超效浅层气浮-接触氧化法处理造纸废水设计及运行

Posted 2023-01-12 设计

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采用超效浅层气浮+接触氧化法污水处理工艺处理某造纸厂的废水，介绍了各处理构筑物、运行参数及经济技术指标。运行结果表明，用该工艺处理造纸废水，其出水水质达到《造纸工业水污染物排放标准》(GB3544—2001)中的要求。
江苏某纸业有限公司位于江苏省北部，公司始建于1985年，厂区占地5～6 hm2，现有员工328人。该厂所排放废水中含有大量难降解有机物质，这些物质如不经过处理，排入自然水体将严重影响纳污水系的水体功能，所以必须控制污染源，使企业能够达标排放，减轻对周边环境的污染。
1 废水水量、水质及处理标准
1.1 废水水量
根据主体车间生产状况，污水处理站设计按照三班制24 h连续运转，则污水处理构筑物的最高日平均设计流量为100 m3/h。
1.2 进水水质
该厂的主要污染物是生产废水，废水主要来源于打浆、洗浆工段和抄造工段，废水(超效浅层气浮出水)中主要的污染因子为COD 1 325 mg/L、BOD 698 mg/L、SS 1 155 mg/L、pH值6～9。
1.3 出水水质要求
根据当地环境保护部门的要求，该厂外排废水应满足《造纸工业水污染物排放标准》(GB3544—2001)中的要求，即：COD≤100 mg/L、BOD≤60 mg/L、SS≤100 mg/L、pH值6～9。
2.废水处理工艺流程
该厂生产废水的特点是SS含量较大且BOD/COD比值较低，不易生化。根据国内外中段水处理的实际运行情况，采用物化处理+生化处理是一种比较稳妥可靠的方案，即污水在生化处理前，利用物化处理，降低污水中COD、BOD的浓度，大大降低悬浮物的含量，提高废水的可生化性。根据本项工程的水质、水量及处理要求，确定采用超效浅层气浮+接触氧化法污水处理工艺。原水经收浆系统分离残浆后进入调节池，调节池出水依次进入高效浅层气浮池、接触氧化池、二沉池，出水(部分回用外)达标排放。二沉池分离污泥泵送至污泥贮池，高效浅层气浮池浮渣自流到污泥贮池，污泥贮池污泥经带式压滤机脱水，泥饼外运，滤液回流至调节池。
3.主要构筑物设计
(1)调节池：尺寸为10.0 m×10.0 m×3.5 m，主要调节废水的流量、浓度，使其水量、水质状况稳定，减少波动，水力停留时间为3.0 h，调节容积为300 m3。池内设潜污泵2台，一用一备，型号为100QW100-15-7.5。
(2)高效浅层气浮：尺寸为7.0 m×7.0 m×4.5 m，运用“浅层理论"和“零速"原理，集凝聚、气浮、撇渣、沉淀、刮泥为一体，是水质净化处理的高效设备。处理量为210 m3/h。
(3)接触氧化池：2座，共分为4格。单池尺寸为6.0 m×6.0 m×4.0 m，内设半软性填料250 m3，经过充氧的废水与长满生物膜的填料相接触，在生物膜的作用下，废水得到净化。曝气系统采用穿孔管曝气。有效停留时间为2.5 h，容积负荷为1.0 kg/(m3.d)。
(4)二沉池：尺寸为 10 m×4.5 m，表面负荷1.5 m3/(m2.d)。主要功能是分离接触氧化池污水中夹带的生物污泥。内设中心传动式刮泥机1套，型号为GNZ100；污泥泵2台，一用一备。
(5)回用水池：尺寸为7.0 m×7.0 m×4.5 m，有效容积为200 m3，水力停留时间为2.0 h。主要为处理后水回用提供储存场所。
(6)污泥贮池：尺寸为6.0 m×6.0 m×3.5 m，有效容积为100 m3，沉淀池中的污泥泵送污泥贮池，气浮浮渣自流进入污泥贮池，污泥贮池污泥进污泥浓缩池进行脱水。内设高速潜水搅拌机1台。
(7)污泥脱水池：尺寸为12 m×6.0 m×4.5 m，将污泥贮池中的污泥浓缩成饼状外运，滤液回流至调节池。内设带式压滤机1套，并配置清洗泵、螺杆泵、空压机各1台，以及加药装置1套。设计进泥量600 m3/d，设计出泥量450 m3/d，水力停留时间为8 h。
4.处理效果分析
采用超效浅层气浮+接触氧化法污水处理工艺能有效地去除水中的COD、BOD及SS，外排废水满足《造纸工业水污染物排放标准》(GB3544—2001)。具体检测结果见表1。

5.调试与运行
从城市污水处理厂引入活性污泥，对生物膜进行培养、驯化，其目的是选择、培养适应实际水质的微生物。然后确定符合实际进水水质水量的运行控制参数，在确保出水水质达标的前提下，尽可能简化操作规程，以便今后的运行指导。在初始启动阶段，每天一次以ρBOD∶ρN∶ρP=100∶5∶1比例投加尿素、二胺、白糖等营养底物。首先将接种污泥12.5 m3(5%生化有效体积)和废水按1∶1的比例稀释混合后用泵打入生化池内，再用泵打入20%～40%生化池体积的生产废水，然后剩余体积加清水贮满池子，开始静态闷曝培养。生化池内填料的堆放体积按反应池有效容积的35%～40%计。静置20 h不曝气，使固着态微生物接种到填料上，然后曝气24 h，静置2 h后排掉反应器中呈悬浮状态的微生物。再将配制好的混合液加入重复操作，6天后，填料表面已全部挂上生物膜，第7天开始连续小水量进水。经过7天的闷曝培养，填料表面已经生长了薄薄一层黄褐色生物膜，改为连续进水，进行动态培养，调整进水量，使污水在生化池内的停留时间为24 h，控制溶解氧在2～4 mg/L之间。约15天之后，填料上有一些变形虫、漫游虫(用生物显微镜观察)，手摸填料有粘性、滑腻感，20天以后出现鞭毛虫、钟虫、草履虫、游离菌等原生动物。经过20天的培养出现轮虫、线虫等后生动物，标志生物膜已经长成。
经过50多天的调试运行，污水处理站各构筑物、设备均能满足设计要求，整个系统运行正常、稳定。处理规模和出水水质均能达到设计要求，已通过相关部门验收。调试期间接触氧化池进出水COD及处理效果如图1所示。

6.经济分析
工程总投资估算为110万元。包括构筑物、设备等直接投资90万元以及设计费、调试费、运输费等间接投资20万元。运行成本主要包括电费、人工费以及药剂费等。运行费用总计3 200元/d，直接运行费为2 280元/d，折合吨水成本为0.90元。
7.结论与建议
(1)造纸废水的SS含量大且BOD/COD值较低，不易生化，采用物化处理+生化处理的工艺是切实可行的。出水水质指标均达到《造纸工业水污染物排放标准》(GB3544—2001)中的要求。
(2)接触氧化法体积负荷高，处理时间短，节约占地面积；生物活性高，且有较高的微生物浓度；污泥产量低，不需要污泥回流；出水水质好而稳定；不存在污泥膨胀问题。
(3)浅层气浮的加药处理出水水质应以满足生化设计进水水质条件为准，保证气浮加药的稳定以利于后续生化处理，同时为了保证生化反应的正常进行，建议投加聚铁，Fe3+是微生物生长的微量元素。
(4)生物接触氧化在运行过程中应注意在低、中、高负荷时，DO控制不当均有可能发生生物膜的过分生长与脱落，故应控制负荷(BOD/MLLSS)为0.2～0.3 kg/(kg.d)。
(5)培菌初期，曝气池会出现大量的白色泡沫，严重时会堆积整个生化池走道板，这一问题是培菌初期的正常现象，只要控制好溶解氧和采取适当的消泡措施就可以解决。总之，该方法处理的废水不但水质好，具有良好的环境效益，而且占地小，投资少，也具有较好的经济效益，同时运行效果稳定可靠，操作简单，有很高的推广价值。