采用氣浮+MBR工藝升級改造羽絨廢水工程實例

周夢瑩，張 峰，陳小攀，易佳玲，黃瀚坤，胡雨聰

(浙江省機(jī)電設(shè)計研究院有限公司，浙江 杭州 310051)

揚州某羽絨制品有限公司，主要生產(chǎn)加工水洗羽絨，生產(chǎn)過程中需要將水禽宰殺后獲取羽絨羽毛，經(jīng)過水洗和高溫消毒等工序后加工為標(biāo)準(zhǔn)毛。水洗加工又包括粗洗、精洗工藝，是廢水排放的主要環(huán)節(jié)。羽絨廢水含蛋白質(zhì)、動物油脂和少量無機(jī)物與細(xì)碎羽絨以及原料羽毛粘附的泥土、砂粒、糞便、少量洗滌劑和微量除臭劑等。主要污染因子包括pH值、懸浮物、BOD5、CODCr、總氮、氨氮、陰離子表面活性劑等[1-2]。廠區(qū)內(nèi)原有一座污水處理站，設(shè)計水量300噸/天。隨著企業(yè)發(fā)展，原有污水站處理能力已無法滿足需求且污水站投運時間比較長，水泵斜板等設(shè)備已無法正常使用，污水站運行情況較差，處理后出水CODCr基本在300～400 mg/L。

企業(yè)為響應(yīng)當(dāng)?shù)卣鍧嵣a(chǎn)、節(jié)能減排的號召，實現(xiàn)廢水循環(huán)利用，根據(jù)當(dāng)?shù)丨h(huán)保局以及國家清潔生產(chǎn)審核的要求，對原有污水處理站進(jìn)行升級改造。

公司現(xiàn)有一條2000型洗絨水洗生產(chǎn)線，日排水量約為600 m3/d?？紤]到水洗車間生產(chǎn)時間，改造后的污水處理站采用10 h工作制，改造后污水站處理規(guī)模為600 m3/d。處理出水達(dá)到國家《羽絨工業(yè)水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB21901-2008)表3相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中的要求后回用于車間再生產(chǎn)、廠內(nèi)綠化、沖廁等，回用率>95%，剩余廢水處理達(dá)標(biāo)后納入市政管網(wǎng)。

1 改造工程設(shè)計

1.1 設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)

表1 羽絨廢水設(shè)計進(jìn)出水水質(zhì)

1.2 改造思路

原有污水處理站處理工藝見圖1。

圖1 原有廢水處理站工藝流程圖

(1)針對廢水水質(zhì)特點，強(qiáng)化污水預(yù)處理，采用固液分離機(jī)-撈毛機(jī)，去除廢水中的泥砂、羽毛等，并回收利用羽毛。

(2)針對廢水透明度較低，懸浮物濃度較高的特點，采用以氣浮為預(yù)處理工藝，通過部分加壓溶氣氣浮的浮除作用，去除水中絕大部分懸浮物質(zhì)，在氣浮處理過程中，投加適量的混凝劑及助凝劑，以強(qiáng)化氣浮處理效果，減輕后續(xù)處理負(fù)荷[3]。

(3)針對廢水可生化性較好的特點，擬對廢水進(jìn)行生化處理，利用微生物分解作用去除廢水中的可溶性的有機(jī)物及部分不溶性的有機(jī)物。

(4)針對污水處理站改造場地有限，選用MBR(膜生物反應(yīng)器)為主體工藝，該工藝為活性污泥法與膜分離技術(shù)相結(jié)合的水處理技術(shù)，是比較成熟的工藝技術(shù)。技術(shù)優(yōu)點占地面積小，處理出水水質(zhì)好、系統(tǒng)穩(wěn)定等[4-5]。

(5)考慮到盡可能降低改造成本，充分利用現(xiàn)有污水站的資源，對現(xiàn)有調(diào)節(jié)池、混凝沉淀池進(jìn)行改造利用。新增的工藝設(shè)備采用成套設(shè)備的方式，并放置于水池頂部，以節(jié)約占地面積。

(6)由于原有污水站未設(shè)置污泥處理系統(tǒng)，改造后每天將有大量污泥產(chǎn)生，故本方案擬新增污泥處理系統(tǒng)。

1.3 改造后工藝流程及說明

1.3.1 改造后工藝流程

由于廠區(qū)內(nèi)場地有限，采用傳統(tǒng)生物處理工藝占地面積過大，無法滿足要求。為降低出水濃度使出水滿足回用要求，故選用氣浮+MBR工藝，對現(xiàn)有工藝進(jìn)行升級改造。

改造后工藝流程如圖2所示。

圖2 改造后污水處理工藝流程圖

1.3.2 工藝說明

車間產(chǎn)生的水洗水、甩干水等生產(chǎn)廢水由管路收集后經(jīng)撈毛機(jī)撈取廢水中殘留的羽絨和毛屑，用于回收再加工，可產(chǎn)生一定的經(jīng)濟(jì)效益；撈毛機(jī)出水進(jìn)入新調(diào)節(jié)池中(將原有調(diào)節(jié)池與混凝沉淀池合并為新的調(diào)節(jié)池)，在新調(diào)節(jié)池內(nèi)設(shè)置穿孔曝氣系統(tǒng)，在此池中均勻水質(zhì)、調(diào)節(jié)水量。爾后，出水經(jīng)泵提升至氣浮裝置，利用加壓溶氣氣浮作用去除廢水中絕大部分懸浮的、膠體的羽絨、毛屑等污染物，同時可視情況投加藥劑進(jìn)一步去除廢水中污染物；氣浮出水自流進(jìn)入好氧池。爾后自流至MBR池，MBR系統(tǒng)無需設(shè)置二沉池，由于膜的高效分離作用，分離效果遠(yuǎn)好于傳統(tǒng)沉淀池，處理出水水質(zhì)穩(wěn)定，另外膜分離也使微生物完全被截流在生物反應(yīng)器內(nèi)，使得系統(tǒng)內(nèi)能夠維持較高的微生物濃度，不但提高了對污染物的整體去除效率，也保證了良好的出水水質(zhì)，同時對進(jìn)水負(fù)荷(水質(zhì)及水量)的各種變化具有很好的適應(yīng)性，耐沖擊負(fù)荷，能夠穩(wěn)定獲得優(yōu)質(zhì)的出水。MBR出水經(jīng)泵抽吸至回用水箱。

在處理過程中，每天都有物化和生化污泥產(chǎn)生；氣浮產(chǎn)生的泥、浮渣自流進(jìn)入污泥污泥池，MBR池產(chǎn)生的污泥通過污泥泵排至污泥池，濃縮后的污泥通過加藥調(diào)理，使污泥更容易被脫水，經(jīng)廂式壓濾機(jī)脫水成泥餅后按當(dāng)?shù)丨h(huán)保局要求外運處置，因該污泥無毒，可作有機(jī)肥加以利用。

1.4 工藝設(shè)計參數(shù)

(1)撈毛機(jī)：一臺，處理量Q=60 m3/h，功率N=3.0 kW，尺寸為5.0 m×1.5 m×1.2 m。主要功能為除去廢水中大量細(xì)小羽毛等雜質(zhì)，并回收羽毛、絨。

(2)調(diào)節(jié)池：1座，地埋式鋼砼結(jié)構(gòu)(原調(diào)節(jié)池與混凝沉淀池改造)，有效容積250 m3，HRT=4.2 h。主要功能起到均質(zhì)、均量的作用。配套設(shè)備有：穿孔曝氣系統(tǒng)，風(fēng)機(jī)與好氧池共用，潛水泵2臺，1用1備，單臺流量Q=60 m3/h，揚程H=15 m，功率N=4.0 kW，浮球液位開關(guān)1個。

(3)氣浮裝置：1套，地上式成套裝置，尺寸為7.5 m×2.8 m×2.1 m。有效容積36 m3，HRT=0.6 h處理量Q=60 m3/h，功率N=11.0 kW，主要功能是通過部分加壓溶氣氣浮的浮除作用，去除廢水中油類、懸浮態(tài)、膠體態(tài)等污染物，從而降低后續(xù)處理負(fù)荷。配套設(shè)備有：1 m3聚合氯化鋁自動攪拌加藥裝置一套，1 m3聚丙烯酰胺自動攪拌加藥裝置一套。

(4)好氧池：1座，地上式鋼砼結(jié)構(gòu)。尺寸為10.0 m×5.0 m×4.5 m，有效容積200 m3，HRT=3.3 h。利用好氧池中好氧微生物去除污水中絕大部分有機(jī)污染物。配套設(shè)備有：羅茨風(fēng)機(jī)2臺，1用1備，(與調(diào)節(jié)池共用)，單臺風(fēng)量：7.47 m3/min，功率11 kW。微孔曝氣盤128個。

(5)MBR池：1座，地上式鋼砼結(jié)構(gòu)，尺寸為3.0 m×10.0 m×4.5 m，有效容積120 m3，HRT=2.0 h。主要功能是通過MBR膜組件截留活性污泥，使MBR池內(nèi)維持較高的活性污泥濃度，從而最大限度的提高污染物去除效率，通過膜組件過濾后的出水，出水水質(zhì)優(yōu)，透明度高，可滿足生產(chǎn)回用要求。MBR工藝具有傳統(tǒng)生物工藝無法比擬的優(yōu)勢，得到高質(zhì)量的產(chǎn)水，且剩余污泥量少。配套設(shè)備有：中空纖維模組件4組，MBR不銹鋼膜架4套；出水自吸泵2臺，1用1備，流量為72 m3/h，揚程13 m，功率5.5 kW；MBR反沖洗水泵1臺，流量89.5 m3/h，揚程15 m，功率5.5 kW；羅茨風(fēng)機(jī)2臺，單臺風(fēng)量：7.47 m3/min，功率11 kW；100 m3/h袋式保安過濾器1套；500 L加藥系統(tǒng)1套；污泥泵2臺，1用1備，單臺流量Q=120 m3/h，揚程H=7 m，功率N=3.7 kW；浮球液位開關(guān)1個。

(6)MBR清洗池：1座，地上式鋼砼結(jié)構(gòu)。尺寸為3.0 m×2.0 m×2.5 m。主要功能是用于MBR模組離線清洗。

(7)回用水箱(原有)：一套，地上式成套裝置，尺寸為10.0 m×5.0 m×3.0 m，有效容積125 m3，HRT=2.08 h。

(8)污泥池：1座，地上式鋼砼結(jié)構(gòu)。尺寸為3.0 m×3.0 m×4.5 m，有效容積150 m3。主要功能是收集氣浮產(chǎn)生的浮渣及好氧產(chǎn)生的剩余污泥等。配套設(shè)備有：3 kW框式攪拌機(jī)1臺；氣動隔膜泵2臺，1用1備，流量12 m3/h；3 kW廂式壓濾機(jī)1臺；7.5 kW空壓機(jī)1臺。

2 工藝調(diào)試

工程于2019年5月完成設(shè)備安裝，進(jìn)入調(diào)試階段。

2.1 氣浮系統(tǒng)調(diào)試

氣浮投加藥劑：聚合氯化鋁(PAC)，聚丙烯酰胺(PAM)，通過計量泵投加至氣浮前端。PAC配制濃度為10%，每天加藥量約500 L；PAM濃度為1%，每天加藥量約100 L。

氣浮溶氣泵出口壓力控制在0.4～0.5 MPa，設(shè)置刮渣機(jī)運行間隔時間為：運行1 min，間隔30 min。氣浮處理效果明顯，COD去除率在50%～60%。

2.2 好氧MBR系統(tǒng)調(diào)試

為加快微生物培養(yǎng)速度，好氧系統(tǒng)內(nèi)投加附近揚州市湯汪水處理廠含水率80%的脫水污泥，約4噸。逐步加入少量污水進(jìn)行悶曝培養(yǎng)，因污泥培養(yǎng)初期污泥絮凝行較差，風(fēng)機(jī)風(fēng)量調(diào)整為正常風(fēng)量的1/2左右。五天后活性污泥顏色由黑色轉(zhuǎn)為黃褐色，且測得MBR池污泥濃度在 4000 mg/L，此時出水量設(shè)置在設(shè)計流量的1/3～1/2左右。培養(yǎng)兩周后MBR池污泥濃度在6000～8000 mg/L，調(diào)整出水量達(dá)到設(shè)計值。調(diào)試第三周MBR池污泥濃度基本維持在7000 mg/L，絮體緊實，出水COD<50 mg/L，滿足設(shè)計要求。

3 工藝驗收

工程于2019年9月完成驗收?，F(xiàn)污水站運行穩(wěn)定，出水水質(zhì)優(yōu)于《羽絨工業(yè)水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB21901-2008)表3相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中的要求。

具體進(jìn)、出水水質(zhì)及各工藝段去除率如表2所示。

表2 進(jìn)、出水水質(zhì)及各單元去除率

4 技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析

采用氣浮+MBR工藝處理羽絨水洗廢水，設(shè)計廢水處理量為600 m3/d，每天運行10 h，1年按運行300 d計算，則該工藝的運行成本估算為：

(1)電費：單位電價為0.80元/(kW·h)，整個工程中裝機(jī)容量為98 kW，使用容量為387 kW/d，功率因素取0.75，每年電費大約為387×300×0.75×0.8≈7萬元，則單位電費為0.39元/m3·d。

(2)藥劑費用：氣浮工序需投加聚合氯化鋁、聚丙烯酰胺，MBR模組在線維護(hù)工序需要NaClO，每年費用大約為0.72萬元，則單位藥劑費為0.04元/m3·d。

(3)人工費用：該工程運行中僅需1名工人，每年工資福利費用約4萬元，則單位人工費為0.22元/m3·d。

綜上，其日常運行費用估算為0.65元/m3。

該羽絨廢水處理改造工程于2019年7月開始試運行，改造工程總投資約為245萬元。已正常運行300天，處理出水水質(zhì)穩(wěn)定，出水回用率為95%，企業(yè)日常用水費用2.2元/m3，年節(jié)約水費37.6萬元，污水站配有1名工人，廢水站實際運行成本如下：

電費：總耗電76500 kWh，單位電費為0.34元/m3；藥劑費：總花費0.7萬元，單位藥劑費為0.04元/m3；人工費：人均工資4000元/月，單位人工費為0.22元/m3；則廢水站試運行至今，實際運行成本僅為0.6元/m3，在保證廢水達(dá)標(biāo)的前提下，滿足了工藝設(shè)計的要求。

5 結(jié) 論

(1)運行結(jié)果表明，將 “氣浮+ MBR”工藝應(yīng)用在羽絨廢水改造工程中，處理效果明顯，出水水質(zhì)優(yōu)于《羽絨工業(yè)水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB21901-2008)表3相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中的要求，處理出水95%以上可回用于車間再生產(chǎn)、廠內(nèi)綠化、沖廁等。實際運行成本僅為0.6元/m3，年總運行成本10.8萬，年節(jié)約水費約37.6萬元。

(2) 采用“氣浮+ MBR”工藝處理羽絨廢水，可為企業(yè)節(jié)約大量成本，同時大大減輕了廢水對周邊環(huán)境的影響，具有較大的經(jīng)濟(jì)和社會效益，在廢水處理系統(tǒng)升級改造工程中有著廣闊的應(yīng)用前景。