工业园区污水处理厂工艺流程及主要参数设计

2022-03-21版权声明我要投稿

  摘要:在工业园区建设集中的污水处理厂,对园区现有生产企业和近期入驻的再造烟叶生产企业的废水水量、水质和处理设施进行分析,合理确定污水厂进水水质,其中COD为主要污染物;对再造烟叶生产企业取样废水进行小试实验和Fenton投加量实验,实验表明废水具有毒性和难降解特性,但在生化反应充分挖潜基础上,投加50×10-6Fenton药剂可使COD降至50mg/L以下;根据污水厂进、出水水质,合理确定污水厂工艺流程,研究污水厂A/O反应池和Fenton氧化设计参数,当二级生化处理出水COD控制在65mg/L以下时,计算Fenton氧化运行成本中的电耗和药耗可控制在1.3元/m3。

  关键词:工业园区污水处理厂;再造烟叶废水;Fenton氧化;

  2015年4月发布的《水污染防治行动计划》(简称水十条)要求集中治理工业集聚区水污染,集聚区工业废水必须经过预处理达到集中处理要求,方可进入污水集中处理设施。新建、升级工业集聚区应同步规划、建设污水、垃圾集中处理等污染治理设施。本工业区内各企业已实现废水回用或自行处理达标排放要求,但尚未建设工业园区污水处理厂,为实现园区废水集中处理,预处理后的污水暂时接入园区附近的生活污水处理厂进行处理,随着园区的发展和新企业的入驻,建设集中的污水处理厂势在必行。工程对园区内现状和近期入驻企业的排放量和水质进行分析,利用小试装置对园区排水大户的水质特征进行研究,确定一种经济、合理的园区集中污水处理工艺流程,对污水处理厂A/O和Fenton氧化工艺设计参数进行研究,计算Fenton氧化运行成本。

1 园区污水排放量及水质分析

  1.1 排放水量

  云南昆明某工业园区依托原有老工业基地的优势,以磷化工为主体,多种工业并存,园区现有企业36家,5家停产,磷化工、化肥企业已实现废水全回用,黏合剂、涂料、节能建材等企业自行处理达一级A标后排放,其余企业仅排放生活污水;31家企业每天排放污水总量313.86m3/d,其中生活污水159.74m3/d,生产废水154.12m3/d;园区居民点生活污水排放量70.37m3/d;近期园区排放污水总量3 385.23m3/d(含5家即将入驻企业),其中异地搬迁再造烟叶生产企业排放生产废水2 755m3/d,占园区近期总排放量的81.38%。根据《昆明海口工业园区总体规划》,园区远期排水量根据规划用地、工业用地类型、用水定额和回用水率需增加2 240m3/d。考虑为污水处理设施和园区招商引资留有余地,园区集中处理污水厂近期规模4 500m3/d,远期规模7 000m3/d。

  1.2 排放水质

  园区企业车间排放口废水成分复杂、浓度高,根据环保部门要求,31家企业污水总排放口排放污水水质执行生活污水水质或一级A标;根据“水十条”和环保要求,园区建设集中的污水处理设施后,企业废水排放水量不变,排放水质执行《污水综合排放标准》(GB 8978—1996)三级标准和《污水排入城市下水道水质标准》(CB/T 31962—2015)的A级标准。

  异地搬迁再造烟叶生产企业内废水处理流程:初沉+气浮+调节酸化+IC反应器+AO生化池+二沉池+紫外消毒,与行业处理流程[1]相类似。根据企业提供的在线监测数据、第三方水质监测报告和行业排水特征[2,3],综合确定再造烟叶生产企业内处理设施尾水浓度如表1所示。

  再造烟叶生产企业废水排放量占园区近期排放总量的81.38%,其他企业占18.62%,按各企业排放量占比计算的工业园区污水处理厂进厂水质如表2所示。

2 实验结论

  在再造烟叶生产企业搬迁前废水处理设施A/O生化前和二沉池出水处取水样,采用小试装置模拟污水处理环境,严格控制pH、温度等因素,对待测废水进行生化实验,测定COD降解、好氧速率和Fenton药剂量[4,6],判断废水可生化性和毒性特征。

  实验表明,随着废水浓度增加,活性污泥生化需氧量和硝化需氧量随之降低,即废水浓度为50%时,异养和硝化耗氧量降低约50%,废水呈现毒性和难降解特性,但生化反应仍可进行。对A/O生化前废水进行4d连续生化实验后,COD浓度由270mg/L降至62mg/L,此时投加50×10﹣6的Fenton药剂,废水COD降为33mg/L;对生化实验尾水投加1‰的活性炭时,COD由62mg/L降至45mg/L,并可去除色度。

3 污水厂工艺流程及主要参数设计

  3.1 工艺流程确定

  进水水质的BOD5/COD=0.2~0.4、BOD5/TN=1.2~2.57、BOD5/TP=30~45,表明废水的可生化性较低,总氮去除的碳源不足,总磷较易处理;结合设计进、出水水质和再造烟叶废水小试,园区集中处置污水处理厂工艺流程如图1所示:

  为防止企业事故排放造成污水厂运行异常和停产,工艺流程在预处理旁增设事故池,正常情况下污水通过提升泵站进入调节池,当进水在线监测异常时,废水经泵站先进入事故池储存,并分时段泵入调节池稀释处理;园区污水通过市政污水管网收集,厂内预处理设置粗/细格栅和沉砂池;正常情况下,污水经过沉砂池后直接进入生化反应池,当事故废水进入系统后需先经过混凝沉淀池,再进入生化系统;考虑进水碳源较低,工艺流程不设置初次沉淀池;生化反应采用缺氧/好氧系统,目的是有机物污染物和总氮的去除,运行过程需外加碳源;工艺流程在生化反应系统后设置Fenton氧化,充分发挥生化降解效率基础上尽量减少Fenton投加量;Fenton氧化后串联活性炭和紫外消毒工艺,活性炭过滤作为保险措施,用于水质恶化时把关。

  3.2A/O生化主要参数设计

  好氧容积分别采用硝化反应污泥龄容积公式Vo=①和污泥负荷容积公式V=②进行计算。回流污泥浓度6 000mg/L,好氧池混合液污泥浓度3000mg/L,污泥回流比100%,混合液回流比400%(稀疏来水,降低毒性和难降解物质的影响;废水停留时间接近2d,充分挖掘生化反应潜力);当设计水温为12℃时,计算硝化反应污泥龄仅为11d,公式①计算的好氧池容积偏低,该容积通过公式(2)反算污泥负荷已接近0.15,所以本工程设计采用公式②进行计算,降低污泥负荷、提高污泥龄,分别取0.08kgBOD5/(kgMLSS•d)和17d,计算好氧池容积为1 688m3。

  缺氧池容积采用硝化反硝化动力学公式Vn=计算,由于较大的混合液回流比和存在一定的生化降解难度,脱氮速率Kde(20)取0.03(需经温度修正),污泥总产率系数Yt在无初次沉淀池、污泥龄17d条件下取0.8kgMLSS/kgBOD5,缺氧池容积为1 354m3,停留时间为7.2h。0.001Q(Nk-Nte)-0.12ΔXVKdeX

  3.3Fenton氧化主要参数设计和成本计算

  Fenton反应池中加入酸、亚铁和双氧水,将pH调至3.5左右进行反应,反应完成后进入脱气池,加入液碱,将pH回调到7~8。调酸池和催化混合池采用机械搅拌,停留时间5min,容积分别为24m3;氧化反应池停留时间3h,容积为870m3;脱气池采用空气搅拌,停留时间20min,容积为97m3。根据实验,Fenton药剂投加量和投加比例为C(H2O2,mg/L):COD(mg/L)=3∶1;C(H2O2,mg/L):COD(Fe2+,mg/L)=1.22∶1。当COD浓度为124mg/L时,Fenton氧化运行设备功率20kw,电耗480kWh/d,吨水电耗0.09元/m3(电费0.8元/kWh),Fenton氧化吨水药耗2.40元/m3,药剂消耗量见表3,Fenton氧化运行能耗(电耗+药耗)为2.49元/m3;若二沉池出水COD浓度低于65mg/L,Fenton氧化运行能耗为1.3元/m3。

4 结论和建议

  1)合理确定工业园区集中污水处理厂进厂水量和水质非常重要,企业需逐家落实生产工艺、用水、排水特征,并依据环保意见核定污染物排放总量;即将入驻企业需落实生产工艺、厂内污水设施、环评报告等,并对同类型生产线和处理设施进行调研和水质取样;本工程园区废水处理难点是COD,且BOD5/COD较低,生化反应效果有限,碳源低于总氮去除要求;参照《污水综合排放标准》和《污水排入城市下水道水质标准》并不能准确反映真实水质。

  2)园区集中污水处理工艺流程和设计参数除依据设计进、出水水质以外,还需对排水大户的水样进行可生化性、耗氧速率、毒性等实验。实验表明,园区废水具有毒性和难降解的特性,50%浓度的废水使异养和硝化耗氧量降低约50%,内源、外源呼吸均受到抑制,但充分挖掘废水生化反应效率基础上,达一级A标的Fenton药剂投加量仅需50×10﹣6。

  3)园区集中污水处理厂设置事故池、混凝沉淀等构筑物,在进水超标的情况下启动运行;预处理工段需考虑市政管网带入的较大悬浮物和泥砂的去除;废水可生化性不足、缺少碳源,工艺流程不设初次沉淀池;生化反应主要考虑有机物降解和TN的去除;为稳定达标,废水深度处理需串联Fenton氧化,并采用活性炭吸附作为处理流程的最后把关工艺。

  4)根据以上特征研究,好氧池设计100%污泥回流,400%混合液回流,污泥浓度0.08kgBOD5/(kgMLSS•d),污泥龄17d;缺氧池的脱氮速率Kde(20)=0.03(kgNO3-N)/(kgMLSS•d),设计停留时间较高。实验确定Fenton药剂投加量为C(H2O2,mg/L)∶COD(mg/L)=3∶1,C(H2O2,mg/L)∶COD(Fe2+,mg/L)=1.22∶1;当二级生化处理出水COD控制在65mg/L以下时,Fenton氧化运行成本中的电耗和药耗为1.3元/m3。

参考文献

  [1]梅荣武,陈云.再造烟叶生产废水的处理与综合利用[J].中国给水排水,2004,20(9):75-77.

  [2]邱晔,胡群,陈辉敏,等.再造烟叶生产废水处理研究[J].工业水处理,2006,26(3):23-25.

  [3]马迅,向海英,王浩雅,等.造纸法再造烟叶生产废弃物的处理与利用[J].环境科学与技术,2013,36(6):249-253.

  [4]马平,徐天然,张甲.Fenton氧化工艺处理再造烟叶废水的研究[J].黑龙江造纸,2017(3):23-26.

  [5]刘伟.芬顿氧化法处理废水研究[J].中国资源综合利用,2016,34(11):36-37.

  [6]俞勇.工业园区污水处理厂的深度处理试验研究[J].环境科学与管理,2017,42(9):128-131.

作者:徐浩东 邱雁 田强 王一茹 端艳 单位:云南省设计院集团有限公司 云南农业大学建筑工程学院 重庆百欧环保科技有限公司

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