預處理—生化—氣浮工藝處理精制棉廢水
0 引言
精制棉是以棉短絨為原料，用氫氧化鈉溶液在高溫高壓作用下，經過蒸煮、次氯酸鈉漂白、驅水、烘干等工序制得[1]。精制棉在生產過程中產生大量的廢水，此廢水呈堿性,COD 值高且含有部分較難生物降解的物質,色度高、成分復雜，屬于難處理高濃度有機廢水[2-3]。精制棉廢水若不加處理直接排放，必會造成對環境的嚴重污染。
1 廢水水質水量
某精制棉生產有限公司在生產過程中產生的大量廢水呈紅褐色，具有有機物含量高、可生化性差、pH 值高、色度高等特點，屬于難生物降解的高濃有機廢水[4]。該廢水處理工程的設計處理流量為2 000m3/d,處理后出水應達到GB 8978—1996 《污水綜合排放標準》中的二級排放標準。設計水質及排放標準見表1。
表1 進水水質及排放標準mg·L-1
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2 處理工藝
在本工程中，由于精制棉廢水中含有大量的棉短絨雜質，屬于木質素類物質，可生化性較差并且色度高，因此該污水處理采用“物化預處理- 生化處理- 深度物化處理”。工藝流程見圖1。
車間廢水由排水管道經格柵后進入集水池，格柵主要去除精制棉廢水中粗大的懸浮物，保證水泵機組及后續處理工藝設施的正常運行。
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圖1 廢水處理工藝流程
廢水由集水池自流到調節池，設計此池體是由于廢水水質水量不穩定，其起到均衡水質水量的作用[5]。
潛水排污泵將廢水由調節池提升至渦流反應器，此設備在很大程度上提高了絮凝效果[6]。設備內投加絮凝劑亞鐵、聚鋁，助凝劑聚丙烯酰胺，同時投加pH 值調節劑。出水進入初沉池，此處水流穩定，渦流反應池產生的大量絮體沉淀下來，對濁度、色度、懸浮物及有機污染物等有明顯的去除效果[7]，出水進入水解酸化池。
在水解酸化池廢水中的難降解的大分子有機物經過水解轉化成單糖、氨基酸、脂肪酸、甘油等易進行生物降解的有機物以及二氧化碳和氫等無機物，這些有機物產物又在產氫產乙酸菌的作用下轉化成氫、二氧化碳和乙酸，從而使廢水的可生化性和降解速度大幅度提高。
好氧池在曝氣充氧的條件下，經一定時間后因好氧性微生物繁殖而形成污泥狀絮凝物，從而具有很強的吸附與氧化有機物的能力，將廢水中有機污染物轉化為簡單的無機物形式。
二沉池起泥水分離的作用。使接觸氧化池出水進行快速的泥水分離，剩余污泥進入濃縮池，部分污泥回流至好氧池。
二沉池出水進入氣浮池，氣浮池采用高效加壓溶氣氣浮法，產生大量直徑約40 μm 的細微氣泡，氣泡在粘附在被去除的微小污染物上，因粘合體密度小于水而上浮到水面形成浮渣，從而使廢水中SS，COD 等污染物被進一步去除。
污泥濃縮池污泥經過初步的重力濃縮后由螺桿泵打入壓濾機進行污泥的進一步脫水，經壓濾機后含水率為70% ~ 80%的相對干污泥外運進行處理。
3 主要構筑物及設備
本廢水處理工程主要構筑物及設備情況如下：
（1）集水池：1 座，鋼混，尺寸為3.6 m× 3.5 m ×3.5 m。內置格柵1 套。
（2）調節池：1 座，鋼混，尺寸為12.0 m× 10.5 m× 6.0 m，HRT 約為8 h。內設提升泵2 臺（1 用1備），流量100 m3/h，流量計1 臺，液位控制計1 套。
（3）渦流反應器：2 臺，碳鋼防腐，尺寸為6.0 m× 3.0 m × 2.5 m，配備相應的加藥罐5 臺和加藥泵5 臺。
（4）初沉池：1 座，鋼混，尺寸為8.0 m× 6.0 m ×4.5 m。
（5）水解酸化池：1 座，鋼混，尺寸為15.0 m×11.0 m× 4.5 m，HRT 為8 h。
（6）好氧池：1 座，鋼混，尺寸為15.0 m× 12.0 m× 4.5 m，HRT 為9 h，內設曝氣頭520 套，配備羅茨風機2 臺（1 用1 備），單機風量34.4 m3/min。
（7）二沉池：1 座，鋼混，尺寸為8.0 m× 6.0 m ×4.5 m。
（8）氣浮池：1 座，鋼混，尺寸為6.0 m× 3.0 m ×2.5 m，其主要設備刮渣機1 臺，溶氣水泵1 臺，溶氣釋放器16 套，并與渦流反應器共用1 套加藥設施。
（9）污泥濃縮池：1 座，鋼混，尺寸為5.0 m× 4.0m × 4.5 m，主要設備有污泥泵2 臺（1 用1 備），功率0.75 kW，帶式壓濾機1 臺，功率為1.73 kW。
4 調試運行
4.1 渦流反應器的調試運行
渦流反應器主要投加絮凝劑亞鐵、聚鋁，助凝劑聚丙烯酰胺。藥劑配置時應向藥罐中先注滿水（液位至加藥罐頂部20 cm處即可），再開啟藥劑攪拌裝置，最后加入藥劑，至藥劑完全溶解后打開加藥泵閥門把藥劑加入到渦流反應器中。根據多次小試實驗結果：亞鐵、聚鋁及PAM 的加藥量分別為4.5，1.5，0.01 g/L 時，能獲得最佳的處理效果。現場調試的具體過程中，以小試的實驗數據為依據，并根據水質的具體情況確定最佳投藥量，保證最好的物化效果，即具有形成礬花絮體大、生長速度快、沉淀速度快等特點[8]。操作人員應定時查看渦流反應器藥劑投加及反應情況，確保效果穩定。
4.2 水解酸化池和好氧池調試運行
生化處理部分，污泥馴化是關鍵，污泥馴化控制因素主要有：水溫、pH 值、DO、營養物質等[9-10]。
水解酸化池接種污泥取自生活污水處理廠的消化污泥，污泥接種量不少于進水水量的10%左右，不大于池容的60%。水溫控制在30 ℃左右，pH 值6.5～ 8.0 之間，DO 質量濃度控制在0.2 ～ 0.5 mg/L 之間，營養物質比例宜為ρ(BOD5): ρ(N): ρ(P) = 200 ∶ 5 ∶1，若調試過程中碳源不足可投加葡萄糖，氮源不足可投加尿素、硫酸銨等；磷源不足可投加磷酸鉀、磷酸鈉等。進水負荷不能過高，適量進水待微生物適應鞏固后再繼續增加生產廢水進水量，且每次增加不超過10 ～ 20％，缺氧污泥的培養需逐步進行，需要較長的時間，一般為1 ～ 2 個月。
好氧池接種污泥取自生活污水處理廠的活性污泥（若條件不允許，也可用消化污泥，增大曝氣量與曝氣時間，馴化周期相對較長），污泥接種量不少于水量的5%。水溫控制在20 ～30 ℃之間，pH 值6.5～ 8.5，ρ(DO)控制在3.0 mg/L 左右，正常狀態下監測好氧池出水口ρ(DO)為2.0 mg/L，污泥沉降比控制在30%，營養物質比例宜為ρ(BOD5): ρ(N): ρ(P) = 100 ∶5 ∶ 1，并且應保證ρ(BOD5): ρ(COD) ＞ 0.3。污泥回流泵的啟閉根據好氧池出水情況來確定。
4.3 氣浮
溶氣水泵正式開啟之前，用空氣對其管路進行徹底吹掃，防止管路內焊渣等雜質堵塞釋放器。氣浮池投加藥劑為PAC 和PAM，根據反應區的絮凝狀況是否良好，絮體是否密實來確定投藥量。觀察溶氣效果，控制好氣水比，空氣量太小水面上沒有那種乳白色的狀態出現；空氣量太大未溶解的空氣會直接冒出，釋放器上方會冒大氣泡，空氣量是否合適直接影響到氣浮池的處理效果。要間歇刮渣，待出水稍混濁或浮渣積厚了再刮渣，這樣排出的渣含水率低，便于后續污泥處理。
5 運行效果
經過調試運行，該工程經當地環保部門監測、驗收達標，檢測結果見表2。該污水處理系統，處理效果良好，出水水質穩定，各項指標均已達到GB8978—1996 《污水綜合排放標準》中的二級排放標準，處理效果達到設計要求。
表2 監測結果mg·L-1
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注：表中所列數值為多次測得的平均值。
6 主要經濟指標與環境效益
該精制棉生產有限公司廢水處理系統總裝機功率113.98 kW，運行功率48.93 kW，由于部分設備是間歇運行，日耗電量為704.6 kWh。電費以0.6 元/kWh 計，處理噸水所需電費0.2 元；所需投加的藥劑為聚鋁、聚丙烯酰胺、亞鐵及pH 值調節劑，噸水藥劑費用0.78 元；需操作人員3 名，每人每月1 000元，噸水人工費0.05 元；廢水處理系統日常運行噸水處理費為1.03 元。
精制棉廢水經處理達標后，其主要污染物COD年消減量為816.14 t，BOD 年消減量為419.75 t，環境效益顯而易見。
7 結論
（1）采用混凝- 沉淀- 水解酸化- 好氧- 氣浮工藝處理該精制棉廢水，處理效果良好，出水水質穩定，各項指標能達到GB 8978—1996 《污水綜合排放標準》中的二級排放標準。
（2）此處理工藝具有處理效果良好、操作控制簡單、運行成本低等優點，并且具有明顯的環境效益、經濟效益及社會效益，在節能減排方面亦具有顯著的貢獻。
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作者簡介：劉曉霞（1981-），女，天津人，碩士，工程師，從事生活污水、工業廢水治理.
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