冷軋稀堿含油廢水處理工藝設(shè)計(jì)

張 敏

(華東建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司，上海 200070)

冷軋廢水按照主要污染物的性質(zhì)可分為酸性廢水、稀堿含油廢水、濃堿含油廢水、乳化液廢水、平整液廢水、含鋅廢水、含鉻廢水?！朵撹F工業(yè)水污染排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB 13456—2012)[1]對(duì)冷軋水污染物尤其是CODCr的排放提出了更為嚴(yán)格的要求。為保證穩(wěn)定的處理效果，目前多按照“酸堿分離、濃稀分離”的思路對(duì)冷軋廢水進(jìn)行分質(zhì)處理。冷軋稀堿含油廢水產(chǎn)生量大，且主要污染物為油類(lèi)、CODCr、固體懸浮物(SS)，因此合理設(shè)計(jì)其處理系統(tǒng)對(duì)保證冷軋廢水達(dá)標(biāo)排放至關(guān)重要。

1 廢水來(lái)源、處理規(guī)模及水質(zhì)

本系統(tǒng)的冷軋稀堿含油廢水來(lái)源于熱鍍鋅機(jī)組和連退機(jī)組脫脂段的熱水漂洗及刷洗槽清洗系統(tǒng)[2]。冷軋稀堿含油廢水的設(shè)計(jì)處理規(guī)模為100 m3/h，處理后水質(zhì)滿(mǎn)足GB 13456—2012中表2的要求。系統(tǒng)主要的進(jìn)出水水質(zhì)指標(biāo)如表1所示。

表1 進(jìn)出水主要水質(zhì)指標(biāo)

2 冷軋含油廢水處理工藝

2.1 工藝方案確定

稀堿含油廢水常規(guī)處理工藝如下：中和-溶氣氣浮-生物接觸氧化-輻流式沉淀池/浸沒(méi)式MBR-過(guò)濾。因廢水呈弱堿性，通過(guò)加酸中和，將廢水pH值控制在6～9以保證后續(xù)處理能順利進(jìn)行；氣浮法用于去除廢水中比重小于1的懸浮物、油類(lèi)和脂類(lèi)；生物接觸氧化用于去除廢水中的可生物降解有機(jī)物；沉淀池/浸沒(méi)式MBR用于泥水分離，使生化出水混合液澄清和濃縮腐殖污泥；過(guò)濾用于去除廢水中低濃度的懸浮物，使之滿(mǎn)足排放標(biāo)準(zhǔn)的要求。在兼顧場(chǎng)地條件、運(yùn)行成本和處理效果的前提下，本處理系統(tǒng)對(duì)部分處理單元進(jìn)行了調(diào)整。調(diào)整后的處理工藝為：中和-序進(jìn)氣浮-生物接觸氧化-斜板沉淀池-過(guò)濾。本系統(tǒng)處理工藝與常規(guī)處理工藝不同處理單元的對(duì)比情況如表2所示。

表2 不同處理單元的對(duì)比

2.2 工藝流程

本系統(tǒng)稀堿含油廢水的處理工藝流程如圖1所示。

圖1 廢水處理工藝流程圖Fig.1 Flow Chart of Wastewater Treatment Process

來(lái)自機(jī)組的稀堿含油廢水被提升至分配池后，被分配至兩個(gè)調(diào)節(jié)池內(nèi)。調(diào)節(jié)池內(nèi)設(shè)有穿孔曝氣管，通過(guò)曝氣可均勻混合來(lái)自不同機(jī)組的稀堿含油廢水，減少因廢水雜質(zhì)沉淀而導(dǎo)致調(diào)節(jié)池需停運(yùn)清泥的情況出現(xiàn)，并降低調(diào)節(jié)池停運(yùn)清泥對(duì)整個(gè)稀堿含油廢水處理系統(tǒng)及出水效果的影響。

廢水經(jīng)調(diào)節(jié)池調(diào)節(jié)水質(zhì)水量后，被提升泵提升至兩級(jí)pH調(diào)整罐，第一級(jí)粗調(diào)，第二級(jí)精調(diào)，通過(guò)投加H2SO4將廢水pH值控制在6～9。調(diào)節(jié)pH有利于廢水中的乳化油脫穩(wěn)、破乳，并確保后續(xù)生化處理處于合適的pH范圍。

pH調(diào)整罐出水管道上設(shè)置1處管道靜態(tài)混合器，投加聚合氯化鋁(PAC)、聚丙烯酰胺(PAM)，作為廢水的主要脫穩(wěn)、破乳措施。由于稀堿含油廢水含有大量的由兩親分子組成的表面活性物質(zhì)，表面活性物質(zhì)的非極性端吸附在油粒里，極性端則伸入水中，在水中的極性端進(jìn)一步電離，導(dǎo)致油珠界面包圍了一層負(fù)電荷，由此產(chǎn)生雙電層現(xiàn)象，提高了粒子的表面電位。增大了的ξ電位值不僅阻礙了細(xì)小油珠的兼并，而且影響油珠向氣泡表面的黏附，從而阻礙乳化液油水成為穩(wěn)定體系。為保證氣浮的出水效果，廢水在進(jìn)入氣浮裝置前應(yīng)采取脫穩(wěn)、破乳措施。有效的方法是投加混凝劑，使水中的相反電荷膠體增加，以壓縮雙電層，降低ξ電位值，使其達(dá)到電中和[3]。

含油廢水經(jīng)過(guò)pH調(diào)節(jié)和混凝劑投加后進(jìn)入氣浮分配池，分配池內(nèi)設(shè)有溢流堰，可實(shí)現(xiàn)兩套序進(jìn)氣浮裝置均勻進(jìn)水。單套序進(jìn)氣浮裝置包括兩段氣浮，第一段為渦凹?xì)飧?CAF)，第二段為溶氣氣浮(DAF)。廢水經(jīng)氣浮裝置后實(shí)現(xiàn)油水分離，排入氣浮出水池，通過(guò)泵提升至冷卻塔冷卻終至生化處理單元，適宜水溫為35 ℃，冬季水溫較低時(shí)亦可超越冷卻塔直接進(jìn)入生化處理單元。氣浮產(chǎn)生的浮油、沉淀產(chǎn)生的油泥排入污泥處理系統(tǒng)。

經(jīng)氣浮預(yù)處理后的廢水仍含有一定濃度的膠狀和溶解性有機(jī)污染物，本系統(tǒng)采用生物接觸氧化對(duì)其進(jìn)一步處理。生物接觸氧化具有處理效率較高、無(wú)需污泥回流、不會(huì)發(fā)生污泥膨脹、運(yùn)行管理簡(jiǎn)便、耐沖擊負(fù)荷能力強(qiáng)、掛膜培菌簡(jiǎn)單等特點(diǎn)[3]。氣浮出水進(jìn)入生化分配池后，被分配至兩座生化接觸氧化池內(nèi)。單座生物接觸氧化池分4格，為多段處理。采用多段接觸氧化池，在各池間形成明顯的有機(jī)污染物濃度梯度，這樣在每池內(nèi)生長(zhǎng)繁殖的微生物均適應(yīng)于流經(jīng)該池的水質(zhì)條件，有利于提高處理效果，取得穩(wěn)定的處理水質(zhì)。此外，針對(duì)廢水中含有較多脂類(lèi)及其水解產(chǎn)物的特點(diǎn)，在系統(tǒng)啟動(dòng)階段和運(yùn)行過(guò)程中根據(jù)系統(tǒng)出水變化投加“倍加清”專(zhuān)性聯(lián)合菌群，強(qiáng)化系統(tǒng)處理效果。

生物接觸氧化出水經(jīng)泵提升至混合絮凝池，在池內(nèi)投加PAC、PAM進(jìn)行混凝反應(yīng)?；炷蟮膹U水自流進(jìn)入4座斜板沉淀池。斜板沉淀池處理具有去除率高、停留時(shí)間短、占地面積小、能實(shí)現(xiàn)高效泥水分離的特點(diǎn)。沉淀池出水自流排入中間水池；沉淀污泥在系統(tǒng)啟動(dòng)調(diào)試階段可經(jīng)污泥泵出口設(shè)置的旁路輸送回流至生物接觸氧化池，以維持生物接觸氧化池內(nèi)的生物量；系統(tǒng)正常運(yùn)行后沉淀污泥直接排至污泥處理系統(tǒng)。

中間水池作為斜板沉淀池與過(guò)濾器之間的調(diào)節(jié)構(gòu)筑物，池內(nèi)設(shè)有提升泵，泵的出口總管上設(shè)有1處管道靜態(tài)混合器，投加混凝劑后進(jìn)入3套下向流多介質(zhì)過(guò)濾器。多介質(zhì)過(guò)濾器可有效截留廢水中的低濃度懸浮物，能較好地發(fā)揮整個(gè)濾層的過(guò)濾作用，具有水頭損失增加緩慢、過(guò)濾周期較長(zhǎng)的特點(diǎn)。過(guò)濾器采用無(wú)煙煤、石英砂雙層濾料，廢水下向依次流經(jīng)無(wú)煙煤和石英砂，將廢水中的低濃度懸浮物去除后排入清水池。當(dāng)過(guò)濾器水頭損失達(dá)到設(shè)定值后，依次采用氣洗、水洗兩種模式對(duì)過(guò)濾器進(jìn)行反沖洗，反洗水排入反洗水調(diào)節(jié)池，由調(diào)節(jié)池提升泵輸送至生物接觸氧化池處理。清水池內(nèi)設(shè)有在線(xiàn)監(jiān)測(cè)儀表，處理達(dá)標(biāo)的廢水經(jīng)泵提升排至自然水體，不達(dá)標(biāo)時(shí)通過(guò)泵出口管道上的電動(dòng)閥門(mén)控制，排回調(diào)節(jié)池。

3 主要構(gòu)筑物及設(shè)備參數(shù)

(1)分配池。1座，尺寸：長(zhǎng)×寬×深=2 m×1.2 m×1.2 m。鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，池底、內(nèi)側(cè)壁防腐。

(2)調(diào)節(jié)池。2座，單座尺寸：長(zhǎng)×寬×深=11.2 m×4 m×7 m。鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，池底、內(nèi)側(cè)壁防腐。水力停留時(shí)間為6 h。設(shè)輸送泵2臺(tái)，一用一備，單臺(tái)流量為100 m3/h，揚(yáng)程為20 m，功率為11 kW。設(shè)2臺(tái)羅茨風(fēng)機(jī)作為曝氣風(fēng)機(jī)，一用一備，單臺(tái)風(fēng)量為15 m3/min，風(fēng)壓為7.5 m H2O，功率為30 kW。池底設(shè)置穿孔曝氣管，主管在池內(nèi)構(gòu)成環(huán)狀，支管與環(huán)管連接，在支管上開(kāi)5 mm的孔眼，間距為100 mm，在管壁兩側(cè)向下相隔45°角?？諝庥煽籽垡绯?。

(3)pH調(diào)整罐。2座，分一級(jí)和二級(jí)pH調(diào)整罐，單座尺寸：直徑×高=Φ2.2 m×4 m。材質(zhì)為碳鋼襯膠。每座水力停留時(shí)間為9 min。每罐內(nèi)設(shè)攪拌機(jī)1臺(tái)，功率為1.1 kW，材質(zhì)為不銹鋼SUS304。每罐內(nèi)設(shè)有在線(xiàn)pH監(jiān)測(cè)儀，與H2SO4投加管道上的調(diào)節(jié)閥進(jìn)行連鎖，通過(guò)控制調(diào)節(jié)閥開(kāi)度，控制H2SO4投加量。

(4)氣浮分配池。1座，尺寸：長(zhǎng)×寬×深=2 m×1.2 m×1.2 m。材質(zhì)為碳鋼內(nèi)外防腐。池內(nèi)設(shè)有溢流堰。

(5)序進(jìn)氣浮裝置。2套，單套處理能力為50 m3/h，材質(zhì)碳鋼內(nèi)外防腐。裝置含曝氣機(jī)、螺旋排渣機(jī)、刮渣機(jī)、多相流泵和配套閥門(mén)。

(6)氣浮出水池。1座，尺寸：長(zhǎng)×寬×深=4 m×2 m×2.5 m。鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，池底、內(nèi)側(cè)壁防腐。設(shè)提升泵2臺(tái)，一用一備。單臺(tái)流量為100 m3/h，揚(yáng)程為20 m，功率為11 kW。

(7)冷卻塔。1臺(tái)，處理水量為100 m3/h，采用玻璃鋼逆流冷卻塔，PP網(wǎng)格淋水填料，配套冷卻塔風(fēng)機(jī)直徑為Φ2.8 m，電機(jī)功率為7.5 kW。

(8)生化分配池。1座，尺寸：長(zhǎng)×寬×深=2 m×1.2 m×1.2 m。鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，池底、內(nèi)側(cè)壁防腐。

(9)生物接觸氧化池。2座(并聯(lián)運(yùn)行)，共8格，單格尺寸：長(zhǎng)×寬×深=6.6 m×5.35 m×7 m。鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，池底、內(nèi)側(cè)壁防腐?？偹νＡ魰r(shí)間為13 h。采用醛化維綸組合填料，填料總體積為1 540 m3，固定在生物填料框上置于池內(nèi)。填料容積負(fù)荷為0.60 kg CODCr/(m3填料·d)。設(shè)提升泵2臺(tái)，一用一備，單臺(tái)流量為120 m3/h，揚(yáng)程為20 m，功率為15 kW。設(shè)2臺(tái)羅茨風(fēng)機(jī)作為曝氣風(fēng)機(jī)，一用一備，單臺(tái)風(fēng)量為36 m3/min，風(fēng)壓為7.5 m H2O，功率為75 kW。池底設(shè)置穿孔曝氣管，主管在池內(nèi)構(gòu)成環(huán)狀，支管與環(huán)管連接，在支管上開(kāi)5 mm的孔眼，間距為100 mm，在管壁兩側(cè)向下相隔45°角?？諝庥煽籽垡绯?。

(10)混合絮凝池。1座，分為2格，一格混合池，一格絮凝池，單格尺寸：長(zhǎng)×寬×深=4 m×2 m×4 m。材質(zhì)為碳鋼內(nèi)外防腐。總水力停留時(shí)間為24 min?；旌铣貎?nèi)設(shè)攪拌機(jī)1臺(tái)，功率為3 kW，轉(zhuǎn)速為85 r/min。絮凝池內(nèi)設(shè)攪拌機(jī)1臺(tái)，功率為1.5 kW，轉(zhuǎn)速為28 r/min。

(11)斜板沉淀池。4座，單座尺寸：長(zhǎng)×寬×深=10 m×4 m×4.5 m。鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，池底、內(nèi)側(cè)壁防腐。表面負(fù)荷率為0.75 m3/(m2·h)。斜板采用玻璃鋼材質(zhì)。設(shè)污泥輸送泵8臺(tái)，每池2臺(tái)，一用一備，單臺(tái)流量為20 m3/h，揚(yáng)程為30 m，功率為7.5 kW。

(12)中間水池。1座，尺寸：長(zhǎng)×寬×深=7 m×4 m×7 m，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，池底、內(nèi)側(cè)壁防腐。設(shè)提升泵2臺(tái)，一用一備，單臺(tái)流量為120 m3/h，揚(yáng)程為40 m，功率為22 kW。設(shè)反洗水泵2臺(tái)，一用一備，單臺(tái)流量為50 m3/h，揚(yáng)程為25 m，功率為11 kW。

(13)多介質(zhì)過(guò)濾器。3臺(tái)，尺寸：直徑×高=Φ3.2 m×4.5 m。材質(zhì)為碳鋼內(nèi)外防腐，單臺(tái)處理能力為45～60 m3/h。采用無(wú)煙煤、石英砂雙層濾料。最大濾速為7.5 m/h?？諝鉀_洗強(qiáng)度為18 L/(m2·s)，沖洗時(shí)間為2 min；水沖洗強(qiáng)度為6 L/(m2·s)，沖洗時(shí)間為5 min；工作周期為24 h。過(guò)濾器反沖洗用氣源來(lái)自廠(chǎng)區(qū)0.4～0.7 MPa的壓縮空氣管網(wǎng)。

(14)反洗水調(diào)節(jié)池。1座，尺寸：長(zhǎng)×寬×深=3 m×3 m×1.5 m。鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，池底、內(nèi)側(cè)壁防腐。設(shè)提升泵2臺(tái)，一用一備，單臺(tái)流量為20 m3/h，揚(yáng)程為20 m，功率為5.5 kW。

(15)清水池。1座，尺寸：長(zhǎng)×寬×深=7 m×4 m×4 m。鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，池底、內(nèi)側(cè)壁防腐。設(shè)提升泵2臺(tái)，一用一備，單臺(tái)流量為120 m3/h，揚(yáng)程為20 m，功率為15 kW。池內(nèi)設(shè)有COD在線(xiàn)監(jiān)測(cè)儀，與提升泵出口總管的2個(gè)電動(dòng)蝶閥進(jìn)行連鎖，根據(jù)出水水質(zhì)情況控制出水排至自然水體或排回調(diào)節(jié)池。

4 系統(tǒng)運(yùn)行效果

本系統(tǒng)從竣工驗(yàn)收至今，已連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行了8個(gè)月，各主要單元的出水指標(biāo)如表3所示。

表3 主要單元的出水水質(zhì)指標(biāo)

運(yùn)行結(jié)果表明:系統(tǒng)出水CODCr≤50 mg/L，平均去除率為93%；出水SS為17～25 mg/L，平均去除率86%；出水石油類(lèi)≤2 mg/L，平均去除率為98%；出水電導(dǎo)率為2 300～4 000 μS/cm。出水各項(xiàng)指標(biāo)滿(mǎn)足GB 13456—2012中表2的要求。

5 結(jié)論

(1)本稀堿含油廢水處理系統(tǒng)以“序進(jìn)氣浮+生物接觸氧化池+斜板沉淀池”為主體工藝，自建成投產(chǎn)以來(lái)，一直運(yùn)行穩(wěn)定，系統(tǒng)出水CODCr≤50 mg/L，SS為17～25 mg/L，石油類(lèi)≤2 mg/L，處理水質(zhì)能達(dá)到GB 13456—2012中表2的排放要求。采用此處理工藝，含人工、藥劑、電費(fèi)在內(nèi)的噸水處理成本約為2.5元。

(2)從循環(huán)利用、節(jié)能減排的角度考量，本系統(tǒng)處理出水直接外排是對(duì)水資源的浪費(fèi)。但本系統(tǒng)處理工藝不能有效去除廢水中的溶解性鹽類(lèi)，因此出水仍有較高的電導(dǎo)率。若考慮將處理水作為工業(yè)新水直接回用于冷軋機(jī)組，則須考慮新增脫鹽工藝，使處理水的電導(dǎo)率不高于500 μS/cm。