水解酸化 外循环UASB工艺在化纤废水处理中的应用.pdf

第49卷 第 8 期2023 年 8 月Vol.49 No.8Aug.,2023水处理技术水处理技术TECHNOLOGY OF WATER TREATMENT水解酸化水解酸化+外循环外循环UASB工艺在工艺在化纤废水处理中的应用化纤废水处理中的应用朱艳臣，黄珠慧，王久龙，周刚，陶炳池，蒋琪（浙江省环境工程有限公司，浙江 杭州 310012）摘摘 要要:针对化纤生产废水的特性，采用“水解酸化+外循环UASB+AO工艺进行处理。实际运行结果表明，工艺运行效果稳定，出水水质满足 城市污水再生利用 工业用水水质（GB/T 199232005）中循环冷却水补充水水质要求。关键词关键词:化纤废水;水解酸化;UASB;应用开放科学开放科学（资源服务资源服务）标识码标识码（OSID）:中图分类号中图分类号:X783.4 文献标识码文献标识码:B 文章编号文章编号:10003770(2023)08-0153-0041 工程概况工程概况浙江省某化纤有限公司主要从事环保功能性聚酯纤维的开发、生产和销售，具备年产50万吨差别化功能性聚酯的生产能力。其厂区废水产生点主要分为3类：聚酯生产工艺过程中酯化废水经汽提塔后产生的高浓度生产废水；纺丝车间油剂调配槽在调配后清洗产生的油剂废水，设备组件、过滤器及车间地面等清洗废水、厂区员工生活污水等低浓度废水；厂区车间动力站产生的循环水排污水、厂区初期雨水、冷却塔冷却系统产生的排污水等清洁废水。1.1废水特点废水特点该工程废水特点为：COD高，废水中含有未反应完全的以精对苯二甲酸（PTA）、乙二醇（EG）及聚对苯二甲酸乙二酯（PET）等1。废水中N、P等营养物质不足2，不利于维持微生物生长、繁殖；聚酯生产工艺段产生的酯化废水COD高、波动较大，废水呈酸性；纺丝车间生产工艺段产生的各种低浓度废水呈间歇性排放，水量波动较大、污染物浓度不均匀，且废水呈酸性居多；厂区产生的清洁废水排放水量较大，污染物浓度较低。1.2设计水量及进设计水量及进、出水水质出水水质经过对该厂生产工艺废水排放点及排放规律的调研分析，最终确定本工程的设计水量：高浓度生产废水为 240 m3/d，低浓度废水为 1 260 m3/d，清洁废水为1 500 m3/d，并根据废水性质在厂区内进行分类收集。本工程设计进、出水水质见表1，废水处理出水达到 城镇污水处理厂污染物排放标准（GB 189182002）中的一级A标及 城市污水再生利用工业用水水质（GB/T 199232005）中循环冷却水补充水水质要求。2 工艺流程工艺流程废水处理工艺流程见图1。聚酯废水经车间管道由泵输送至聚混池，聚混池内设置搅拌装置，均质均量，保护后续处理设施。通过计量泵向检测池和聚混池内投加液碱和氮、磷等营养物质，调节废水的pH和营养物质比例，同时通入蒸汽提高进水温度，然后自流进入酸化池。在水解酸化池中，经过潜水搅拌机的搅拌作用，在产酸菌的作用下将废水中所含的大分子有机物分解为小分子有机物，提高废水的可生化性，降低后续厌氧处理的难度，提高其处理表1设计进、出水水质Tab.1Design influent and effluent quality项目进水出水类型高浓度生产废水低浓度废水清洁废水/CODCr/（mg L-1）6 0001 00050050（SS）/（mg L-1）15030010010pH3546696.58.5DOI:10.16796/ki.10003770.2023.08.030收稿日期：2022-05-18作者简介：朱艳臣（1992），男，硕士，工程师，主要从事污水处理研究和设计工作；电子邮件：153第 49 卷 第 8 期水处理技术水处理技术的效率。水解酸化池内设置加热盘管，废水经加热达到厌氧所需温度并经pH调整后进入厌氧反应器。外循环UASB反应器内设置侧向旋流布水器，充分保障进水均匀布流于UASB反应器圆形横截面；通过设置内循环系统，保证反应器内泥水上升流速并使得反应器内污泥与进水充分混合；厌氧反应器出水自流进入厌氧沉淀池，沉淀池上清液自流至综合废水调节池；厌氧沉淀池污泥通过污泥泵分别回流至水解酸化池和UASB反应器内，剩余污泥至污泥贮池。低浓度废水经低浓度废水调节后，提升到气浮装置，经气浮处理后，与厌氧处理后的聚酯废水一起自流入综合调节池，综合调节池中设蒸汽管伴热，控制废水温度，使后续生化处理处于合适的温度条件，以提高处理效果。综合调节池出水由泵提升至活性污泥池，在活性污泥池内设置穿孔曝气管曝气，去除废水中所含的有机物3。活性污泥池出水自流进入一沉池，一沉池污泥部分回流，剩余污泥泵至污泥贮池；一沉池清液自流进入后端兼氧-接触氧化池。循环旁滤反洗水与一沉池出水一道进入兼氧-接触氧化池，兼氧-接触氧化池中兼氧段设置潜水搅拌器使得泥水充分混合而后进入接触氧化池，接触氧化池内悬挂组合填料以在低营养水平下保障池内生物量，接触氧化池出水自流至斜管二沉池，泥水分离后的水进入后续气浮装置，污泥部分回流至兼氧池，部分以剩余污泥形式排入污泥贮池。自斜管二沉池的来水在气浮池进水端通过投加PAC和PAM絮凝并泥水分离后去除废水中所含非溶解性有机物及部分悬浮物，出水自流进入中水回用池以备陶粒和活性炭过滤，浮渣自流进入污泥贮池。气浮出水经中水回用池提升泵依次经过陶粒以及活性炭过滤罐过滤以进一步去除悬浮物、COD以及色度，为排放、回用以及深度回用处理做好准备。污泥贮池污泥由泵送至叠螺式污泥脱水机，通过投加 PAM 及螺旋脱水后实现泥水分离，脱水污泥由螺旋输送机输送至储泥斗暂存后运至热煤站焚烧。针对化纤废水的特性，对废水进水单元、厌氧处理单元等考虑了一些针对性的处理措施：1）为了改善聚酯废水来水水质呈酸性、缺少N、P等营养物质等对微生物生长不利因素，在聚混池始端设置混流装置，通过自控系统合理控制计量泵投加在混流装置中的碱量、营养剂量，有效保证进入生化处理系统的废水水质。2）为保证UASB厌氧反应器内水力上升流速，良好的污泥截留能力，保障生物污泥与进水基质的充分接触，在反应器内设置侧向旋流布水系统和回流系统，具体结构示意图详见图2。常规穿孔布水管易破坏颗粒污泥，且出水方向无规律，导致反应器底部污泥层混合不均匀，通过优化设计环形十字布水管，布水管上设有等间距分布的水平布水短管，若干个布水短管并列排布组合形成十字顺时或逆时循环结构，使布水时产生顺时针或逆时针的旋流，通过旋流上升使进水与底部污泥层反应更均匀，同时为颗粒污泥提供更合适的培养环境；通过优化设计多点集水的内回流系统，保证污泥悬浮层的流态均匀稳定，回流污水的同时回流上层污泥，更利于培养颗粒污泥的形成；通过利用变频回流泵，灵活控制流场参数，确定最合适的回流流量和上升流速，在减少絮状污泥的流失的前提下实现污水与厌氧污泥的充分混合与悬浮，最大程度上避免污泥流失。3）为了维持水解酸化池及UASB厌氧反应器，各沉淀池设计了兼顾污泥回流，当某一单元池内污泥量缺失，保证快速有效进行污泥补充措施。同时综合 高浓度生产废水 聚混池 外循环 UASB 厌氧沉淀池 综合调节池 活性污泥池 一沉池 接触氧化池 兼氧池 二沉池 气浮池 中水回用池 石英砂过滤器 活性炭过滤器 回用 提升池 回用 或排放 污泥贮池 叠螺脱水机 外运处置 鼓风 清洁废水 水解酸化池 蒸汽 低浓度废水 沼气利用 气浮池 加药 加药 加药 图1废水处理工艺流程Fig.1Flow chart of wastewater treatment process图2旋流式厌氧反应器的结构示意图Fig.2Structure diagram of cyclone anaerobic reactor154朱艳臣等，水解酸化+外循环UASB工艺在化纤废水处理中的应用调节池设置了超越管，可以将部分污水超越至兼氧池，提供池内微生物生长所需的营养，避免活性污泥池处理废水效果较好时，进入兼氧池-接触氧化池内的废水营养水平难以满足池内微生物的生长需要。3 主要构筑物及设计参数主要构筑物及设计参数主要构筑物设计参数及设备配置详见表2。4 系统调试及运行效果系统调试及运行效果4.1系统调试系统调试水解酸化池和外循环UASB反应器接种污泥量分别按照5 kgVSS/m3和10 kgVSS/m3均匀地投入整个水解池及反应器的底部。初始启动期，进水流量控制在48 m3/d（进水COD容积负荷0.24 kg/（m3 d），使接种污泥适应废水性质，逐渐具有去除有机物的能力，启动期维持时间 15 d，之后逐步提升进水量96 m3/d（进水 COD 容积负荷 0.48 kg/（m3 d），维持时间 15 d）、进水量 144 m3/h（进水 COD 容积负荷0.72 kg/（m3 d），维持时间 10 d）、进水量 192 m3/h（进水COD容积负荷0.96 kg/（m3 d），维持时间7 d），直至达到设计水量240 m3/d（设计进水COD容积负荷1.2 kg/（m3 d）。从图3中可以看出，在此期间，负荷提高而带来的 VFA和 COD上升的变化趋势，后续VFA和COD数值会缓慢下降直至稳定符合厌氧系统调试期基本规律。变化趋势原因在于系统内产酸菌比产甲烷细菌更能较快地适应环境条件带来的影响，先造成系统内VFA的积累，待产甲烷细菌适应后又会逐渐利用积累的VFA转化为CH4和CO2气体，使整个反应器厌氧处理系统趋于稳定。调试及运行期间反应器内VFA基本稳定5 mmoL/L，碱度（TA）12，温度控制在3842 之间，控制回流不仅可起到对进水的稀释作用，又能起到对反应器内上下废水碱度的调节，控制反应器内pH在77.5左右，回流比控制在510之间，上升流速控制在0.51.0 m/h之间。调试运行60 d后，外循环UASB反应器内污泥量逐渐增多，检测反应器底部SS含量在810 g/L，同时沼气产气量稳定，COD去除率稳定在75%左右，进出水水质详见图3。水解酸化池在后期运行过程中，出现跑泥现象。通过取样器取样观测，污泥基本上漂浮于取样器顶部，分析原因可能在于投加的碳源采用的是碳酸氢铵，其中水解池内有机负荷高、含有的HCO3-会在水解产酸菌的利用下被转化成气体，使污泥表面覆含有微小气泡并漂浮在水体上层，随水流方向流失至反应器内。后期通过更换投加碳源种类且对水解池图3进、出水水质Fig.3Influent and effluent quality表2主要构筑物设计参数及设备配置Tab.2Main structures parameters and device configuration项目外循环UASB厌氧沉淀池组合池污泥贮池聚混池酸化池综合调节池活性污泥池一沉池兼氧池接触氧化池二沉池设计尺寸/m6.011.04.54.56.58.28.26.010.08.26.018.54.96.011.54.56.04.54.56.010.07.06.012.710.06.010.09.36.08.23.54.5设计参数4座，钢结构，单座有效容积：300 m3，HRT：120.0 h，COD容积负荷：1.08 kg/（m3d）表面负荷：0.69 m3/（m2h）有效容积：370 m3有效容积：450 m3，HRT：45.0 h有效容积：500 m3，HRT：8.0 h4座，总有效容积：1 160 m3，HRT：18.5 h，COD污泥负荷：0.29 kg/（kgMLSSd）4座，表面负荷：0.77 m3/（m2h）有效容积：380 m3，HRT：3.0 h有效容积：685 m3，HRT：5.5 h，COD污泥负荷：0.10 kg/（kgMLSSd）表面负荷：1.34 m3/（m2h）有效容积：115 m3配置设备6台回流泵（4用2备）2台污泥回流泵（1用1备）2台潜水搅拌机，1台pH计2台潜水搅拌机，2台提升泵（1用1备）2台废水提升泵（1用1备）1套穿孔曝气6台污泥回流泵（4用2备）2台潜水搅拌机200 mm生物弹性填料200 m3，1套穿孔曝气65 mm斜管填料93 m3，4台污泥回流泵（2用2备）1套穿孔曝气，1套60120 kg/h污泥处理量叠螺脱水机，2台污泥泵（1用1备）155第 49 卷 第 8 期水处理技术水处理技术进行不停水改造，池内增加生物膜悬浮载体填料，填料比表面积 800 m3/m2，比重约 0.940.97，材质为HDPE，标称尺寸为25 mm10 mm。并在池内增设进、出水拦截系统。经过一段时间的运行，有效的保证了水解池内的污泥含量，提高水解酸化池的处理效率，避免对后续处理系统的冲击。经后续好氧及深度处理系统调试正常后，废水处理出水达到 城镇污水处理厂污染物排放标准（GB189182002）中的一级A标及 城市污水再生利用 工业用水水质（GB/T 199232005）中循环冷却水补充水水质要求4。4.2运行效果运行效果经过60 d的调试、试生产运行后，系统处理效果基本稳定，各处理单元平均出水水质见表3。高浓度生产废水经水解酸化和外循环 UASB 处理后，COD去除率在75%左右，有效降低了后续好氧处理系统和深度处理系统的有机负荷。整个系统对化纤生产废水中COD去除率大于95%，出水水质满足设计要求。5 运行成本运行成本本工程新增污水处理站占地面积约1 920 m2，处理量为3 000 m3/d。根据运行期间统计，吨水电耗费约为1.19元/m3，药剂费约为0.45元/m3，人工费约为0.27元/m3，直接运行成本为1.91元/m3（不含设备折旧费、污泥处置费）。同时，污水处理出水可全部用于厂区冷却塔循环冷却水补水进行回用，减少购买市政自来水的费用及外排至当地污水处理厂接纳污水处理费用；外循环 UASB 反应器处理高浓度聚酯废水产生的沼气（约 360 m3/d）和经脱水后的污泥都输送至厂区热媒站焚烧，节省了厂区购买热媒站其他燃料的费用和脱水污泥外运处理处置的费用，经济效益和环境效益明显5。6 结结 论论化纤生产废水有机物含量高，缺少N、P等营养物质，且水质呈酸性，采用聚混+水解酸化+外循环UASB工艺对高浓度生产废水进行预处理，COD去除率在75%左右，有效降低了对后续好氧生物处理系统和深度处理的有机负荷，再通过活性污泥+兼氧+接触氧化工艺进行好氧生物处理，可有效去除化纤生产废水中的污染物；进一步通过深度处理石英砂和活性炭过滤工艺，去除悬浮物、COD以及色度，为排放、回用以及深度回用处理做好准备。整个系统对化纤生产废水中COD去除率大于95%，出水水质达到 城镇污水处理厂污染物排放标准（GB 189182002）中的一级A标及 城市污水再生利用 工业用水水质（GB/T 199232005）中循环冷却水补充水水质要求。参考文献：1王国栋,倪福功,冯昆,等.石化聚酯废水的处理和再生回用J.中国给水排水,2009,25(14):62-65.2郑俊,张刚,王健,等.UASB/水解酸化/曝气生物滤池处理高浓度聚酯废水J.中国给水排水,2007,23(10):50-64.3徐锋,楼朝刚,苏泱洲.多段A/O工艺在聚酯化纤废水回用中的设计与运行J.中国给水排水,2015,31(22):58-60.4章毅.UASBA/O-过滤工艺处理化纤生产废水并回用J.中国给水排水,2014,30(2):88-91.5孙一川,李彩亭,刘长培,等.高浓度化纤废水的处理及回用J.中国给水排水,2006,22(8):59-62.Application of Hydrolytic Acidification+External Circulation UASB Process in Chemical Fiber Wastewater TreatmentZHU Yanchen,HUANG Zhuhui,WANG Jiulong,ZHOU Gang,TAO Bingchi,JIANG Qi(Environmental Engineering Co.,Ltd.of Zhejiang Province,Hangzhou 310012,China)Abstract:According to the characteristics of chemical fiber wastewater,the combined process of hydrolytic acidification+external circulation UASB+AO is adopted.The actual operation results showed that the process operated stably and the effluent quality could meet the water requirement of make-up water for recirculating cooling water system stipulated in The Reuse of Urban Recycling Water-Water Quality Standard for Industrial Uses(GB/T 19923-2005).Keywords:chemical fiber wastewater;hydrolysis acidification;UASB;application表3各处理单元平均出水水质Tab.3Effluent quality of main treatment units项目CODCr/（mg L-1）聚混池4 4005 200水解酸化池2 2303 250UASB7001 000一沉池80120二沉池3050回用池2030156