PVA印染废水IC芬顿二级处理初设专项方案.docx

PVA印染废水处理项目
技术方案

第一章 设计背景
1 概述
1.1 项目概述
项目名称：PVA印染废水处理项目
1.2 退浆废水特点
退浆废水关键是印染厂里产生一个废水，其水量较小，污染物浓度高，关键含有浆料及其分解物、纤维屑、酸、淀粉碱和酶类污染物，浊度大。废水呈碱性，pH值为12左右。用淀粉浆料时BOD、COD均高，可生化性很好；用合成浆料时COD很高，BOD小于5mg/L，水可生化性较差。
依据和厂家沟通交流，织物上浆工艺生产过程中采取浆料为聚乙烯醇(PVA)，PVA呈白色、无臭、无味纤维状结晶粉末，比重为1.31～1.34，现在中国外PVA聚合度在200～4000 之间，因为PVA 带有很多羟基，是一个亲水性高分子化合物，易溶于水。
退浆废水处理起来难度很大，在环境中大量积累，使被污染水体表面泡沫增多，粘度加大，影响好气微生物活动，带来严重环境保护问题。
1.3 项目建设思绪
企业生产步骤产生两类废水，印染废水产生量为吨/天，COD浓度在1000mg/l左右，退浆废水产生量为300吨/天，COD浓度在30000mg/l左右。
现在企业拥有一套完整污水处理系统，能够满足印染废水吨/天废水处理达标排放，不过剩下300吨/天高污染废水仅经过IC塔处理后加药并不能满足排放要求，需要深入改造后排入园区污水处理厂。
本工程建设在现有IC塔后进行，尽可能利用现有土地和构筑物。

2 工程设计依据、标准和范围
2.1 项目规模
工程建设规模：污水处理规模为300m3/d.。
2.2 设计依据
2.2.1依据业主提供水质化验情况以下：
COD
NH3-N
TP
TN
32500
72.5
8.2
114.6
注：单位外为mg/L
2.2.2污染物排放标准
经和业主方沟通，本项目出水达成当地污水厂纳网标准即可，以下：
COD
NH3-N
TP
TN
≤200
≤20
≤？
≤?
注：除PH无单位外，其它为mg/L
2.1.3设计标准及规范
本污水处理项目标设计、施工和安装必需实施国家专业技术规范和标准。
表3 设计标准及规范
序号
标准号
标准名称
1
GB50335-
《工业企业总平面设计规范》
2
DLGJ158-
《钢制平台扶梯设计规范》
3
GB150-1998
《钢制压力容器》
4
GBJ50014-
《室外排水设计规范》
5
GBJ50013-
《室外给水设计规范》
6
GB50335-
《污水再生利用工程设计规范》
7
GBJ50015-
《建筑给水排水设计规范》
8
GB50332-
《给水排水工程管道结构设计规范》
9
JGJ/16-
《民用建筑电气设计规范》
10
GB50068-
《建筑结构可靠度设计统一标准》
11
GB50046-
《工业建筑防腐设计设计规范》
12
CJJ31-89
《城市污水处理厂隶属建筑结构设计规范》
13
GB50108-
《地下工程防水技术规范》
14
GB50087-
《工业企业噪声控制设计规范》
2.3 设计标准
（1） 严格遵守国家相关环境保护法律法规和技术政策，确保各项出水指标均达成排放水质要求；
（2） 为了实现污水处理站高效稳定运行和节省运行费用、工程投资目标，将依据以下标准对污水处理工艺进行方案比较和选择。
（3） 安全、高效、经济、能稳定达标；
（4） 能耐冲击，符合进水水质波动较大特点；
（5） 依据进水水质、水量和受纳水体环境容量，综合考虑污水处理厂实际情况，选择处理效果好，含有低能耗、低运行费、低基建费、操作管理方便、工艺成熟污水处理。
（6） 污水处理方案必需占地面积小，能有效地降低对周围环境影响。
（7） 结合实际情况，发挥工艺优势，合理利用资源和空间，尽可能降低投资和占地面积；
（8） 为未来污水站升级深度处理做充足考虑。

第二章 印染废水处理系统
针对PVA印染废水实际情况，本工程在充足考虑了全部可能使用工艺后，依据原水水质、出水要求和未来环境保护方向、业主方实际要求，做出最适合业主选择。
1 工艺选择
1.1 物化法
1、膜分离技术
膜分离技术经过对废水中污染物分离、浓缩、回收达成净化污水目标，关键有微滤、超滤、纳滤和反渗透。膜分离法含有节能、无相变、操作简便、设备简单等优点，且能回收可再利用物质，已被证实在印染废水处理方面是切实可行。
退浆废水中PVA 浆料若能回收利用，可节省资源和成本，发明经济效益，还能减轻废水处理难度和降低排放量。微滤和超滤是基于筛分机理进行分离，能够截留退浆废水中悬浮粒子和大分子，但对水中离子起不到分离效果。在超滤过程中，液体在压力推进下流经膜表面，小于膜孔小分子溶质及水透过水膜成为净化液，PVA 等大于膜孔物质被截留，以浓缩液形式排出，调整PVA 浓缩液至适宜浓度后可重新用于退浆，净化液也可回用于退浆。
膜分离技术是一个清洁生产技术，含有很好环境和经济效益，但中国膜技术应用水平和世界优异水平还有差距，急需开发高效分离膜和大型膜组器件。现在多种膜性能尚不稳定，膜孔易堵塞，膜系统成本高，使用寿命短。故怎样选择适宜膜、提升膜性能、控制膜污染并降低成本是此法被广泛推行关键。
2、高级氧化技术
高级氧化技术简称AOPs，其原理是利用电、光辐射、催化剂等在反应中产生活性极强自由基(如羟基自由基•OH)，经过自由基和有机化合物之间加成、替换、电子转移、断键等，使水体中大分子难降解有机物氧化降解成低毒或无毒小分子物质，甚至直接降解成CO2 和H2O，靠近完全矿化，从而使有机污水CODCr 值大大降低，其对水中高稳定性、难降解有机污染物尤为有效。高级氧化技术关键包含光催化氧化法、Fenton 类氧化法、超临界水氧化法等现已逐步成为水处理技术研究热点。
（1）Fenton 类氧化法
Fenton 试剂由亚铁盐和H2O2组成，在酸性条件下、Fe2+催化作用下，H2O2分解产生•OH，•OH直接和废水中污染物反应，将其降解为CO2、H2O 和无害物。因为H2O2分解机理和Fenton 试剂相同，故把UV+H2O2、UV+Fe2++ H2O2、H2O2+Fe2++O3、H2O2+UV+O3、H2O2+Fe2++UV+O3等统称为类Fenton 试剂。

依据工程经验，纺织印染废水和造纸废水能够不调酸直接进行芬顿法处理而达成很好处理效果。
用芬顿试剂处理废水特点，一是反应开启快，反应在酸性环境中，常温常压，条件温和；二是不需要设计复杂反应系统，设备简单、能耗小。芬顿试剂氧化性强，反应过程中能够将污染物根当地无害化，而且氧化剂H2O2参与反应后剩下物能够自行分解掉，不留残余，同时也是良好絮凝剂，效果好。
（2）超临界水氧化法
超临界水氧化法(SCWO)利用水在超临界状态下(374.3 ℃，临界压力22.05 MPa)特征，使有机污染物和氧化剂(空气、纯O2和过氧化氢等)在超临界水中发生均相氧化反应，从而将其去除。
SCWO 含有去除污染物根本、出水直接回用及以固体形式回收无机盐等优点，但对于退浆废水来说，处理成本太高，难以普遍推广。
（3）光催化氧化法
光催化氧化法利用光照产生能量，促进催化剂或氧化物发生能级跃迁，由此产生自由基或空轨道含有强氧化性，可和废水中有机污染物发生反应而达成去除污染物目标。
光催化氧化法含有反应快、效果好等优点，不过紫外光衰减快，催化剂流失量大。所以，开发应用化学性质稳定、廉价、无毒光催化剂是其技术关键。
（4）电化学法
电化学法是直接或间接利用电解作用，把水中污染物质去除或转化为无毒、低毒物质。电化学氧化含有污染物降解根本，和其它方法兼容性好，易于控制等优点，但能耗和设备成本较高，限制了其推广。
1.2 生化法
1、高效降解菌法
伴随退浆废水中化学浆料数量和种类不停增加，其可生化性越来越差。故选育和培养高效降解PVA菌株或菌群成为关键研究方向。到现在为止，仅有Pseudomonas O-3 和Pseud omonas vesicularis var -povalolyticul PH能够单独降解它们各自筛选培养基中PVA。研究者认为要靠单一微生物实现对PVA 根本降解是很困难，只有经过驯化混合菌群才能达成对这种高聚物根本降解，而PVA 不根本降解会造成PVA 降解酶提取困难。因为当PVA 存在时，在提取过程中残余PVA 会和蛋白质形成一个乳白色凝胶状物质，使PVA 降解酶无法提取。PVA 降解酶产生菌种类不多，且培养周期长，酶活性不高，再加上提取不易，阻碍了PVA 降解酶在实际生产中利用。
2、厌氧/好氧生化法
因分离、驯化高效降解菌降解PVA 路径及生化机理尚需深入研究，现在在实际处理含PVA 退浆废水中较多采取厌氧(水解酸化)、好氧生物技术或厌氧好氧联用。厌氧水解酸化使废水中包含PVA 在内大分子和难降解有机物断链，并被细菌胞外酶分解为小分子有机物。在实际处理工艺中，悬浮和胶体状难降解有机物水解成可溶性物质，提升了可生化性，从而提升了后续好氧处理效果和整个生物处理系统对PVA 等难降解有机物去除效率。厌氧好氧生化法即使对PVA 废水整体COD 去除率可达80%以上，且投入和运行费用较低，但占地面积较大，需深入研究。
本工程经过IC塔处理完成废水，B/C大约在0.18左右，属于难生化废水，需要深入处理后方可进行生化。
5.3、二段厌氧和芬顿法比较
经过本企业对取回水样化验和内部试验。试验条件下进行二段厌氧和芬顿法去除率数据比较以下：

COD
氨氮
B/C
IC出水
20475
54.38
0.162
二段厌氧
12466
36.20
0.224
二段厌氧去除率
39.1%
33.4%

芬顿法
8350
47.06
0.276
芬顿法去除率
59.2%
15.5%

经过上表能够看出，针对这类污水，芬顿法COD去除效果好于二段厌氧法，而且能够提升B/C到0.276，效果也好于二段厌氧法。
不过芬顿法氨氮去除效果较差，而且会带入盐分，依据试验数据，盐分由1200mg/l增加到1900mg/l，对生化处理没有太大影响。
需要指出是，因为原料原因，芬顿法在后期调碱过程中会产生泡沫，需要进行消泡处理。
即使是采取二段厌氧法处理，在生化曝气过程中也会产生大量泡沫，仍然需要进行消泡处理。

2 废水处理步骤
经过技术考察和工程经验和试验结果分析，本项目升级改造后污水处理工艺步骤图以下：

2.1 废水处理步骤说明
车间来水经过格栅拦截杂质后流入调整池，废水经过泵提升进入IC反应器中进行完全厌氧反应，废水在IC反应器中分别经过混合区、第1厌氧区、第2厌氧区、沉淀区和气液分离区，将部分污染物转化为甲烷等气体排出，并能够提升废水可生化性。IC出水进入IC沉淀池，在沉淀池进行固液分离，污泥进入污泥浓缩池，上清液进入下一步处理系统。
以上为现有污水处理系统内容，以下为升级改造新增部分。
IC塔出水上清液经过泵作用打入芬顿反应器，经过Fe2+和H2O2d共同作用产生·OH，经过·OH超强氧化作用对废水中大分子有机物进行断链、破环处理，深入提升废水B/C。芬顿出水进入稳定池，完全释放未反应H2O2并排泥。稳定池出水进入AO生化系统进行脱氮除磷、去除COD等污染物后排放二沉池，在二沉池进行泥水分离，上清液经絮凝沉淀后进入三沉池然后达标排入市政污水管网，进入园区污水处理厂。
IC沉淀池、芬顿稳定池和二沉池、三沉池产生污泥均排入污泥浓缩池，污泥进行调理后经过叠螺污泥脱水机或板框压滤机处理后外运。

3 参数确定
3.1 芬顿反应器
作用：去除部分有机污染物，并提升污水B/C。
结构形式：整体设备，碳钢防腐
设备尺寸：D×H=Φ3.0×6.0m
停留时间：HRT=120min
有效容积：V有=40m3
配套设备：
1、FeSO4溶药储药一体化设备
2、H2O2储药罐（也能够用吨桶）
3、FeSO4加药计量泵
4、H2O2加药计量泵
5、管道混合器
6、PAM溶药系统
7、PAM加药螺杆泵
8、NaOH储药罐
9、NaOH加药计量泵
10、中和反应搅拌罐
11、pH在线监测仪表、流量计等
3.2 芬顿稳定池
作用：用于释放未反应完全H2O2并沉淀铁泥等。
结构形式：地上钢混结构
池体尺寸：L×B×H= 6.0×6.0×2.4 m(+4.0m泥斗)
表面负荷：q=0.35m3/m2·h
有效容积：V有=72m3
泥斗容积：V泥=48m3
配套设备：
1、排泥泵
2、消泡系统
3.3 厌氧池
作用：作为AO工艺A部分，进行脱氮除磷。
结构形式：半地上钢混结构
池体尺寸：L×B×H=7.0×15.0×5.0m
有效容积：V有=450m3
停留时间：HRT=1.5d
配套设备：
1、潜水推流器 2台
3.4 好氧池
作用：作为AO工艺O部分，进行有机污染物去除。
结构形式：半地上钢混结构
池体尺寸：第一廊道：L×B×H= 7.0×11.0×4.5m
第二廊道：L×B×H= 8.0×36.0×4.5m
第三廊道：L×B×H= 7.0×36.0×4.5m
有效容积：V有=2400m3
停留时间：HRT=10d
配套设备：
1、潜水推流器 2台
2、旋混曝气器 600组
3、鼓风机 2台
4、消泡系统
5、布气系统
6、硝化液内循环系统
3.5 二沉池
作用：泥水分离。
结构形式：半地上钢混结构
池体尺寸： L×B×H= 6.0×12.0×2.4 m(+4.0m泥斗)
有效容积：V有=144m3
容积负荷：q=0.17m3/m2·h
配套设备：
1、污泥回流系统
2、排泥系统
3.6 三沉池
作用：泥水分离。
结构形式：半地上钢混结构
池体尺寸：L×B×H= 6.0×6.0×2.4 m(+4.0m泥斗)
有效容积：V有=72m3
容积负荷：q=0.35m3/m2·h
配套设备：
1、絮凝加药系统
2、排泥系统
3.7 污泥浓缩及污泥脱水系统
利用现有

4 各构筑物去除效果
序号
处理单元
项目
关键污染物（mg/l）
COD
氨氮
TP
TN
1
IC塔
进水
32500
72.5
18.2
114.6
出水
20475
54.38
16.65
86.5
去除率
37%
25%
8.5%
24.5%
2
芬顿
进水
20475
54.38
16.65
86.5
出水
8350
47.06
10
68.4
去除率
59.2%
15.5%
40%
21%
3
AO
进水
8350
47.06
10
68.4
出水
186
15.2
2.67
18.5
去除率
97.8%
67.7%
73.3%
73%
4
混凝沉淀
进水
186
15.2
2.67
18.5
出水
172
12.4
0.5
15
去除率
7.5%
18.5%
81%
19%
5
总去除率
99.4%
82.9%
97.3%
86.9%

5 工程投资估算
6 运行费用
设备能耗一览表

（1）电费：日总耗电量为1675.2kwh，运行功率系数为0.85，则吨水耗电量为4.75kwh，电费按0.6元/kwh计算，则吨水电费约为2.84元。

（2）药剂用量：
碱液投加量为0.2吨/天，30%浓度碱液价钱为600元/吨；
H2O2投加量为0.12吨/天，27.5%浓度H202价钱为1500元/吨；
FeSO4投加量为0.06吨/天，固体FeSO4价钱为1300元/吨；
PAM投加量为20ppm，固体阴离子PAM价钱为1元/吨；
PAC投加量为100ppm，固体PAC价钱为元/吨；
则药剂投加成本约为2.70元/吨·水。

则吨水运行成本总费用为：2.84+2.70=5.54元/吨