某氧化鐵紅廠廢水處理工程設(shè)計(jì)

蔣小林，袁淼卉，吳勝勝，趙雪鋒

(1．蘇州市清澤環(huán)境技術(shù)有限公司，江蘇 蘇州 215131；2．北京國(guó)環(huán)清華環(huán)境工程設(shè)計(jì)研究有限公司華東分院，江蘇 宜興 214200)

江蘇某氧化鐵紅廠采用濕法混酸工藝生產(chǎn)氧化鐵紅，生產(chǎn)原材料主要有鐵皮、硝酸、硫酸亞鐵、蒸汽和空氣，因此其生產(chǎn)廢水中含有較多的亞鐵離子、NH3、COD、TN等污染物。生產(chǎn)廢水若不經(jīng)處理直接排放到自然水體中會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染，破壞生態(tài)平衡；若直接排放至市政管網(wǎng)中，其水質(zhì)劣于市政管網(wǎng)的接管標(biāo)準(zhǔn)，將影響城鎮(zhèn)污水處理廠的正常運(yùn)行，間接導(dǎo)致環(huán)境污染的問題。

雖然該廠原有污水處理設(shè)備設(shè)施，但隨著企業(yè)發(fā)展進(jìn)步，其產(chǎn)能逐漸提高，導(dǎo)致污水處理能力不足；同時(shí)環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)的日益嚴(yán)格，總氮要求達(dá)標(biāo)排放；原有處理工藝不能滿足現(xiàn)有的污水處理現(xiàn)狀。由于企業(yè)對(duì)環(huán)保的重視，為響應(yīng)國(guó)家環(huán)保政策，積極推進(jìn)國(guó)家新環(huán)保法的實(shí)施，故對(duì)企業(yè)的污水處理設(shè)備設(shè)施進(jìn)行提標(biāo)改造，使生產(chǎn)廢水處理后能穩(wěn)定達(dá)標(biāo)排放。

1 水質(zhì)水量

根據(jù)企業(yè)提供的數(shù)據(jù)，生產(chǎn)工藝廢水排放量約4000m3/d。同時(shí)車間地面沖洗、生活污水、初期雨水等低濃度廢水排放量約2000m3/d。總設(shè)計(jì)處理水量為6000m3/d。

根據(jù)氧化鐵紅生產(chǎn)工藝可知，廢水主要來(lái)源于：沉淀過(guò)程排放的氧化鐵混合液沉淀后的上清液和壓濾水洗過(guò)程排放的濾液和水洗廢水。廢水中主要污染物為鐵皮和硝酸反應(yīng)產(chǎn)生的銨根，以及反應(yīng)未完全的硝酸、鐵離子等，主要表現(xiàn)為NH3-N、TN、COD等污染指標(biāo)。設(shè)計(jì)進(jìn)水水質(zhì)如表1。

表1 設(shè)計(jì)進(jìn)水水質(zhì)

表1(續(xù))

本項(xiàng)目廢水處理后出水排入市政污水管網(wǎng)，納管要求，即出水水質(zhì)如表2。

表2 出水水質(zhì)

2 工藝流程

根據(jù)水質(zhì)分析可知，廢水中COD較低，氨氮、總氮較高，是C/N失調(diào)的高氮廢水，廢水先經(jīng)過(guò)原有的氨氮吹脫塔去除大部分氨氮之后再進(jìn)入新建的污水處理站內(nèi)，因此本新建污水處理站主要目的為脫除總氮，使出水總氮、氨氮、COD均達(dá)標(biāo)排放。另外由于在生產(chǎn)過(guò)程中使用到硫酸亞鐵，因此水中含有大量的硫酸根，如不處理直接進(jìn)入到生化系統(tǒng)中，會(huì)影響到生化系統(tǒng)的降解COD和脫氮的效果，故在進(jìn)入生化系統(tǒng)前需通過(guò)化學(xué)沉淀法進(jìn)行預(yù)處理，以保證后續(xù)處理的正常運(yùn)行。

新建污水處理站采用化學(xué)沉淀+二級(jí)A/O工藝+機(jī)械過(guò)濾。因前段吹脫已去除絕大部分氨氮，故生化脫氮采用A/O 工藝，主要利用生物的反硝化作用去除污水中的總氮。采用目前成熟可靠的改良二級(jí)A/O 法終端污水治理工藝，可以很好的去除污水中的總氮、COD 等污染物，取得了很好的污染治理效果。

系統(tǒng)工藝流程如圖1。

圖1 工藝流程圖

脫硫沉淀池污泥，經(jīng)脫硫污泥濃縮池濃縮后，泵送至真空帶式壓濾機(jī)進(jìn)行污泥脫水，脫水后污泥外運(yùn)處理。生化系統(tǒng)剩余污泥，經(jīng)生化污泥濃縮池濃縮后，泵送至離心脫水機(jī)進(jìn)行污泥脫水，脫水后污泥外運(yùn)處理。

脫硫沉淀產(chǎn)生的物化污泥經(jīng)泵提升進(jìn)入污泥濃縮池，濃縮處理后進(jìn)入真空帶式脫水機(jī)，脫水處理后物化干泥(主要成份為硫酸鈣)送至水泥廠制水泥。

3 工藝特點(diǎn)

3.1 化學(xué)脫硫

根據(jù)氧化鐵紅生產(chǎn)工藝可知，廢水中含有大量的硫酸根；雖然在出水的污染物監(jiān)測(cè)中沒有硫酸根的指標(biāo)，但是水中硫酸根濃度過(guò)高會(huì)抑制微生物的正常生長(zhǎng)，從而影響到出水水質(zhì)。

因此在廢水進(jìn)入到生物脫氮反應(yīng)前，先通過(guò)投加石灰，使鈣和硫酸根離子反應(yīng)生產(chǎn)硫酸鈣沉淀，從而達(dá)到去除水中硫酸根的目的，以保證后續(xù)生化系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

3.2 去除總氮

由于環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)的日益嚴(yán)格，在COD、氨氮達(dá)標(biāo)排放的同時(shí)，要求總氮也需達(dá)標(biāo)排放。而生物脫氮是目前公認(rèn)的經(jīng)濟(jì)、有效、最有發(fā)展前途的方法；生物脫氮研究已取得很大發(fā)展并走向成熟。由于廢水進(jìn)水到本污水處理站前已經(jīng)通過(guò)氨氮吹脫塔吹脫掉一部氨氮，因此本設(shè)計(jì)中再采用預(yù)缺氧+兩級(jí)AO工藝進(jìn)一步去掉水中的氨氮，同時(shí)達(dá)到去除總氮的目的。使物化脫氮法與生物脫氮法完美的結(jié)合起來(lái)，將兩種方法的作用與優(yōu)點(diǎn)發(fā)揮到最大。

4 主要構(gòu)筑物及設(shè)計(jì)參數(shù)

4.1 中間水池

中間水池起到緩存廢水，均值均量的作用。

新建中間水池1座，半地下式鋼砼結(jié)構(gòu)，三角形狀，設(shè)計(jì)尺寸B×L×H=17.0 m×29.75 m×8.6m，總約容積2200 m3，停留時(shí)間約8.8h。停留時(shí)間基本滿足污水系統(tǒng)正常運(yùn)行要求。

主要配套設(shè)備：中間水池提升泵2臺(tái)(1用1備)，無(wú)密封自控自吸泵，Q=300 m3/h，H=12m，N=22kW；超聲波液位計(jì)1臺(tái)；進(jìn)水流量計(jì)1臺(tái)；管徑200mm，量程0～450m3/h。

4.2 脫硫反應(yīng)池

脫硫反應(yīng)池使廢水與消石灰充分反應(yīng)生產(chǎn)硫酸鈣沉淀，從而去除水中的硫酸根，以利于后續(xù)生化處理。

新建脫硫反應(yīng)池2座，半地下式鋼砼結(jié)構(gòu)，單體設(shè)計(jì)尺寸B×L×H=4.0 m×4.0 m×8.6m，總約容積275m3，停留時(shí)間約1h。

主要配套設(shè)備：立式攪拌機(jī)2臺(tái)，單臺(tái)N=7.5kW；在線pH計(jì)1臺(tái)。

4.3 脫硫沉淀池

脫硫沉淀池使廢水與消石灰生產(chǎn)沉淀物泥水分離，上清液自流至檸檬酸加藥池，物化污泥通過(guò)提升泵排至物化污泥濃縮池。

新建脫硫沉淀池1座，半地下式鋼砼結(jié)構(gòu)，單體設(shè)計(jì)尺寸B×L×H=28.0m×8.0 m×8.6m，表面負(fù)荷1.12m3/m2×h。

主要配套設(shè)備：往復(fù)式刮泥機(jī)1臺(tái)，B=8m，L=28m，單臺(tái)N=7.5kW；脫硫污泥提升泵2臺(tái)，立式排污泵，Q=50m3/h，H=25m，N=5.5kW。

4.4 碳源加藥池

碳源加藥池中投加碳源在補(bǔ)充生化系統(tǒng)脫氮所需的碳源的同時(shí)，對(duì)pH值也具有一定的調(diào)整作用。

新建碳源加藥池1座，半地下式鋼砼結(jié)構(gòu)，單體設(shè)計(jì)尺寸B×L×H=5.0m×6.0 m×8.6m，總約容積258m3，停留時(shí)間約1h。

主要配套設(shè)備：立式攪拌機(jī)1臺(tái)，單臺(tái)N=7.5kW；在線pH計(jì)1臺(tái)。

4.5 pH配水池

pH調(diào)整池通過(guò)投加酸和液堿，將廢水的pH調(diào)整至中性。

新建pH調(diào)整池1座，半地下式鋼砼結(jié)構(gòu)，單體設(shè)計(jì)尺寸B×L×H=5.0m×6.0 m×8.6m，總約容積258m3，停留時(shí)間約1h。

主要配套設(shè)備：立式攪拌機(jī)1臺(tái)，單臺(tái)N=7.5kW；在線pH計(jì)1臺(tái)。

4.6 配水池

通過(guò)配水池補(bǔ)充磷源。

新建配水池1座，半地下式鋼砼結(jié)構(gòu)，單體設(shè)計(jì)尺寸B×L×H=5.0m×6.0 m×8.6m，總約容積258m3，停留時(shí)間約1h。

主要配套設(shè)備：立式攪拌機(jī)1臺(tái)，單臺(tái)N=7.5kW。

4.7 預(yù)缺氧池

預(yù)缺氧池提高廢水的可生化性，降解水中有機(jī)物去除COD的同時(shí)發(fā)生反硝化反應(yīng)，去除水中的總氮。

新建預(yù)缺氧池1座，半地下式鋼砼結(jié)構(gòu)，梯形結(jié)構(gòu)，總約容積4500m3，停留時(shí)間約18h。

主要配套設(shè)備：潛水?dāng)嚢铏C(jī)6臺(tái)，單臺(tái)N=7.5kW；在線pH計(jì)1臺(tái)。

4.8 一級(jí)缺氧池

一級(jí)缺氧池降解水中有機(jī)物去除COD，進(jìn)一步發(fā)生反硝化反應(yīng)，去除水中的總氮。

新建一級(jí)缺氧池2座，半地下式鋼砼結(jié)構(gòu)。

主要配套設(shè)備：潛水?dāng)嚢铏C(jī)16臺(tái)，單臺(tái)N=7.5kW；在線pH計(jì)2臺(tái)。

4.9 一級(jí)好氧池

一級(jí)好氧池降解水中有機(jī)物去除COD，同時(shí)發(fā)生硝化反應(yīng)，為反硝化反應(yīng)做準(zhǔn)備。新建一級(jí)缺氧池2座，半地下式鋼砼結(jié)構(gòu)。

主要配套設(shè)備：微孔曝氣器2套；潛水?dāng)嚢铏C(jī)4臺(tái)，單臺(tái)N=5.5kW；在線pH計(jì)2臺(tái)；羅茨風(fēng)機(jī)2臺(tái)，42m3/min，0.85kgf/cm2，N=90kW與二級(jí)好氧共用。

4.10 二級(jí)缺氧池

二級(jí)缺氧池降解水中有機(jī)物去除COD，進(jìn)一步發(fā)生反硝化反應(yīng)，去除水中的總氮。新建一級(jí)缺氧池2座，半地下式鋼砼結(jié)構(gòu)。

主要配套設(shè)備：潛水?dāng)嚢铏C(jī)8臺(tái)，單臺(tái)N=7.5kW；在線pH計(jì)2臺(tái)。

4.11 二級(jí)好氧池

二級(jí)好氧池降解水中有機(jī)物去除COD，保證出水COD達(dá)標(biāo)；同時(shí)發(fā)生硝化反應(yīng)，為反硝化反應(yīng)做準(zhǔn)備。

新建二級(jí)好氧池2座，半地下式鋼砼結(jié)構(gòu)。

主要配套設(shè)備：微孔曝氣器2套；在線pH計(jì)2臺(tái)。

4.12 二沉池

二沉池實(shí)現(xiàn)泥水分離，上清液出水至清水池，通過(guò)泵吸泥機(jī)將沉淀池污泥回流至預(yù)缺氧。

新建二沉池2座，半地下式鋼砼結(jié)構(gòu)，單體設(shè)計(jì)尺寸B×L×H=32.0m×8.0 m×8.1m，表面負(fù)荷約0.6m3/m2*h。

主要配套設(shè)備：行車式泵吸泥機(jī)，SB-16.45，軌距16.45m；電磁流量計(jì)

4.13 清水池

新建清水池1座，半地下式鋼砼結(jié)構(gòu)，單體設(shè)計(jì)尺寸B×L×H=16.0m×1.5m×8.1m，總約容積190m3，停留時(shí)間約0.5h。

主要配套設(shè)備：超聲波液位計(jì)1臺(tái)。

4.14 機(jī)械過(guò)濾器

新增機(jī)械過(guò)濾器6臺(tái)，碳鋼防腐結(jié)構(gòu)，單臺(tái)尺寸Φ3600mm，單臺(tái)處理量50m3/h。主要配套設(shè)備：轉(zhuǎn)子流量計(jì)6臺(tái)；每臺(tái)機(jī)械過(guò)濾器配套6臺(tái)氣動(dòng)閥門，共36臺(tái)氣動(dòng)閥門。

4.15 生化污泥濃縮池

新建生化污泥濃縮池1座，地上式碳鋼防腐，設(shè)計(jì)尺寸Φ6×5m，總約容積140m3。

主要配套設(shè)備：污泥濃縮機(jī)1臺(tái)，Φ6m；超聲波泥位計(jì)1臺(tái)；生化污泥提升泵2臺(tái)，Q=5m3/h，H=12m，N=1.1kW；離心污泥脫水機(jī)，處理量5m3/h。

4.16 物化污泥濃縮池

新建物化污泥濃縮池1座，地上式碳鋼防腐，設(shè)計(jì)尺寸Φ10×5.5m，總約容400m3。

主要配套設(shè)備：污泥濃縮機(jī)1臺(tái)，Φ10m；超聲波泥位計(jì)1臺(tái)；物化污泥提升泵2臺(tái)，Q=100m3/h，H=15m，N=5.5kW；真空帶式壓濾機(jī)，DU30/2500，1套。

5 預(yù)期處理效果及削減污染物量

5.1 預(yù)期處理效果

根據(jù)以往工程案例和理論計(jì)算，對(duì)各處理單元的預(yù)期處理效果如表3。

表3 主要構(gòu)筑物預(yù)期處理效果

5.2 削減污染物的量

根據(jù)水質(zhì)特點(diǎn)分析，本污水處理工藝主要脫除水中的總氮，避免過(guò)量的氮排入到自然水體中導(dǎo)致水體富營(yíng)養(yǎng)現(xiàn)象發(fā)生，減少其對(duì)自然環(huán)境的不利影響。

本污水處理中的處理規(guī)模為6000m3/d，進(jìn)水總氮1800 mg/L，出水總氮70 mg/L，則每日的總氮削減量為6000×(1800-70)=10380kg/d=10.38t/d，則每年總氮的削減量為10.38×365=3788.7t/a。

根據(jù)計(jì)算每年可減少3788.7t的總氮污染物直接排放到自然環(huán)境中，為保護(hù)自然環(huán)境做了巨大的貢獻(xiàn)。

6 小結(jié)

氧化鐵紅廠的生產(chǎn)廢水經(jīng)過(guò)氨氮吹脫塔處理后，采用化學(xué)沉淀+預(yù)缺氧+二級(jí)AO+深度處理后廢水的各指標(biāo)均能達(dá)標(biāo)排放，其中出水總氮≤70mg/L?；瘜W(xué)脫硫?yàn)橹匾念A(yù)處理過(guò)程，是后續(xù)生化系統(tǒng)正常運(yùn)行的基礎(chǔ)。物化脫氮的氨氮吹脫法與生物脫氮的預(yù)缺氧+兩級(jí)AO法相結(jié)合，使出水氨氮與總氮均能達(dá)標(biāo)排放。對(duì)高氨氮、C/N失調(diào)的廢水處理工程具有一定的借鑒意義。