气浮-水解酸化-高效接触氧化工艺处理汽车废水
某汽车公司的生产车间位于广东省惠州市大亚湾经济技术开发区内,其外排的废水经排水管网最终进入淡水河的坪山河支流新寮段。为保护环境,避免废水对周围环境造成污染,必须对其废水进行处理。该公司原来的处理系统处理效果不佳,不能满足要求,因此对该系统进行了改造。经改造后的系统处理后,其水质达到DB44 /26 - 2001《广东省水污染物排放标准》的一级标准(第二时段) 。
1 废水来源和性质
进入废水处理系统的废水包括生活污水和工业废水,生活污水排放量为约63.2m3/d,连续排放。工业废水包括清洗机废液、机加工冷却废液、清洗废水,其排放量为约49. 95m3/d。清洗机废液主要包括清洗机废液、涂装清洗废水等,排放量为14.4 m3/次,排放周期为10～15日/次。机加工冷却废液主要是切削废液排放量为61. 35 m3 /次,排放周期为15～30日/次。清洗废水主要是地面清洗废水,排放量为约44. 9 m3 /d,连续排放。为掌握废水的水质,委托深圳市环境保护监测站对废水进行水质分析,结果分别见表1和表2。
2 工艺流程的确定
该公司已对废水进行处理,但其废水处理系统存在以下问题: 1、原废水处理设施采用了隔油、油水分离、气浮、破乳、电解、沉淀、砂滤、碳滤等工序,处理流程长,处理流程复杂,处理工序多,许多工序的作用和目的重复。2、缺乏相应的控制工序。如气浮机未设液位控制装置,排渣量无法控制,进水未进行pH值自控,出水的pH值仅为3. 5,呈较强的酸性,而气浮工艺却要求废水应在中性或偏碱性范围内,否则混凝剂在水中的溶解性很强,沉淀性能降低,气浮效果很差,出水浑浊。3、运行成本高。原废水处理设施采用破乳- 电解工艺,由于原废水中的主要污染物带电荷较少,无法直接进行电解,必须加入大量的酸及盐类物质,才能保证电解的顺利进行,因此药品消耗很大。4、操作维护不便。原废水处理设施缺乏相应的自控设备,且由于场地等原因而操作困难,电解设备的电极板消耗快,更换困难。原废水处理系统的效率较低,经测定,当原废水(pH = 6. 01)的CODCr为27653 mg/L时,经该系统处理后,气浮出水的CODCr为1006mg/L (pH =3. 64) ,沉淀池上清液的CODCr为435mg/L (pH = 3. 39) 。可见,该系统的处理效率确实较低。
向废水中投加混凝剂PAC和助凝剂PAM,同时将废水的pH值调节至7. 5～8. 5,可使废水中的油类物质及悬浮物充分沉降。废水经处理后分为三层,下层为沉渣,上层为浮油,中间为清澈透明的水相,处理前后废水中的主要污染物见表3。
从表3可知,即使是浓度很高的废水,采用混凝剂PAC和助凝剂PAM处理后废水中的SS和石油类物质也大大低于排放标准,但其CODCr却高于排放标准。处理后产生的沉淀物的沉降性能较差,适于采用气浮法进行处理。经气浮法处理后的废水中悬浮物的含量很低,导电性差,宜采用操作简单、运行成本低的生化处理方法。同时该公司还有一定量的生活污水需要处理,而生活污水的最适宜处理方法也是生化法,因此可将生活污水和经气浮法处理的工业废水合并处理。合并后的混合废水具有一定的可生化性,但可生化性较差,不宜直接采用好氧生化法处理。作者曾以LK40型生物亲和性组合填料为接触氧化池的填料,采用高效接触氧化工艺成功对印染废水和养猪场废水进行了处理。因此,本设计采用气浮- 水解酸化- 高效接触氧化工艺来处理汽车废水,其工艺流程见图1。
3 主要构筑物
本系统的主要构筑物见表4。
4 结果与讨论
工业废水先进入提升井,经潜水泵提升后进入后续处理设施。工业废水的产生与排放具有一定的冲击性,而后需处理设施则要求废水的水质和水量相对稳定,因此设置调节池来调节废水的水量和水质,同时对废水进行鼓风搅拌,使废水混合均匀。废水中含有大量的油类物质,飘浮于水面上,因此设置油水分离器除去废水表面的浮油,油水分离器的参数为:分离器内水流速度 10min。从油水分离器收集到的浮油根据实际情况进行进一步的处置。油水分离后的废水进入混凝反应罐,向废水中投加混凝剂PAC和助凝剂PAM,同时通过Ph控系统将废水调节至偏碱性,使废水中的悬浮物和油类物质生成絮团,为后续的气浮处理创造条件,混凝反应的时间不少于10min,同时进行机械搅拌,搅拌速度为60 rpm。
经混凝反应后的废水进入气浮机,气浮机包括气浮罐、刮渣机、溶气罐等几个部分,通过溶气罐产生的溶气水将气浮罐内的絮团带至水面,形成浮渣,飘浮于水面上而被刮渣机除去,浮渣进入污泥浓缩池,气浮罐下部清液则进入后续处理设施。
气浮机是本系统的核心设备,其处理效果决定整个处理系统的处理效率,因此选用LKQF - 4气浮机,它是一种先进的废水处理设备,处理量为4m3 /h,具有结构简单、紧凑、占地面积小、投资省、处理成本低等优点,操作方便,适应性强,
可除去水中绝大部分悬浮物、胶体等杂质,并可有效地降低COD。
气浮反应可将密度较小的悬浮物和油类物质除去,但废水中还含有少量密度较大的悬浮物,它们不能通过气浮法除去;同时在高浓度废水进入处理系统时,气浮机的出水水质也会相应变差,因此应对气浮出水进行反应- 沉淀处理。在反应池内鼓风搅拌,并投加可生成密度较大絮团的混凝剂PFS(反应时间> 15min) ;沉淀池内设斜板,沉淀池内产生的沉淀污泥则进入污泥浓缩池。生活污水先进入提升井,经提升后进入后续处理装置。生活污水的产生与排放也具有一定的冲击性,因此也设生活污水调节池,以调节废水的水量和水质,同时对废水进行鼓风搅拌,使其混合均匀。
经物化处理后的工业废水(即沉淀池出水)排入生活污水调节池,两种废水混合后,合并进行生化处理。混合废水进入高效水解酸化池,发生水解反应和酸化反应。水解酸化池采用升流式,内设生物微电解填料。在厌氧微生物的作用下,废水中的有机物会发生厌氧反应。在水解阶段,复杂的、大分子的、不易生物降解的有机物被胞外酶水解为简单的、小分子的、易生物降解的有机物;在酸化阶段,溶解性的有机物由兼性细菌转化为有机酸、醇、醛等;在产乙酸阶段,由产乙酸产氢细菌将前阶段产生的各类简单有机物分解为乙酸、氢和二氧化碳。生物微电解填料对厌氧反应的每个阶段均有很好的强化作用。其次,生物微电解填料可参与到反应中,其自身可发生微电解反应,生成的新生态的活性物质如H+和Fe2 +均具有很高的化学活性,能与废水中许多组分发生氧化还原作用,也可使大分子物质分解为小分子的中间体,使某些难生物降解的有机物和对厌氧微生物有毒害作用的化学物质转变成容易生化处理的物质,提高废水的可生化性。再次,生物微电解填料发生微电解反应,可缓冲废水中pH值的变化,防止pH值过低抑制产甲烷菌的生长,为厌氧反应创造良好的反应条件,促进厌氧微生物的颗粒化,因而该工艺抗冲击负荷的能力很强。最后,生物微电解填料的表面积较大,厌氧微生物附着于填料上,不易流失,可使厌氧池内保持较高的微生物量,保证厌氧处理效率。
经水解酸化后的废水自流进入新型接触氧化池,该池中填充有LK40弹性立体网状填料,它是一种生物亲和性组合填料,表面加工成波纹状,有利于微生物在填料表面的附着与生长。该填料以中心绳、聚烯烃塑料支撑架和弹性丝条组成,丝条以支撑架为中心在水中呈均匀辐射状,有一定的刚性,网片尺寸为250mm ×250mm,网片间距为50mm;其相邻网孔的纵向筋条交错断开,确保网孔具有一定的弹性,以避免脱落的生物膜或泥砂在网片上的沉积;同时网孔均匀且大小适中,从而从根本上克服了一般填料布水、布气不均匀及生物膜的阻塞现象。该组合填料的结构既重视填料的比表面积(决定生物量的大小)对去除效果的影响,又考虑水流在填料中的流态。该填料的网片下面有立筋,既可以增加填料的表面积,又可以加强填料对气泡的多重穿刺、切割能力,提高氧的利用率,对水中大、中型气泡有较好的切割性能,具有一定的重新布水、布气能力;其生物池内孔隙率高,膜接受氧气的能力强,膜的厚度适中,填料内部不会发生厌氧作用,并且容易冲洗干净。该填料处理污染废水时出水水质较好,出水较为清澈,悬浮物含量少。这主要是两个原因造成的,首先,微生物的新陈代谢作用产生一定的粘性分泌物,使水中一些悬浮物和胶体粘结在一起,起吸附架桥作用,形成细小絮体,被生物膜截留;其次,由于水中胶体表面吸附的带负电荷的有机物被消耗,胶体所带电荷减少, x电位降低,胶体失稳,易于发生胶凝。通过附着在填料表面的微生物膜的新陈代谢作用,在好氧状态下将有机物彻底分解为水和二氧化碳。
5 运行成本分析
该系统的运行成本主要包括电费、药品费用。
5. 1 电费
本废水处理系统设备总装机容量为17. 6KW,连续运行设备(包括废水提升泵、投药泵、反应罐搅拌机、加压泵、刮渣泵、鼓风机)的装机容量为9. 1KW,间歇运行设备(包括空气压缩机和板框压滤机的液压油泵)的装机容量为8. 5KW,连续设备以每天运行20hr计,空气压缩机每日实际运行时间以2hr计,板框压滤机液压油泵以每日运行10min计,实际耗电量以装机容量的80%计,电费为0.7元/度,则每日电费为108. 36元。
5. 2 药品费用
本废水处理系统所消耗的药品主要来自处理工业废水过程中向废水中投加的PAC、PAM、PFS、NaOH。PAC的投加量为25Kg/d,单价为2. 5 元/Kg,因此PAC的费用为62. 5元/d。PAM的投佳量为0. 63Kg/d,单价为25 元/Kg,因此PAM的费用为15. 8元/d。PFS的投加量为3. 2Kg/d,单价为1. 1元/Kg,因此PFS的费用为3. 5元/d。NaOH的投加量为12. 7Kg/d,单价为2元/Kg,因此NaOH的费用为25. 4元/d。
由此可知,总药品费用为107. 2元/d。
5. 3 总处理成本
总处理成本为215. 6元/天。
6 本废水处理系统的特点
6. 1 选用高效的处理药剂、高效的处理设备和简捷的工艺流程,处理效果大大好于原废水处理设备。
6. 2 以处理成本低廉的生化工艺代替原废水处理设施的盐析、电解工艺,大大节约了药品消耗量,处理成本大大降低,仅为原处理成本的十几分之一。
6. 3 对整个废水处理系统中最重要的参数Ph值采用自控设备进行控制,有效地提高了处理系统的处理效果,有效地降低了药品消耗。
6. 4 废水经提升后,后续处理工艺均采用重力自流式,节约电耗,简化了操作流程。(龚丽雯，深圳市龙岗区自来水有限公司)
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