某危廢處置企業(yè)廢水處理工程設計實例

黃勤超

（上海華誼環(huán)保科技有限公司， 上海 200241）

1 工程概況

某危廢處置企業(yè)在國內(nèi)新建工廠， 采用回轉(zhuǎn)窯焚燒工藝處理所在區(qū)域的危險廢物， 處理廢物涉及醫(yī)藥廢物、 廢有機溶劑及含有機溶劑廢物、 廢礦物油與含礦物油廢物、 烴／水混合物或乳化液、 精餾／蒸餾殘渣、 涂料廢物等18 類。 危廢處理過程中廢水來源為： 軟化水站排污水、 循環(huán)冷卻水系統(tǒng)排污水、 焚燒生產(chǎn)線廢水、 非危廢區(qū)地面沖洗水、 初期雨水。 該廠所在化工園區(qū)設有污水處理廠， 地面沖洗水及初期雨水在廠內(nèi)緩存后直接納入園區(qū)污水管網(wǎng)， 其余3 股廢水需經(jīng)廠內(nèi)廢水站處理合格后方可納入該企業(yè)所在化工園區(qū)廢水處理廠。

2 設計規(guī)模及進出水水質(zhì)

該危廢企業(yè)廢水站的設計規(guī)模為24 t／h， 主要處理焚燒生產(chǎn)線廢水、 軟化水站排污水、 循環(huán)冷卻系統(tǒng)排污水， 各股廢水特征及水量見表1。 焚燒生產(chǎn)線廢水進水水質(zhì)見表2， 納管標準見表3。

表1 廢水特征及水量Tab. 1 wastewater characteristics and quantity

表2 焚燒生產(chǎn)線廢水進水水質(zhì)Tab. 2 Influent water quality of incineration production line wastewater

表3 園區(qū)污水處理廠納管標準Tab. 3 Pipe acceptance requirement of wastewater treatemnt plant in chemical industrial park

3 廢水處理工藝

3.1 廢水處理工藝選擇

焚燒生產(chǎn)線廢水是該企業(yè)重點處理的一路廢水， 其余兩路水水質(zhì)較好， 不作為重點處理。 焚燒生產(chǎn)線廢水具有溫度高、 COD 含量高、 F-含量高、鹽含量高及含有重金屬（企業(yè)可能會接收含重金屬的危廢）等特點。 循環(huán)冷卻水排污水、 軟化水站排污水、 焚燒生產(chǎn)線廢水混合后鹽含量小于32 000 mg／L， 滿足納管標準。 因此， 廢水站不設除鹽功能， 主要去除COD、 F-、 重金屬離子及SS。

焚燒生產(chǎn)線廢水COD 主要由亞硫酸鹽組成，同時存在部分還原性有機物， 鹽含量高， 不利于微生物生長。 因此， 去除廢水中COD 選用曝氣氧化-高級氧化的方式進行處理； 廢水中F-質(zhì)量濃度較高， 達1 300 mg／L， 采用鈣鹽化學沉淀除氟， 出水F-質(zhì)量濃度為20 ～30 mg／L， 因此， 該廢水站采用化學沉淀-混凝沉淀-除氟器的工藝進行深度除氟［1-3］。 采用投加Ca（OH）2及重捕劑的方式去除廢水中重金屬離子。 由于焚燒生產(chǎn)線廢水溫度較高， 約為60 ～65 ℃， 溫度過高會降低氧氣在水中的溶解度［4-5］， 廢水進入調(diào)節(jié)池之前先采用冷卻塔將溫度降低至50 ℃以下。 SS 采用混凝沉淀的工藝去除。

3.2 廢水處理工藝流程

廢水處理工藝流程見圖1。

圖1 廢水處理工藝流程Fig. 1 Process flow of wastewater treatment

焚燒線生產(chǎn)廢水首先進入冷卻水池， 來水pH值一般為6 ～10， 在此通過投加HCl 或NaOH， 將pH 值調(diào)節(jié)至中性， 采用冷卻塔將水溫降至50 ℃以下； 冷卻水池出水溢流至曝氣調(diào)節(jié)池進行均質(zhì)均量， 同時， 在此采用鼓風機及高壓溶氧設備進行曝氣， 去除廢水中大部分亞硫酸根； 曝氣調(diào)節(jié)池出水進入1＃ 反應池， 在1＃ 反應池內(nèi)投加H2O2， 進一步氧化亞硫酸根及還原性有機物； 在2＃ 反應池內(nèi)投加鈣鹽及重捕劑去除F-及重金屬離子， 為使形成的沉淀能夠有效沉降， 在2＃ 反應池內(nèi)投加PAC、 PAM， 增強絮凝沉淀效果； 沉淀池出水進入砂濾器去除廢水中的SS， 避免后續(xù)除氟器、 活性炭過濾器污堵， 影響廢水站穩(wěn)定運行； 砂濾器出水如F-檢測達標， 廢水直接進入中間水池， 如檢測不達標， 砂濾器出水則進入除氟器， 進一步去除廢水中的F-； 焚燒生產(chǎn)線廢水進入中間水池后與軟化水站排污水、 循環(huán)冷卻水系統(tǒng)排污水混合均勻，如達到排放標準， 則直接排入清水池， 如檢測不達標， 則通過提升泵將廢水輸送至活性炭過濾器， 進一步去除水中COD、 SS， 同時活性炭還能吸附一定量的F-［6］； 活性炭過濾器出水進入清水池， 由清水泵將處理合格的廢水排入園區(qū)污水管網(wǎng)。

沉淀池產(chǎn)生的污泥由泵輸送至污泥濃縮池， 經(jīng)濃縮后采用高壓隔膜泵將污泥（含水率為97% ～98%）輸送至板框壓濾機進行脫水， 脫水后的污泥作為危廢委外處理， 濾液自流至調(diào)節(jié)池進行循環(huán)處理； 砂濾器、 除氟器及活性炭過濾器反洗水返回至調(diào)節(jié)池進行處理。

4 主要處理單元及設計參數(shù)

4.1 冷卻及pH 調(diào)節(jié)系統(tǒng)

冷卻水池1 座， 尺寸為2.6 m×2.6 m×4.5 m，超高0.5m， 停留時間為1.6 h， 地下式， 材質(zhì)為鋼砼防腐。 考慮一定裕量， 冷卻塔設計能力為30 m3／h， 設置在冷卻水池上方混凝土蓋板上， 材質(zhì)選用抗腐蝕的FRP， 冷卻溫差為15 ～20 ℃， 設循環(huán)泵2 臺， 1 用1 備， 單臺流量為30 m3／h， 揚程為18 m， 功率為4 kW， 過流材質(zhì)為工程塑料。 經(jīng)冷卻塔處理后將廢水溫度降低至40 ～50 ℃。 冷卻水池兼作pH 調(diào)節(jié)池， 在此調(diào)節(jié)pH 值至中性， 設置在線pH 計1 臺。

4.2 曝氣調(diào)節(jié)池

1 座， 有效容積為400 m3， 分隔為2 池， 有效體積分別為350 m3及50 m3， 超高0.5 m， 停留時間分別為21 h 和3 h， 地下式， 材質(zhì)為鋼砼防腐，設置混凝土蓋板。 兩池底部均布微孔曝氣器， 曝氣器材質(zhì)為ABS， 大池設2 臺風機進行曝氣， 1 用1備， 單臺風機風量為6.5 m3／min， 揚程為6 m， 功率為11 kW； 小池采用高壓溶氣增氧設備進行曝氣， 高壓溶氣增氧設備由泵、 溶氣罐組成， 溶氣水量為處理水量的30%， 通過溶氣水泵將曝氣池中水輸送至溶氣罐中， 同時在泵前吸入空氣， 空氣及廢水進入溶氣罐中， 溶氣罐壓力設置為0.4 MPa，在密封容器內(nèi)壓力越高， 空氣溶解度越大， 從而提高溶解氧量［4］， 通過釋放器驟然減壓， 快速將溶氣水釋放至曝氣池中， 保證曝氣池中溶解氧質(zhì)量濃度不小于15 mg／L， 同時形成數(shù)量較多、 粒徑較小的氣泡， 增大氧氣與污染物的接觸面積， 增強污染物氧化效果， 降低COD 濃度［7］。 設調(diào)節(jié)池提升泵2臺， 自吸泵， 1 用1 備， 單臺流量為17 m3／h， 揚程為10 m， 功率為2.2 kW， 過流材質(zhì)為工程塑料。

4.3 兩腔反應池及沉淀池

兩 腔 反 應 池1 座， 尺 寸 為4.5 m × 2.0 m × 3.6 m， 超高0.5 m， 均分為2 個腔體， 單腔反應池停留時間約為0.8 h， 材質(zhì)為鋼襯FRP。 在1＃ 反應池內(nèi)投加H2O2， 根據(jù)危廢接收類型及來水水質(zhì)， 可在2＃ 反應池內(nèi)選擇性投加CaCl2、 Ca（OH）2、 重捕劑去除F-及重金屬。 本工程廢水處理與生產(chǎn)聯(lián)動， 危廢接收類型不同， 廢水中特征污染物不同， 當檢測到廢水中F-及重金屬超標時， 啟動Ca（OH）2及重捕劑投加系統(tǒng)， 在去除F-的同時去除重金屬； 若僅F-超標， 采用投加CaCl2除F-， CaCl2替代Ca（OH）2可大大減少藥劑投加量及危廢產(chǎn)生量。 為增強絮凝沉淀效果， 同時在2＃ 反應池內(nèi)投加PAC、 PAM。1＃ 反應池和2＃ 反應池內(nèi)分別設雙層漿葉機械攪拌器1 臺， 單臺功率為1.5 kW， 材質(zhì)鋼襯PE。

采用斜板沉淀池， 設計表面負荷為1.5 m3／（m2·h）， 尺寸為6.0 m×2.0 m×3.6 m， 超高0.5 m，停留時間為2 h， 材質(zhì)為鋼襯FRP， 斜管填料采用PP 材質(zhì)。 設排泥泵2 臺， 1 用1 備， 單臺流量為5 m3／h， 揚程為10 m， 功率為1.1 kW， 材質(zhì)為工程塑料。 斜板沉淀池出水設過濾器增壓泵2 臺， 1 用1 備， 水量為17 m3／h， 揚程為20 m， 功率為2.2 kW， 過流材質(zhì)為工程塑料。

4.4 砂濾器、 除氟器及活性炭過濾器

砂濾器1 座， 材質(zhì)為碳鋼襯膠。 處理能力為17 m3／h， 濾速為5 m／h， 尺寸為?2 100 mm × 3 500 mm， 填料層高度為1 200 mm。

除氟器1 座， 材質(zhì)為碳鋼襯膠。 處理能力為17 m3／h， 濾速為5 m／h， 尺寸為?2 100 mm × 3 500 mm， 填料層高度為1 200 mm。 除氟器采用活性氧化鋁吸附劑進行除氟處理， 含氟廢水與高效活性硅鋁鹽接觸后， 濾料表面發(fā)生吸附過濾和離子交換雙重反應， 水中的氟離子吸附于濾料上， 同時F-與濾料表面的OH-發(fā)生交換， 通過雙效的物化反應實現(xiàn)除氟的目的。 當填料失效時， 可在線進行再生， 反復循環(huán)使用。 用硫酸鋁溶液再生吸附劑， 以恢復其吸附能力， 其用量與除氟量之比為60 ∶1，再生濃度為1%～2%。

中間水池1 座， 材質(zhì)為碳鋼襯膠。 尺寸為4.0 m×2.0×3.6 m， 超高0.5 m， 停留時間為1 h， 設增壓泵2 臺， 1 用1 備， 水量為24 m3／h， 揚程為10 m， 功率為2.2 kW， 過流材質(zhì)為工程塑料。 設雙層漿葉機械攪拌器1 臺， 單臺功率為1.5 kW，材質(zhì)為鋼襯PE。

活性炭過濾器1 座， 材質(zhì)為FRP。 處理能力為24 m3／h， 濾速為7.6 m／h， 尺寸為?2 000 mm ×4 000 mm， 填料層高度為1 500 mm。

設置2 臺反沖洗泵對砂濾器、 除氟器及活性炭過濾器進行反洗， 1 用1 備， 反洗強度為10 L／（m2·s）， 單臺流量為125 m3／h， 揚程為20 m， 功率為15 kW。

4.5 清水池

清水池1 座， 尺寸為16.6 m × 3.0 m × 4.5 m，超高0.5 m， 停留時間為8 h， 地下式， 材質(zhì)為鋼砼防腐。 在清水池出水管道上設置COD、 總氮、 氨氮及pH 在線檢測儀， 如所有在線檢測值達標， 則廢水排至園區(qū)污水管網(wǎng)， 如其中一項不達標， 則啟用應急泵將清水池廢水提升至調(diào)節(jié)池進行循環(huán)處理。 排水泵2 臺， 1 用1 備， 單臺流量為24 m3／h，揚程為40 m， 功率為7.5 kW， 材質(zhì)為工程塑料；應急泵2 臺， 1 用1 備， 單臺流量為50 m3／h， 揚程為10 m， 功率為4 kW， 材質(zhì)為工程塑料。

4.6 污泥脫水工段

污泥脫水工段主要由污泥濃縮池、 板框壓濾機、 污泥泵組成。

污泥濃縮池1 座， 尺寸為3.7 m × 3.0 m × 4.5 m， 超高0.5 m， 停留時間為8 h， 地下式， 材質(zhì)為鋼砼。 設氣動污泥泵2 臺， 1 用1 備， 流量為10 m3／h， 揚程為60 m， 功率為7.5 kW。

板框壓濾機1 臺， 過濾面積為150 m2， 過濾壓力為0.6 MPa， 污泥經(jīng)脫水后， 含水率約為75%。

4.7 曝氣風機房、 儲藥間、 加藥間及在線監(jiān)測儀

風機房1 間， 尺寸為2.5 m×3.0 m， 放置2 臺曝氣風機。

儲藥間1 間， 尺寸為4.8 m×3.5 m， 儲存CaCl2、Ca（OH）2、 PAC、 PAM 及重捕劑， H2O2、 鹽酸及NaOH根據(jù)用量， 由廠內(nèi)供應， 儲藥間內(nèi)不進行存儲。

加藥間1 間， 尺寸為7.0 m×6.3 m， 藥劑投加設備放置于加藥間， 設有7 套加藥撬裝裝置， 分別為HCl、 NaOH、 CaCl2（或Ca（OH）2）、 重 捕 劑、PAC、 PAM、 H2O2投加裝置， 加藥罐體積均為1 m3， 材質(zhì)PE， 每套加藥系統(tǒng)配套計量泵2 臺， 1用1 備。

在線監(jiān)測站房1 間， 尺寸為3.0 m×2.0 m， 放置COD、 總氮、 氨氮及pH 在線監(jiān)測儀。

5 設計特點

（1） 本工程對水質(zhì)進行了充分的試驗和分析，采用有針對性的工藝去除廢水中各項特征污染物，工藝流程合理、 可靠； 工藝設計靈活， 除氟器及活性炭過濾器均設置了超越， 可根據(jù)實際水質(zhì)及運行情況， 對工藝進行靈活調(diào)整。

（2） 采用高壓溶氣增氧設備， 增加曝氣調(diào)節(jié)池氧氣含量， 同時產(chǎn)生數(shù)量多、 粒徑小的氣泡， 增加氧氣與污染物的接觸面積， 氧化大部分亞硫酸根，后續(xù)投加H2O2最大限度氧化剩余亞硫酸根及還原性有機物， 降低COD 濃度至排放標準。

（3） 本工程選用CaCl2（或Ca（OH）2）作為除氟藥劑， 實際運行時， 根據(jù)來水水質(zhì)是否含有重金屬離子選用相應的藥劑， 實現(xiàn)最大限度減少藥劑投加量及危廢量， 同時保證廢水達標排放。

6 工程運行效果

經(jīng)前期的深入理論及中試試驗論證， 該企業(yè)廢水站能夠順利將廢水處理至園區(qū)污水處理廠納管標準， 即pH 值為6 ～9， ρ（COD）≤60 mg／L， ρ（SS）≤35 mg／L， ρ（F-）≤20 m／L， ρ（TDS）≤32 000 mg／L，ρ（總銅）≤1 mg／L， ρ（總鋅）≤4 mg／L。 目前， 廢水站已建設完成， 設備均已通過各項功能測試及清水調(diào)試。

該企業(yè)廢水站在運行過程中需與生產(chǎn)進行聯(lián)動， 密切關注危廢接收類型及廢水水質(zhì)， 加強廢水檢測頻次， 根據(jù)來水水質(zhì)啟動相應的加藥裝置， 保證特征污染物得到有效去除。 后續(xù)在運行過程中可根據(jù)實際情況對工藝進行優(yōu)化， 如在反應池進水管增設在線F-檢測儀， 根據(jù)F-濃度精準控制加藥量， 節(jié)省藥劑用量及減少危廢產(chǎn)量。 另外， 本工程在線COD 儀表僅作為排水參考， 運行過程中企業(yè)可加強取樣頻次， 分析屏蔽Cl-后COD 的實際值，根據(jù)檢測規(guī)律與園區(qū)協(xié)商以在線COD 為參考依據(jù)的監(jiān)測值。

7 投資及運行成本

本工程概算總投資為250 萬元， 滿負荷運行成本約為7.5 元／t。

8 結語

（1） 該危廢處置企業(yè)廢水成分復雜、 水質(zhì)波動較大， 來水溫度高， 廢水中主要污染物為亞硫酸鹽、 F-和重金屬等無機污染物， 采用冷卻降溫-曝氣氧化-高級氧化-化學沉淀-砂濾器-除氟器-活性炭過濾器的組合物化工藝進行處理是可行的， 工藝設計靈活可靠、 操作維護簡單， 出水水質(zhì)滿足設計要求。

（2） 選用除氟器進行深度除氟的同時， 選用活性炭過濾器作為保障措施進一步去除廢水中SS、COD 及F-， 有利于提升廢水處理工藝的可靠性及靈活性。

（3） 在選擇和確定廢水處理工藝時， 應重點考慮來水水質(zhì)特點和合理均質(zhì)、 均量及調(diào)配， 根據(jù)廢水中的特征污染物有針對性地選擇工藝， 避免影響后續(xù)工藝的穩(wěn)定運行， 確保廢水達標排放。 同時，工藝選擇兼顧廢水站投資和運行的經(jīng)濟性、 操作維護的安全性。