~2 485 mg/L之間,平均值為2 156 mg/L,較第1次調(diào)整后下降7.7%;第2段生化處理出水COD在604~1 100 mg/L之間,平均值為826 mg/L,較第1次調(diào)整后下降25.8%;第3段生化處理出水COD在135~184 mg/L之間,平均值為160 mg/L,較第1次調(diào)整后下降16.7%??梢钥闯觯ㄟ^(guò)強(qiáng)化第1、2段降解難降解COD的菌群的培養(yǎng),其COD去除效果明顯增強(qiáng),特別是第2段生化系統(tǒng)的強(qiáng)化效果更為明顯。

        2.3 調(diào)整污泥齡

        由于污水站來(lái)水中氮、磷含量不高,對(duì)于脫氮除磷沒(méi)有特別要求,一般需要往生化系統(tǒng)中投加氮、磷,故原系統(tǒng)設(shè)計(jì)運(yùn)行的各生化段的污泥齡一直保持在10 d左右。有研究表明,延長(zhǎng)泥齡,會(huì)使活性污泥顆粒的Zeta電位絕對(duì)值降低,污泥表面疏水性增強(qiáng),導(dǎo)致DLVO總位能下降,從而有利于污泥的絮凝,表現(xiàn)在出水濁度的降低〔5〕。針對(duì)造紙廢水絮凝性能較差,特別是三段生化出水中經(jīng)常帶有細(xì)小懸浮物,影響后續(xù)深度處理的處理效果,可以考慮適當(dāng)延長(zhǎng)污泥齡,這將有利于降低出水濁度;而且泥齡越長(zhǎng),微生物種群的豐度越大,有利于提高對(duì)難降解COD的去除率。由于第1、2段進(jìn)水負(fù)荷高,調(diào)整較長(zhǎng)污泥齡可能不利于COD的去除,所以第3階段主要針對(duì)第3段生化池的污泥齡進(jìn)行調(diào)整,將污泥齡逐步由10 d調(diào)整至30 d。第3階段調(diào)整后,第3段生化處理的出水COD的變化如圖5所示。

        圖5 第3階段調(diào)整后第3段生化處理的出水CODFig.5 COD of effluent from biochemical treatment in the third stage after stage 3 adjustment

        由圖5可知,第3段生化處理出水COD在80~160 mg/L之間,平均值為118 mg/L,較第2次調(diào)整下降26.2%,效果明顯。

        據(jù)類似的針對(duì)造紙廢水處理的報(bào)道,經(jīng)過(guò)生化系統(tǒng)處理后的出水COD基本在211~370 mg/L之間〔6-9〕,在此基礎(chǔ)上進(jìn)入后續(xù)深度處理。而對(duì)于本研究,強(qiáng)化生化系統(tǒng)處理前,生化系統(tǒng)出水COD在184~376 mg/L之間,而調(diào)整后生化系統(tǒng)出水COD明顯下降。生化處理出水經(jīng)Fenton進(jìn)一步處理,最終出水COD在15~35 mg/L之間,穩(wěn)定達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)。

        3 運(yùn)行成本優(yōu)化核算

        對(duì)生化系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)整后,污水處理站運(yùn)行成本在電費(fèi)和Fenton處理藥劑費(fèi)方面均有下降。電費(fèi)下降主要體現(xiàn)在對(duì)曝氣的控制,現(xiàn)有運(yùn)行方式下電耗下降0.22元/t;由于Fenton進(jìn)水COD大幅下降,除調(diào)節(jié)酸堿藥劑用量變化不大,雙氧水和硫酸亞鐵的用量大幅減小,經(jīng)核算,改進(jìn)前Fenton處理成本約為5.61元/t,改進(jìn)后約為2.56元/t。

        4 結(jié)論

        針對(duì)原處理工藝存在的問(wèn)題,利用污水站的現(xiàn)有條件,對(duì)原運(yùn)行系統(tǒng)進(jìn)行了3次優(yōu)化調(diào)整:(1)將第1、2段好氧生化系統(tǒng)通過(guò)曝氣控制為微氧環(huán)境,使第1、2段生化池具有水解酸化的功能,提高了對(duì)難降解物質(zhì)的去除率;(2)進(jìn)行明確的分級(jí)處理加上錯(cuò)位回流,使得各段能夠針對(duì)其進(jìn)水水質(zhì)培養(yǎng)各自獨(dú)立高效的活性污泥系統(tǒng);(3)延長(zhǎng)污泥齡,富集種群更加豐富的微生物種類,提高對(duì)難降解COD的去除率,并增強(qiáng)活性污泥絮凝效果,降低出水濁度。通過(guò)以上措施的疊加,強(qiáng)化了生化系統(tǒng)降解難降解COD的能力。優(yōu)化調(diào)整后的運(yùn)行結(jié)果表明,總體運(yùn)行效果良好,生化處理出水COD下降了58.3%,運(yùn)行過(guò)程中第3段生化出水COD也極少出現(xiàn)超過(guò)300 mg/L的情況,滿足了后續(xù)Fenton處理進(jìn)水要求,最終處理出水COD在15~35 mg/L之間,出水穩(wěn)定達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)。在不新增處理工藝或者擴(kuò)建的情況下,不僅保障了出水COD的穩(wěn)定,且降低了電耗和Fenton處理費(fèi)用。

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