超效淺層離子氣浮法在造紙廢水深度處理中的應(yīng)用

葉 蒼

(福建南紙股份有限公司，福建南平，353000)

為了促進(jìn)制漿造紙工業(yè)生產(chǎn)工藝和污染治理技術(shù)的進(jìn)步，2008年8月1日國(guó)家制定了新的水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)［1-2］。福建南紙股份有限公司 (以下簡(jiǎn)稱南紙)對(duì)生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的廢水經(jīng)二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)處理后基本達(dá)標(biāo)排放，但COD和色度卻不能滿足新的排放要求，于是南紙?jiān)谠械?萬(wàn)t/d的廢水處理設(shè)施上增加了深度處理設(shè)施，該深度處理采用氣浮絮凝法，利用淺層氣浮，并加入化學(xué)絮凝劑以達(dá)到固液分離的目的，將二沉池出水的CODCr從原來(lái)的300 mg/L以上降至90 mg/L以下，滿足了GB3544—2008 制漿造紙工業(yè)水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的排放要求，本文介紹了這一工藝的應(yīng)用過(guò)程。

1 超效淺層氣浮的基本原理

超效淺層氣?。?］運(yùn)用“淺池理論”及“零速原理”進(jìn)行設(shè)計(jì)，強(qiáng)制布水，進(jìn)出水都是靜態(tài)的，減少對(duì)混凝絮體的擾動(dòng)。在絮凝劑和助凝劑的作用下，利用特制的溶氣水將水中的懸浮物質(zhì)和膠狀物質(zhì)浮至水面，達(dá)到固液分離的目的。同時(shí)形成絮體的吸附作用和溶氣水中產(chǎn)生的微小氣泡的氧化作用能夠?qū)в蓄伾拇蠓肿佑袡C(jī)物吸附或氧化成CO2排出。

2 超效淺層氣浮的工藝特點(diǎn)

超效淺層氣浮設(shè)有自動(dòng)水位調(diào)節(jié)裝置，流量適應(yīng)范圍大，水體擾動(dòng)小，出水懸浮物低，出渣含固率高。它的關(guān)鍵設(shè)備溶氣水系統(tǒng)采用了雙溶氣系統(tǒng)，使氣泡密度大大增加，吸附能力增強(qiáng)。數(shù)量龐大的微氣泡同時(shí)生成能使膠體碰撞的平均動(dòng)能增大，較大的微氣泡表面積能吸附大量的短鏈有機(jī)物分子，這些難以用物化法去除的污染物隨著氣泡的上升而被分離去除，提高了凈化力。

另外，超效淺層氣浮所產(chǎn)生的較大的微氣泡總表面積能夠顯著提高廢水混合體系的總界面自由能，在一定程度下降低了膠體體系的穩(wěn)定性，使絮凝劑投藥量的臨界值明顯地降低。由于產(chǎn)生的氣泡表面帶有一定的正電荷，它能中和形成COD的膠體中的負(fù)電荷，使化學(xué)助凝劑的用量減少了50～100 mg/kg，因而具有投藥量低，去除率穩(wěn)定的特點(diǎn)。

該氣浮裝置由于利用零速原理［4］，因此容積效率很高，水力停留時(shí)間只有3～5 min，氣浮過(guò)程中會(huì)有大量空氣進(jìn)入水中，從而提高了廢水中的溶解氧，使淺層氣浮產(chǎn)生的廢水和污泥不會(huì)惡化和發(fā)臭，具有處理效果良好、運(yùn)行成本低、操作方便等工藝特點(diǎn)。

3 工藝流程

二沉池出水進(jìn)入集水池，用提升泵將廢水泵入兩臺(tái)直徑14 m、日處理量1.5萬(wàn)t的超效淺層氣浮池，根據(jù)進(jìn)水量及氣浮池液位調(diào)整液位控制調(diào)節(jié)閥，盡量保持水量平穩(wěn)。系統(tǒng)正常后，投加藥劑進(jìn)行氣浮。在進(jìn)水泵前先加入絮凝劑，通過(guò)水泵葉輪的攪拌，使絮凝劑與廢水充分混合，再在氣浮前混合管處加入助凝劑。藥劑投加量根據(jù)氣浮的運(yùn)行情況進(jìn)行調(diào)整，以氣浮內(nèi)形成良好的絮泥效果為佳。觀察氣浮的絮泥情況，如果發(fā)現(xiàn)不絮泥則調(diào)整投藥量，如果發(fā)現(xiàn)絮泥較黏則降低投藥量。

氣浮池［5］中，在平均直徑僅約5 μm并且?guī)в幸欢ㄕ姾傻奈⑿馀萃懈阶饔孟拢鞣N懸浮物質(zhì)、膠狀物質(zhì)、以及較大分子的有機(jī)物質(zhì)被吸附和氧化，形成固形物。根據(jù)氣浮理論，氣泡吸附懸浮物的趨勢(shì)越強(qiáng)，吸附力越大。這些固形物被挾帶在氣泡群的氣泡間隙中被裹攜至液面，聚凝的絮體及被微氣泡吸附的污染物在浮力及零速度的作用下迅速進(jìn)行固液分離。在淺層氣浮池清水區(qū)被分離而上浮的浮渣污染物被特殊螺旋設(shè)計(jì)的撇泥勺撈走，自流至污泥桶，在重力的作用下自流至浮渣槽;被分離在下層的清水通過(guò)回轉(zhuǎn)桶下面的清水抽提槽管自流至澄清水池，出水回用至車間，污泥槽內(nèi)的污泥由泵送入污泥脫水系統(tǒng)脫水，澄清水達(dá)標(biāo)排放。超效淺層氣浮系統(tǒng)的工藝流程簡(jiǎn)圖見(jiàn)圖1。

圖1 超效淺層氣浮系統(tǒng)工藝流程簡(jiǎn)圖

4 污泥處理

新增的三級(jí)處理工程對(duì)污泥處理單元的設(shè)計(jì)是基本不改變?cè)械奈勰嗵幚硐到y(tǒng)，主要是增加兩臺(tái)帶式脫水機(jī)，進(jìn)一步擠壓污泥中的水分。深度處理的超效淺層氣浮系統(tǒng)所產(chǎn)生的污泥浮渣，通過(guò)刮渣機(jī)等設(shè)備收集后，排至污泥濃縮池。通過(guò)污泥濃縮池的貯存、濃縮作用后，污泥進(jìn)入帶式壓濾機(jī)脫水，最后外運(yùn)填埋。其中二沉池的部分污泥回流至篩選池，補(bǔ)充曝氣池前端的污泥量，也減少污泥的排放量。

5 運(yùn)行效果

5.1 原廢水處理系統(tǒng)的處理效果

南紙的原制漿廢水處理場(chǎng)能力為3萬(wàn)t/d，主要是處理DIP、TMP、BKP和抄紙等制漿、抄紙4種廢水。廢水處理場(chǎng)有高濃系統(tǒng) (厭氧)和低濃系統(tǒng)(好氧)，高濃系統(tǒng)進(jìn)水主要包括TMP、DIP制漿廢水，低濃系統(tǒng)進(jìn)水主要是化漿、堿回收車間、漿板工段和延潤(rùn)公司等廢水。

原3萬(wàn)t/d廢水處理系統(tǒng)的原水進(jìn)水水質(zhì)見(jiàn)表1，經(jīng)該系統(tǒng)處理后的出水水質(zhì)數(shù)據(jù)見(jiàn)表2，各項(xiàng)指標(biāo)均達(dá)到GB3544—2001 造紙工業(yè)水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的限值。

表1 原3萬(wàn)t/d廢水處理系統(tǒng)原水進(jìn)水水質(zhì)

表2 原3萬(wàn)t/d廢水處理系統(tǒng)處理后出水水質(zhì)

5.2 超效淺層氣浮的處理效果

在二沉池出水CODCr為300 mg/L左右的情況下，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間對(duì)廢水處理設(shè)施的調(diào)試和試運(yùn)行，同時(shí)對(duì)絮凝劑進(jìn)行優(yōu)化和選擇，以確定最佳投加工藝。原生化出水排放集水池廢水經(jīng)超效淺層離子氣浮處理后的出水清澈透明，幾乎看不到顏色和濁物，CODCr排放濃度基本在90 mg/L以下，CODCr去除率介于70%～80%之間;pH值、色度、SS和BOD5等指標(biāo)均滿足排放要求。2009年6月，當(dāng)?shù)丨h(huán)保局對(duì)三級(jí)處理進(jìn)行竣工環(huán)境保護(hù)驗(yàn)收達(dá)標(biāo)監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)期間生產(chǎn)正常，環(huán)保設(shè)施運(yùn)行正常。驗(yàn)收監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 2009年廢水驗(yàn)收監(jiān)測(cè)報(bào)告

從表3可看出，新增三級(jí)處理設(shè)施后生產(chǎn)廢水經(jīng)高效淺層氣浮處理后出水pH值為6.63～7.38;SS為43 mg/L;CODCr為 45.8 mg/L;BOD5為 6.81 mg/L;色度為4倍，各項(xiàng)指標(biāo)均達(dá)到GB3544—2008 制漿造紙工業(yè)水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)要求。

2011年7月以后，為滿足新的排放標(biāo)準(zhǔn)，南紙針對(duì)二沉池出水反復(fù)進(jìn)行絮凝氣浮深度處理試驗(yàn)，在相同的處理水量和工藝參數(shù)下，投加不同絮凝劑和助濾劑對(duì)二沉池出水進(jìn)行絮凝氣浮試驗(yàn)。對(duì)絮凝氣浮后的深度處理出水采樣測(cè)定CODCr、SS和pH值，比較不同絮凝劑對(duì)二沉池出水絮凝效果的優(yōu)劣，尋找更加高效的助凝劑投入使用。通過(guò)投加高效絮凝劑和助凝劑，經(jīng)超效淺層離子氣浮處理后的三級(jí)出水pH值、色度、CODCr、SS和 BOD5全部達(dá)到 GB3544—2008制漿造紙工業(yè)水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)中“新建企業(yè)水污染物排放限值”。表4為2011年三四季度和2012年前三季度南平市環(huán)境監(jiān)測(cè)站對(duì)廢水處理場(chǎng)的監(jiān)督性監(jiān)測(cè)報(bào)告。

5.3 運(yùn)行成本

超效淺層氣浮主要運(yùn)行費(fèi)用是化學(xué)藥品消耗，以下是調(diào)試期間滿負(fù)荷生產(chǎn)時(shí)的處理費(fèi)用估算:

(1)硫酸鋁以1600元/t計(jì)，復(fù)合硫酸鋁以800元/t計(jì)，AK-491聚丙烯酰胺以35000元/t計(jì)。氣浮裝機(jī)容量以80 kW計(jì)，電費(fèi)以0.5元/kWh計(jì)。

(2)運(yùn)行電費(fèi):0.06元/t廢水。

(3)化學(xué)藥品消耗:硫酸鋁0.56元/t廢水，復(fù)合硫酸鋁0.48元/t廢水。

表4 2011—2012年廢水污染源監(jiān)督性監(jiān)測(cè)報(bào)告

(4)聚丙烯酰胺消耗:0.062元/t廢水。

(5)人員工資:0.01元/t廢水。

(6)維護(hù)費(fèi)用:0.046元/t廢水。

處理費(fèi)用為:(2)+(3)+(4)+(5)+(6)。

使用復(fù)合硫酸鋁費(fèi)用為:0.06+0.48+0.062+0.01+0.046=0.658(元/t廢水)。

使用硫酸鋁費(fèi)用 =0.06+0.56+0.062+0.01+0.046=0.738(元/t廢水)。

根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析，超效淺層離子氣浮對(duì)生化后廢水進(jìn)行三級(jí)處理能達(dá)到排放目的，采用絮凝劑和助凝劑能進(jìn)一步去除色度并降低排放水的CODCr，費(fèi)用小于0.80元/t廢水。

6 結(jié)論

福建南紙股份有限公司原3萬(wàn)t/d廢水處理場(chǎng)新增超效淺層氣浮深度處理設(shè)施，利用淺層氣浮并加入化學(xué)絮凝劑，使二沉池出水的 CODCr從原來(lái)的300 mg/L以上降至90 mg/L以下，確保了廢水處理后水質(zhì)穩(wěn)定達(dá)標(biāo)排放。從長(zhǎng)遠(yuǎn)規(guī)劃，新增高效淺層氣浮深度處理造紙廢水既可提高廢水的利用率，又可使處理水達(dá)標(biāo)排放。

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