郑州上街区某微粉有限公司是一家以再生能源回收利用,碳化硅磨料行业微粉加工、销售于一体的大型集团化企业。其在生产加工过程中,产生大量的微粉加工废水,废水中含有大量的强酸、强碱、COD、BOD、氟化物和悬浮物等^[1] 。

　　 本厂原工艺为集水池-初沉池-水解酸化池-接触氧化池-二沉池,出水能够达到《污水综合排放标准》(GB 8978-1996)三级排放标准,然而新排放标准的实行使得原工艺处理出水水质无法达标,与此同时原工艺的问题也日益明显:生产规模的扩大化使得处理废水量增加,同时中和酸、碱水所用药剂成本增大但进水pH仍不稳定,进水含氟量高和SS高使得后续生物处理中生物活性降低。

　　 废水处理设计值为:Q=2 000m³/d,平均处理最大量为85 m³/h。针对以前所出现的问题,对原工艺进行改进并运行调试。

　　 图1工艺流程

　　 废水处理工艺采用综合调节池-预沉淀池-超效浅层气浮物化处理系统-厌氧-生物接触氧化-沉淀-生物过滤的处理工艺。酸水经分流处理后进入碱水综合,再进入工艺气浮机处理系统,见图1。

　　 多晶硅微粉加工生产废水,其排出的废水水量和水质变化幅度都很大,一日之内甚至在班产之间都可能有很大的变化,过大的变化不利于废水处理设施、设备的正常运行和处理效果的保证。由于新增的气浮机单元对水质、水量和冲击负荷较为敏感,因此废水在进入主要废水处理系统前,设置废水调节池,以保证废水处理设备和设施的正常运行。

　　 本厂废水调节池的容量按24h的水力停留时间设置,有效容积为2 000m³。

　　 本工程工业废水的水质情况复杂多变,含有大量影响生物处理系统运行的无机物,如氟离子等,若不去除会对活性污泥造成影响。除氟系统为在絮凝反应器中投加铝盐(AC),铝盐相比于聚铝,不仅发挥了吸附、离子交换的作用,同时还存在络合沉淀的作用,在pH=6.6时氟离子去除效果最佳^[2] ,待充分混凝后通过气浮去除氟离子。

　　 气浮是微粉行业加工废水治理工程的一种高效去除SS的技术。当废水中含有较多的悬浮物,难以用传统的沉淀法去除时,宜采用气浮工艺。溶气罐里的水在0.6MPa的压力下停留10~15s,使得空气大量溶解到水中,溶气效率可达99.9%以上。

　　 本超效浅层气浮机采用浅池理论、零速度原理^[3] 设计,停留时间为5min,表面负荷为10.9m³/(m²·h),池深800 mm,出渣含固率为3%~5%,悬浮物去除率为98%。选用CQF8100超效污水处理机系统,主机行走电机功率为0.75kW。

　　 厌氧池设计进水水质见表2。

　　 厌氧处理方法,通过投加厌氧菌,加大停留时间,发生厌氧反应,使得大分子有机物降解为小分子有机物,提高了废水的可生化性,为后续好氧处理的高效运行打下良好基础。

　　 厌氧池1座,为25~35℃中温厌氧,设计流量85m³/h,有效容积2 198m³,尺寸20 000×7 000,有效水深6.5m,填料1 600m³,设计水力停留时间24h,污泥负荷2~8kgCOD/(m³·d)。

　　 生物接触氧化法其特点在于在池内设置填料,池底曝气,填料上的生物膜由于水流以及曝气的冲刷不断脱落、更新,使得微生物可以保持较高的活性。设计DO为2.0~4.0mg/L,以活性污泥为载体,活性污泥浓度为3.0~4.0g/L。

　　 生物接触氧化池1座,供气采用SSR型三叶罗茨鼓风机,设计流量85m³/h,水力停留时间24h,有效容积2 198m³,池体尺寸20 000×7 000,激光微孔曝气器1 500套,SSR型三叶罗茨鼓风机3台(2用1备),风量25m³/min,风压7.5m,功率45kW。

　　 二沉池为2座竖流式沉淀池,设计流量85m³/h,水力停留时间4h,尺寸8 000×7 000,有效容积352m³。

　　 生物滤塔是利用生物膜法处理污水的一种构筑物,生物滤料及微生物不需更换,在较高的水力负荷下表层生物膜不断脱落并更新,有利于生物的代谢和有机物的去除,滤塔只需定期进行反冲洗,以去除截留的悬浮物和胶体物。生物滤塔采用虹吸反冲洗,无需动力设备,每次反冲洗时间为3~5 min。生物滤塔1座,设计流量85 m³/h,水力负荷102m³/(m²·d),尺寸5 000×6 000。

　　 该微粉废水处理项目所产生的废水含有车间酸水、碱水,其pH见表3。

　　 在车间酸水、碱水两种原水进入生化处理系统前,首先对两种废水进行充分混合,以起到一定的中和作用,然后再投以适量的中和剂,这样可以充分利用原有资源,减少运行费用。

　　 当遇到废水pH波动较大且长时间(超过2h)的冲击时,可以通过增加二沉池污泥回流的方法,使原水得到稀释,从而可以减小pH的波动对系统的冲击和危害。

　　 本工程采用投加铝盐(AC),并通过气浮去除氟离子。氟离子的去除数据如表4所示。

　　 由表4可知,原废水氟离子含量为400~1 200mg/L,通过加药气浮处理,氟离子的去除率可达98%以上。在处理前,原废水的B/C最高也只达到0.1,这对后面的生物处理系统是十分不利的。通过对氟离子的去除,在提高原废水B/C(0.31~0.43)的同时,也避免了活性污泥的无机化,保证了污泥的代谢活性。

　　 活性污泥在不同浓度下对溶解氧量有着不同的需求,当活性污泥浓度较低时,过度曝气会导致溶解氧含量过高,使得活性污泥出现自身氧化现象。同样高活性污泥浓度对溶解氧的需求很高,不加控制的将活性污泥浓度升高,会出现供氧不足,导致污泥老化。

　　 本厂在污泥培养初期调试中,保证了充足的曝气量,从而保证接种污泥正常的代谢。在污泥培养初期,始终保证曝气池内溶解氧保持在较高的范围内(8.0~10.0 mg/L),以确保污泥的正常增殖^[4] ;随着污泥的增殖、生长,当COD去除率稳定在90%以上时开始逐步减小曝气量,因为此时的活性污泥已经基本稳定,只需要适当的曝气便可保证其正常的代谢,好氧池污泥培养参数见表5。

　　 通过表5这组数据,可以看到溶解氧已经基本降低到4mg/L以下,同时COD的去除率也基本保持在90%以上。目前运行中DO保持在2.5~4.0mg/L。

　　 营养物的投加理论上是需要进行计算而得的(按C∶N∶P=100∶5∶1),但是实际上往往是不准确的,尤其是工业高浓度有机废水,由于其水质水量的复杂多变,则需要根据实际运行情况作出调整。表6为本厂生物接触氧化池营养元素(N、P)投加的调试。

　　 根据表6可以看出,7月18日氮磷投加量最少,COD去除率明显低于其他投量,并出现了污泥解絮,菌胶团细小的现象^[5] ;7月24日氮磷投加量最大,可COD去除率并没有明显提升,而且过量投加使出水氮磷超标。根据30d实际运行调试结果,C∶N∶P的最优投加配比为(120~150)∶(5~7)∶1。

　　 通过调试,本工程自正式投产至今运行效果良好,各处理单元均能达到设计水质目标,10天(20150801~20150810)的检测数据显示,水质达标效果稳定,进、出水水质如表7所示。

　　 本厂运行费用主要包括人工费、药剂费、电费。

　　 (1)本项目电力装机总容量为300kW·h,工作容量为155kW·h,实用有效功率为155kW·h,电力消耗成本1.116元/m³。

　　 (2)人员工资成本:0.325元/m³。

　　 (3)药剂处理成本:经现场小型工艺对照性试验,药剂成本1.61元/m³。

　　 所以,整体项目物化和生化处理工艺直接运行成本为3.051元/m³,与传统光伏废水处理工艺运行成本^[6] 相比便宜了35%左右。

　　 本工程应用了一套高效物理-化学法组合新工艺,酸、碱废水在各自预处理后合流中和进入超效浅层气浮物化处理系统-厌氧-生物接触氧化-沉淀-生物过滤的处理工艺。经过对整个工艺近两个月的调试,达到设计出水水质目标,构筑物长期运行效果良好且稳定,此工艺为处理其他微粉加工废水提供了技术参考。