繅絲廠高濃度有機(jī)廢水處理技術(shù)研究與應(yīng)用

楊灼萍，韋科陸

（1.廣西交通設(shè)計(jì)集團(tuán)有限公司，廣西南寧530029；2.南寧職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣西南寧530008）

廣西是我國重要的蠶繭生產(chǎn)和繭絲加工基地，隨著繭絲加工業(yè)不斷發(fā)展，繅絲企業(yè)生產(chǎn)廢水帶來的環(huán)境污染問題日益嚴(yán)重?？壗z廢水由立繅廢水、煮繭廢水和副產(chǎn)品加工廢水組成〔1〕，其中煮繭廢水和立繅廢水為中低濃度有機(jī)廢水，副產(chǎn)品加工廢水為高濃度有機(jī)廢水?？壗z廢水的處理方法主要有物理法、化學(xué)法、生化法和物理化學(xué)法〔2〕。近年來，繅絲廠低濃度廢水大多采用廢水回用清潔生產(chǎn)處理模式技術(shù)路線，并成功應(yīng)用于工程實(shí)踐中〔3-4〕。而針對高濃度有機(jī)廢水（副產(chǎn)品廢水）產(chǎn)生量不大的特點(diǎn)，應(yīng)用環(huán)保處理工藝進(jìn)行達(dá)標(biāo)處理的研究并不多，主要還是通過混凝法、酸析法和膜處理方法等回收方法進(jìn)行處理〔5〕，但回收方法因處理成本較高，在小繅絲生產(chǎn)企業(yè)很難普遍推廣應(yīng)用。隨著排放要求的不斷提高，高濃度有機(jī)廢水深度處理已成為繅絲行業(yè)的主要趨勢。

廣西靖西某蠶繭絲綢廠原有的生產(chǎn)污水深度凈化系統(tǒng)中的生物過濾塔、生物活性塔產(chǎn)生的反沖洗水污染物濃度不斷增加，而又不能直接排放。另外生產(chǎn)車間產(chǎn)生的副產(chǎn)品廢水（汰頭）高濃度廢水量隨生產(chǎn)規(guī)模的擴(kuò)大也不斷增加，廠區(qū)內(nèi)現(xiàn)有的生產(chǎn)污水深度凈化系統(tǒng)已不能滿足企業(yè)發(fā)展的需求，亟需新增一套廢水處理系統(tǒng)處理高濃度有機(jī)廢水。

1 水量與水質(zhì)

本項(xiàng)目主要的處理對象是原有生產(chǎn)污水深度凈化系統(tǒng)產(chǎn)生的不適合再重復(fù)使用的反沖洗廢水和車間副產(chǎn)品廢水。根據(jù)前期調(diào)研、業(yè)主提供的資料以及參照《繅絲廠工業(yè)水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 28936—2012）發(fā)現(xiàn)，企業(yè)現(xiàn)有生產(chǎn)污水深度凈化系統(tǒng)產(chǎn)生的不適用反沖洗廢水量為140 m3/d，副產(chǎn)品加工廢水水量為20 m3/d，項(xiàng)目處理規(guī)模為160 m3/d。其中不適用反沖洗廢水為連續(xù)排放，副產(chǎn)品加工廢水為間歇排放。兩類廢水主要污染物為有機(jī)物，含有少量無機(jī)鹽。有機(jī)物主要是絲膠、絲素、蛹蛋白、脂肪酸等，尤其是副產(chǎn)品加工廢水含有的有機(jī)物濃度相當(dāng)高，其主要污染物指標(biāo)包括懸浮物、化學(xué)需氧量、氨氮。廢水的進(jìn)出水水質(zhì)指標(biāo)見表1。

表1 廢水進(jìn)出水水質(zhì)指標(biāo)

2 工藝設(shè)計(jì)

2.1 工藝選擇及確定

根據(jù)企業(yè)排放廢水水質(zhì)特點(diǎn)及現(xiàn)場條件，工藝的選擇依據(jù)有以下幾點(diǎn)：

（1）因排放的副產(chǎn)品廢水、反沖洗回用水中的懸浮物含量高，采用細(xì)格柵和沉渣池進(jìn)行物理沉淀，去除繭絲纖維和不溶性有機(jī)物。

（2）該繅絲企業(yè)排放的副產(chǎn)品廢水、反沖洗回用水的排放時間和方式不同，需設(shè)置調(diào)節(jié)池進(jìn)行水質(zhì)、水量的調(diào)節(jié)，保證后續(xù)處理工藝的穩(wěn)定運(yùn)行。同時也進(jìn)行預(yù)酸化和水解，將廢水中長鏈有機(jī)物質(zhì)分解成短鏈分子，提高其厭氧生化性。

（3）副產(chǎn)品廢水及反沖洗廢水中含有絲膠、絲素等高分子蛋白有機(jī)物〔6〕，所以必須設(shè)置厭氧發(fā)酵罐將廢水的固體物質(zhì)變?yōu)槿芙庑晕镔|(zhì)，將難生化降解物質(zhì)轉(zhuǎn)變?yōu)榭缮到馕镔|(zhì)，以及將大分子有機(jī)物轉(zhuǎn)換為低分子無機(jī)化合物，為后續(xù)好氧減輕處理負(fù)荷。

（4）繅絲廠廢水的好氧處理采用生物接觸氧化比較多，因該工藝具有BOD去除率高、負(fù)荷變化適應(yīng)性強(qiáng)、微生物生長快、啟動時間短、且具有日常管理操作方便簡單、占地面積小等特點(diǎn)。

（5）繅絲廠高濃度有機(jī)廢水經(jīng)過常規(guī)的二級生化處理后，可采用過濾器去除懸浮物和膠體雜質(zhì)，對廢水的BOD和COD也有一定去除效果。生物砂濾塔設(shè)置2層濾料，一層是無煙煤濾層、另一層是砂濾層，且在富氧條件下石英砂表面存在一定量的生物膜，對有機(jī)物、氨氮起到一定的降解作用，且過濾效率較高，運(yùn)行費(fèi)用低。

通過以上工藝分析及現(xiàn)場調(diào)查分析，確定本項(xiàng)目處理工藝包括預(yù)處理、厭氧處理、好氧處理、深度處理4個主要部分，設(shè)計(jì)的工藝流程見圖1。

2.2 主要構(gòu)筑物及設(shè)備參數(shù)

圖1 繅絲廠高濃度廢水處理工藝流程

（1）沉渣池、調(diào)節(jié)池。沉渣池尺寸 4 m×8 m×4 m（原有）、調(diào)節(jié)池尺寸3 m×8 m×4 m，鋼砼結(jié)構(gòu)，涂料防腐，有效HRT=16 h。沉渣池配備2臺提升泵（1備1用），設(shè)備參數(shù)：流量25 m3/h，揚(yáng)程10 m，電機(jī)功率3.5 kW。

（2）厭氧罐。1套，碳鋼結(jié)構(gòu)，涂料防腐，尺寸D 6 m×14.5 m，有效容積 380 m3，有效 HRT=2.5 d。厭氧罐配備2臺進(jìn)水泵（1備1用），設(shè)備參數(shù)：流量25 m3/h，揚(yáng)程20 m，電機(jī)功率5.5 kW；2臺污泥回流泵，設(shè)備參數(shù)：流量12.5 m3/h，揚(yáng)程15 m，電機(jī)功率4 kW。

（3）沉降罐。1套，碳鋼結(jié)構(gòu)，涂料防腐，尺寸D 3 m×7 m，有效容積 50 m3。

（4）達(dá)標(biāo)處理一體化設(shè)施。1套，選用碳鋼結(jié)構(gòu)，涂料防腐，總尺寸 8 m×6 m×4 m，有效容積 190 m3。含1個好氧池（分為2格），單格池子尺寸3 m×6 m×4 m，有效池容 60 m3，MLSS=3 g/L，HRT=10 h，污泥負(fù)荷 0.15 kgBOD5/（kgMLSS·d）；含有 1 個沉淀池，尺寸2 m×3 m×4 m；含有 1個污泥池，尺寸 2 m×3 m×4 m。好氧池配備2臺鼓風(fēng)機(jī)（1備1用），設(shè)備參數(shù)：空氣流量5 m3/min，配套電機(jī)功率5 kW；配備好氧污泥回流泵2臺，設(shè)備參數(shù)：流量12 m3/h，揚(yáng)程8 m，電機(jī)功率0.75 kW。

（5）生物砂濾塔。1套，選用碳鋼結(jié)構(gòu)，涂料防腐，尺寸D 1 m×3 m，有效容積2.5 m3，內(nèi)裝濾料為石英砂，砂濾直徑1 mm，無煙煤直徑0.5 mm，使用壓力0.3 MPa，設(shè)計(jì)濾速5 m/h，沖洗時間6 min，沖洗周期12 h。設(shè)計(jì)SS去除率85%以上。

3 工程調(diào)試

本項(xiàng)目調(diào)試的重點(diǎn)是厭氧罐啟動和達(dá)標(biāo)處理一體化設(shè)施中的好氧池啟動。

3.1 厭氧罐的啟動與運(yùn)行

厭氧罐的接種污泥采用其他正在運(yùn)行厭氧系統(tǒng)的厭氧污泥接種，接種污泥量一般不小于反應(yīng)器容積的30%，本項(xiàng)目的厭氧罐容積為380 m3，則接種的污泥量為115 m3（含固率為8%）。厭氧系統(tǒng)啟動一般分以下3個階段進(jìn)行：

（1）起始階段。注入廢水，控制罐內(nèi)溫度為30～35℃，然后從調(diào)節(jié)池內(nèi)泵入?yún)捬跷勰?。反?yīng)器啟動負(fù)荷從 1～2 kgCOD/（m3·d）開始。 進(jìn)入?yún)捬醴磻?yīng)器廢水的混合液COD不大于5 000 mg/L，并按要求控制進(jìn)水，最低COD為1 000 mg/L，進(jìn)液濃度不符合的應(yīng)進(jìn)行稀釋。進(jìn)液時不要刻意嚴(yán)格控制所有工藝參數(shù)，但應(yīng)特別注意乙酸質(zhì)量濃度，應(yīng)保持在1 000 mg/L以下。

（2）第二階段。當(dāng)反應(yīng)器容積負(fù)荷上升到3～5 kgCOD/（m3·d）時，這一階段洗出污泥量增大（淘汰污泥），新的顆粒污泥開始產(chǎn)生。此時容積負(fù)荷大約為設(shè)計(jì)負(fù)荷的50%。

（3）第三階段。容積負(fù)荷由設(shè)計(jì)負(fù)荷的50%上升到 100%，及設(shè)計(jì)負(fù)荷為 8～10 kgCOD/（m3·d）時，即達(dá)到滿負(fù)荷運(yùn)行，采用逐步增加進(jìn)料數(shù)量來實(shí)現(xiàn)?？刂茡]發(fā)性脂肪酸（VFA）不大于500 mg/L，當(dāng)VFA超過500～1 000 mg/L，厭氧反應(yīng)器呈現(xiàn)酸化狀態(tài)，超過1 000 mg/L則表明已經(jīng)酸化，需立即采取措施停止進(jìn)料，進(jìn)行菌種馴化。

根據(jù)厭氧發(fā)酵特點(diǎn)，本工藝厭氧系統(tǒng)調(diào)試階段進(jìn)水參數(shù)指標(biāo)見表2。

表2 厭氧系統(tǒng)調(diào)試階段進(jìn)水參數(shù)

3.2 好氧池的啟動與運(yùn)行

生物接觸氧化池接種污泥主要來自城市生活污水處理廠剩余污泥。

首先啟動鼓風(fēng)機(jī)，開啟回流泵，讓廢水自沉淀池到好氧接觸氧化池循環(huán)，悶曝3 d。第1～2 d鼓風(fēng)機(jī)開啟3 h，停1 h，間隙曝氣。第3 d連續(xù)曝氣。當(dāng)污泥呈均勻懸浮態(tài)，靜沉后，上清液清徹透明，污泥外觀呈土黃色，絮體較大，沉降性能良好，30 min污泥沉降體積約10%～30%左右，證明接種成功。定時檢測pH、溫度以及以下控制指標(biāo)：污泥濃度（MLSS）為2 000～4 000 mg/L；溶解氧（DO）為 2～3 mg/L；污泥沉降體積比（SV30）為 10%～30%；污泥負(fù)荷為 0.1～0.2 kgBOD5/（kgMLSS·d）。

3.3 生物砂濾塔調(diào)試運(yùn)行

生物砂濾塔主要有罐體、濾層、墊層以及配水系統(tǒng)組成。工作周期設(shè)24 h，沖洗周期為12 h，則每天實(shí)際工作時間23.3 h（反沖洗時間16 min）。外部還安裝有壓力表和取樣表，在調(diào)試運(yùn)行時，當(dāng)塔頂部與底部壓力差在0.1～0.15 MPa時進(jìn)行反沖洗，采用氣水聯(lián)合沖洗，先采用混合沖洗10 min，再用水沖洗6 min。

4 系統(tǒng)運(yùn)行結(jié)果

該廢水處理工程建成后，經(jīng)過2個多月的調(diào)試運(yùn)行，各項(xiàng)出水指標(biāo)完全滿足設(shè)計(jì)要求，監(jiān)測結(jié)果見表3。

表3 廢水水質(zhì)監(jiān)測結(jié)果

由表3可知，進(jìn)水COD和BOD5都在設(shè)計(jì)范圍內(nèi)，進(jìn)水COD達(dá)到21 724 mg/L，屬于高濃度有機(jī)廢水，處理后的COD、BOD5、SS、NH3-N的去除率分別為99%、99%、98%、95%。排放口出水各項(xiàng)指標(biāo)達(dá)到《繅絲廠工業(yè)水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 28936—2012）表1要求。

本工藝處理對象為低濃度廢水處理系統(tǒng)產(chǎn)生的不能重復(fù)使用的反沖洗廢水和車間副產(chǎn)品廢水，經(jīng)過預(yù)處理+生化處理（厭氧、好氧）+生物砂濾工藝處理后，各項(xiàng)污染指標(biāo)處理效果明顯。在生化處理單元的厭氧處理段，大部分的COD、BOD5被去除，說明通過厭氧微生物將廢水中的有機(jī)物進(jìn)行降解轉(zhuǎn)化為無機(jī)物（CH4和CO2），大大減輕后續(xù)處理單元處理負(fù)荷。而在好氧處理段采用生物接觸氧化工藝，該工藝是以生物膜吸附廢水中的有機(jī)物，在有氧的條件下，有機(jī)物（COD、NH3-N等）由微生物氧化分解，廢水得到凈化。最后通過深度處理工藝—生物砂濾塔將SS、NH3-N進(jìn)一步去除，達(dá)標(biāo)排放。

5 結(jié)論

（1）采用預(yù)處理+厭氧+生物接觸氧化+生物砂濾工藝處理繅絲廠高濃度有機(jī)廢水，出水穩(wěn)定達(dá)到《繅絲廠工業(yè)水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 28936—2012）表1的要求。

（2）采用快速、高效的厭氧處理后，厭氧段的COD、BOD5去除率分別達(dá)到了95%、94%，去除了大部分有機(jī)物，確保了后續(xù)好氧生化處理的穩(wěn)定運(yùn)行。

（3）生物砂濾工藝確保了水質(zhì)達(dá)標(biāo)排放，尤其大大降低了SS。