压力生化反应器处理有机废水研究.doc

压力生化反应器处理有机废水研究

    传统的活性污泥曝气法，在城市污水处理中得到了广泛的应用。但存在着进水CODcr浓度不能太高、污泥负荷较低、停留时间长、占地面积大、基建投资高等问题。尤其是处理中、高浓度的有机废水，一般需要和物化或厌氧处理相结合。压力生化反应器是一种在压力状态下对废水进行生物处理的技术，采用密闭容器罐进行加压曝气。相对于传统曝气法，它使用2－3倍于常压的曝气压力对反应器进行充氧，因此，混合液空气中氧向微生物转移的效率大大增强，从而可提高反应器内的活性污泥浓度，有利于活性污泥微生物的增殖和对有机物的降解。
　　本研究自行设计、加工了压力生化反应器。利用压力生化反应器，对有机废水进行了试验研究。研究了在不同压力、不同负荷条件下活性污泥微生物对有机废水的处理效果，以及污泥沉降性能和PH值对反应的影响。
　　1 试验装置及方法
　　压力生化反应器试验处理装置如图1所示。

　　压力生化反应器的主体由上升管、下降管、气液分离器和固液分离器组成。气液分离器起气、液分离的作用，固液分离器的作用是防止混合液出水带走过量的活性污泥，保持压力生化反应器中污泥增长量与随混合液排出污泥量的平衡。采用压力容器罐对进水进行动态加压。
　　活性污泥的驯化是在另外的活性污泥曝气池中进行的，取城市污水厂活性污泥加乳品废水培养而成。
　　在试验过程中，每天测定压力反应器进出水及各取样口的CODcr，不定期测定进出水BOD5；每天测定压力反应器中混合液的30min沉降比SV％、污泥浓度MLSS、压力反应器出水SS及压力反应器中进出水的DO、pH。
　　2 试验结果与讨论
　　2.1 不同曝气压力下的实验结果
　　在连续进水稳态运行条件下，采用进水CODcr；为2000 mg／L的乳品废水，考察在不同曝气压力条件下，压力反应器对有机物的去除效率和去除速度。实验进气量采用0.2m3/L，不同压力下的处理结果见图2。曝气时间均为4 h，曝气压力与CODcr去除率的关系见图3。

　　由图2与图3的试验结果可知，曝气压力对有机物的降解速度和去除率有着很大的影响。当曝气压力为0.3MPa和0.4MPa时，有机物的降解速度很快，经2 h处理后，出水CODcr去除率分别为82.5％和83.4％；经4h处理后，出水CODcr去除率分别达到90.6％和91.5％。而曝气压力为0.1MPa时，经4h曝气处理后的出水CODcr去除率为56％，经10h曝气处理后的出水CODcr去除率为82.4％。可见，在压力条件下，提高了混合液的饱和溶解氧浓度，加快了混合液中氧向微生物传递的速度，使得活性污泥菌胶团的内外都处于好氧状态，活性污泥微生物的活性大大增强，从而有效地提高了有机物的降解速度。
　　曝气压力从0.3 MPa进一步升高到0.4 MPa时，CODcr去除率从90.6％增加到91.5％，增加得不大。故考虑经济性与处理效率的关系，压力反应器的曝气压力以不超过 0.3 MPa为宜。
　　2.2 不同负荷条件下的试验结果
　　在0.3 MPa的压力条件下，进行了不同负荷的试验，负荷的改变是通过改变进水浓度和改变进水流量来达到的，停留时间采用4h。不同进水负荷下的处理结果见表1。

表1 不同负荷条件下的处理结果
水样
进水CODcr
出水CODcr
去除率
CODcr污泥负荷
1
1464
145
90.29
1.44
2
2031
200
90.15
1.87
3
2468
190
92.30
2.27
4
2507
247
90.14
2.30
5
2982
305
89.75
2.71
6
2994
245
91.79
2.81
7
4005
503
87.42
3.64
　　当进水CODcr在1464～2 994mg／L范围内时，CODcr污泥负荷在1.44－2.81kg［COD］／（kg［MLSS］·d）之间（相应BOD5容积负荷在5.97－11.8kg［BOD5］/（m3·d）），经过4 h的曝气后，CODcr去除率在89.75％－92.3％，出水CODcr在110－350mg/L，达到了较好的处理效果。当负荷进一步提高到3.64kg［COD］／（kg［MLSS］·d）时，CODcr去除率下降到87.42％.出水CODcr在480～530mg／L，出水水质开始变差。从中我们可以看出，和标准活性污泥法相比，压力反应器CODcr、BOD5负荷的合适范围远超出传统的活性污泥法；而且在高负荷条件下，即进水CODcr进一步增加，进水CODcr＝4 000mg／L，负荷为3.64 kg［COD］／（kg［MLSS］·d）时，CODcr去除速度还是很快的。
　　2.3 pH值的变化对处理效果的影响
　　实验对进出水的PH值进行了测定，当进水CODcr浓度在4000mg／L以下，H值基本在 6.5－7.5之间，但当进水CODcr值达到4000 mg／L以上，负荷达3.64 kg［COD］／（kg［ MLSS］·d）时，进水的pH值达到了5左右，对净化的效果产生了较大的影响。分析原因，主要是由于乳品废水中的糖类有机物在进水罐的厌氧环境下产生了大量的有机 酸，故在气温过高，原水浓度过大，PH值下降到6.5以下时，我们在原水中加入了一定量的NaHCO3，以调节pH值在7左右，使得CODcr去除率能保持在80％以上。
　　2.4 处理混合液的沉降性能及分析
　　从取样口用100 mL量简取出混合液，污泥迅速分为上下两部分，下部的沉淀等同于普通活性污泥法的混合液污泥沉淀，上部的污泥上浮，经过30min的静沉，上部分占上下污泥总体积的3／4，下部分占1／4，污泥含水率低，污泥指数SVI通常在45～60左右。如果用玻璃棒将上部分污泥进行搅拌，则上部分污泥首先在重新混合的过程中形成大的绒粒，然后缓慢下沉，过30 min后，全部污泥都会沉淀下来。分析原因，是由于反应器在压力条件下，泥水分离有别于一般的活性污泥法，在压力生化反应器中循环的混合液，在出水过程中，随着静水压力的减小，溶解的气体被解析出来，微气泡裹夹在活性污泥中，导致一部分活性污泥发生上浮。所以压力反应器出水混合液的泥水分离，建议采用气浮法效果较好。
　　2.5 压力生化反应器与传统曝气的比较
　　和传统曝气相比，压力生化反应器有以下一些特点，见表2：
表2 压力生化反应器与传统曝气的效果比较
曝气方式
氧转移效率（%）
MLSS
容积负荷
SVI
CODcr去除率（%）
HRT/h
污泥产率
占地面积
传统曝气
5～20
2000～3000
0.4～0.9
120
77
10
0.5
大
压力曝气
50
4200～6000
5.97～11.8
45～60
90.6
4
0.155
小
　　①氧转移效率高。由于采用压力曝气，氧的分压提高，混合液中饱和溶解氧的浓度提高，使得空气中氧的转移效率大幅提高，达到50％，充氧能力约为传统曝气的4倍。
　　②MLSS值较高。空气中氧转移效率的提高为反应器中MLSS值的提高有了提供充足DO的保证。在不同压力的曝气试验中，MLSS值平均在4200 mg／L；在不同负荷的试验中，我们通过改变污泥回流比，使反应器中的MLSS值提高到6000 mg／L，未有DO不足现象。
　　③SVI值较低，污泥产量少。反应器出水混合液的SVI值始终保持在45～60，保证了出水混合液有较好的沉降性能。同时，对0.3 MPa条件下乳品废水的试验数据回归分析得 a＝0.155，b=0.081。
　　④抗冲击负荷强。实际测定生化反应器中循环流量与进水量之比为1440：1，反应器中各点的MLSS、DO值几乎相等，反应器内处于完全混合状态，因而具有较高的抗冲击能力
　　2.6 其它有机废水的运行试验
　　为了研究压力反应器对其它工业废水的处理效果，又对沥麻废水、毛纺废水和漂染废水作了试验研究。试验压力取0.3 MPa，停留时间为4 h。试验结果如表3所示。
表3 压力反应器处理不同有机废水的试验结果
废水种类
进水CODcr
出水CODcr
曝气压力Mpa
停留时间/h
去除率（%）
沥麻废水
2000～2190
198～232
0.3
4
90～89
毛纺废水
700～760
90～109
0.3
4
87～85.7
漂染废水
800～1000
120～190
0.3
4
85～81
　　由表3的试验结果可以看出，压力反应器对有机废水的处理有良好的效果，尤其是对含有纤维、木素高的亚麻水的处理，也达到了很好的效果。
　　3 结论
　　从压力反应器处理有机废水的试验结果来看，该反应器能有效地处理有机废水，具有污泥负荷率高、降解速度快、抗冲击负荷强、混合液出水泥水分离好等特点，适于处理中、高浓度的有机废水。
亚麻废水处理工艺方案

目录
第一章  总论
第二章  污水水量和水质
一、污水来源
二、污水水量
三、污水处理站设计规模
四、污水水质
五、出水要求
第三章  污水处理站方案设计
一、处理工艺分析与选择依据
二、污水处理站设计原则
三、编制依据
四、污水站工艺流程方案的选择和技术论证
五、工艺流程确定
六、工艺流程简述
第四章  污水处理站工程设计
一、工艺设计
二、污水处理效果分析
三、结构设计
四、配电设计
第五章  人员编制与项目实施计划
一、人员编制
二、项目实施计划
第六章  污水处理站总投资估算
一、总投资估算
二、吨水投资估算
第七章       运行费用
第八章       污水处理站平面布置图、高程图
第一章　　总论
    为发挥原有品牌市场效益，带动其他纺织企业快速良性发展，原华金集团和纺联等合并成立华金苑针织股份有限公司，并在城阳区开工兴建青岛市纺织工业园。该工业园在生产过程中将排放大量印染污水，为防止污染，造福子孙后代，根据“三同时”原则，华金集团在开发建设工业园的同时，决定同时筹划建设三废治理工程。公司领导对此十分重视，决心在有关部门的指导下，从环境评价入手，决定加大环保投入，把工业园建设成一个高水平的现代化无污染工业园区。达到经济效益、社会效益和环境效益的有机统一，树立华金品牌形象，为企业的可持续发展打下良好的基础。
   浙江省环境保护科学设计研究院和我公司在治理工业废水方面都具有雄厚的技术实力和优良的工程业绩，在废水处理技术等方面按照合作协议一直相互交流、合作，现针对华金苑项目的重要性，两家决定共同合作，发挥各自的优势，参与项目竞标，凭借两家的实力为华金苑的建设贡献我们的力量，为青岛市的环境保护事业增姿添彩。
第二章　　污水水量和水质
一、污水来源：
纺织印染工业污水主要来自染整工段，包括退浆、煮炼、漂白、丝光、染色、印花和整理等。织造工段污水排放较少。
1、退浆污水：棉织物上的浆料和纤维本身的部分杂质在漂染前必须去除。退浆污水一般占印染污水总量的15%左右，污染物约占总量的一半。退浆污水是碱性有机污水，含有各种浆料分解物、纤维屑、酸和酶等污染物，污水呈淡黄色，退浆污水的污染程度和性质视浆料的种类而异。褪浆污水主要来自青纺联，实际污水量约占总污水量的10%左右。
2、煮炼污水：为保证漂白和染整的加工质量，要将纤维中的棉蜡、油脂、果胶类含氮化合物等杂质除去。煮炼工艺一般用烧碱、碱性盐、水玻璃及适量表面活性剂的水溶液，在100℃左右的高温及pH在13左右的条件下，对棉纤维进行煮炼，该工序污水量大，呈强碱性，含碱浓度约0.3%，污水呈深褐色，BOD5和CODcr高达数千mg/l。该类污水来自华金和青纺联内部。
3、漂白污水：漂白工艺一般采用次氯酸钠、过氧化氢（双氧水）、亚氯酸钠等氧化剂去除纤维表面和内部的有机杂质，使织物漂白。由于这些氧化剂在漂白过程中被分解，所以漂白污水的特点是量虽大，但污染浓度小，污水中含有剩余漂白助剂、表面活性剂和无机盐等，BOD5和CODcr均较低。该类污水主要来自华金。
4、丝光污水：丝光处理是在氢氧化钠浓碱液中浸渍，提高纤维的张力强度，增加表面光泽度，降低织物的潜在收缩率和增加与染料的亲和力，该污水含NaOH   3%~5%，一般通过多重蒸发浓缩后回收利用，先用于丝光，再用于调配煮炼液，故丝光污水较少排放，经多次重复利用和碱回收，最终污水碱性仍很强，BOD却较低。其污染程度根据加工布的种类而异。该类污水主要来源于华金且污水量仅占污水总量的1%左右。
5、染色污水：其特点是水质变化大，色度高，主要污染源是染料和各种助剂。由于选择的染料、助剂和染色工艺及设备的差异很大，污水水质变化很大。一般染色污水的碱性很强，染料本身的BOD很低，但COD却很高。染色污水中的许多物质不易被生物降解，单纯的生物处理，COD去除率仅为60~70%，脱色率也仅为50%左右。染色污水是本方案主要处理对象，来自华金和青纺联，污水中以活性染料和分散染料为主。
6、印花污水：印花污水主要来自调色、印花滚筒、印花筛网的冲洗水以及后处理的皂洗、水洗及洗印花衬布的污水，其污染程度高，此外活性染料应用大量的尿素，使其污水氨氮含量升高。印花污水主要来源于华金。
7、整理污水：该种污水含有多种树脂、甲醛、表面活性剂等，但污水量较少。该类污水主要来源于青纺联。
8、其他污水：包括生活污水、蒸汽凝结水等，该污水所占比重较小。
通过以上分析可知，印染污水来源较为复杂，综合污水水质、水量变化量较大，其污染程度也较高。
二、污水水量：
   该污水处理站预期处理量10000m3/d，要求一期3000 m3/d，二期3000 m3/d，预留4000 m3/d。因此本方案按3000m3/d进行设计，但在平面布置、共用设备等方面充分考虑二期和预留污水的处理，保证处理厂整体美观，避免重复投资。
三、污水处理站设计规模：
　　按3000m3/d规模进行设计，每日三班运行，每小时处理污水量125m3/h。生产污水排水方式：按两班生产，16小时排水进行设计。
四、污水水质：按建设方提供的综合污水水质作为设计依据。
CODcr ≤1300mg/l        BOD5≤420mg/l
SS≤280mg/l             色度≤500倍
pH=10.5
五、出水要求：
　　综合出水达到中华人民共和国污水综合排放标准（GB8978-96）二级排放标准（1998年1月1日后建设单位），即：
CODcr ≤180mg/l            BOD5≤40mg/l
SS≤100mg/l                色度≤80倍
pH=6~9
第三章　　污水处理站方案设计
一、处理工艺分析与选择依据
    1、根据上述印染污水特点，污水处理的主要对象是碱度、不易生物降解或生物降解极为缓慢的有机物质、染料色素以及有毒物质等。国内棉纺织物染色污水多采用好氧生物处理为主的处理工艺，纯棉织物染色污水采用好氧处理效果较好。针对该污水主要以染色污水、漂白污水为主，污水中含有大量的难以生物降解的物质等，单纯经生物处理后，一般达不到排放标准，因此需在生物处理装置后还串联不同形式的物化处理装置作进一步处理。
    2、针对印染污水含有大量的难降解大分子物质，在好氧处理前增加水解酸化工序（即兼氧处理），使环链或长链的不易生物降解的有机物水解为短链低分子容易降解的有机物，改善污水的可生化性，破坏染料发色基团，可以明显提高全流程的COD和色度的去除效率。
    生物处理工艺可采用各种类型的好氧处理工艺，以活性污泥法和接触氧化法使用的较多，因接触氧化法在池容、运行管理处理效果等方面具有明显的优势，本设计优先拟采用该工艺。
    3、污水色度很高是该污水的治理重点之一。因使用染料品种复杂，染色加工过程中10~20%将进入污水中，致使污水色度深，成分复杂。对各类染料性质的了解有利于选择合适的处理方案。根据建设单位提供，使用染料以活性染料和分散染料为主。活性染料为亲水性染料，活性污泥对其吸附作用较小，硅藻土对其脱色效果较差，混凝脱色效果不很理想。分散染料是一种不含水溶性磺酸基因的疏水性较强的非离子性染料，分散染料污水采用混凝脱色效果较好。大部分染料均可用氧化法脱色。
二、污水处理设计原则
1、工艺先进成熟，运行可靠，出水稳定达标。
2、操作简单，运行稳定，便于维修管理。
3、在保证处理效果的前提下，尽量降低建设投资。
4、力求减少能耗和材料消耗，并降低运行费用。
5、充分考虑工程的分期建设，力求处理站设施布局合理，整齐美观，体现绿色环保设施特点。
6、占地面积尽量减少。
三、编制依据
1、国家及地方有关环境保护法律、法规和技术政策；
2、中华人民共和国污水综合排放标准（GB8978-96）；
3、《室外排水设计规范》；
四、污水处理站工艺流程方案的确定及技术论证
     根据纺织印染废水的特点：碱度较高、悬浮物较少、色度高、CODcr居中但较难生化、含一定NH3~N和其它有色物质。通过如下工艺分析，力求确定最佳工艺流程 ：
1、印染废水的排放极具周期性，为保证后续各处理单元均能按最佳工况点运行，故必须设调节池均衡水量及水质，并通过曝气搅拌，降低部分CODcr 和色度。
2、因印染废水SS较低但pH较高，可不设初沉工序，但必须把pH首先调至中性，为后续生化处理作准备。
3、鉴于印染废水BOD5/CODcr较小，可生化性能差，因此必须设水解酸化工艺，即兼厌氧工艺，靠兼性菌使难生物降解的有机物水解为较易生物降解的短链有机物，改善可生物降解性能，提高全流程的去除效率。
4、采用好氧生化工艺，降低有机污染物：可采用的好氧生化工艺很多，如活性污泥法、生物滤池、氧化沟、SBR工艺及生物接触氧化法等。各工艺简介如下：
A、普通活性污泥法：主要特点是负荷中等，对污水冲击负荷有一定的适用性，但运行管理较为严格，易产生污泥膨胀等现象，抗毒物冲击能力不强，在印染污水中应用不多。
B、氧化沟法：属活性污泥法的一种变形，特点是处理水质好，污泥产率低，耐冲击负荷，具有部分除磷脱氮功能，管理方便，但占地面积较大，在印染污水处理中应用较少。
C、SBR工艺：是近年来发展起来的一种活性污泥新工艺，即间歇性活性污泥法，流程较简单，投资较省，出水稳定，国内在城市污水、制革污水等已有应用，但目前尚欠成熟，是一种很有发展潜力的污水处理工艺。
D、生物接触氧化法属生物膜法，微生物固定于池内的生化填料上，特点为充分利用填料的比表面积，可设计较高的 容积负荷，减少池容，减少占地面积，不存在污泥膨胀问题，有一定的耐冲击负荷能力，操作管理简单，出水效果稳定，产泥量小，在中、小型污水处理厂应用广泛，工艺稳定成熟，在印染污水处理中应用较多。
    好氧生化处理工艺是全处理流程的核心，直接决定将来出水水质及其稳定性，而且它在总投资及运行费构成中所占比重较大，故应对各种生化处理工艺进行详细的技术、经济比较，选择最佳工艺方案。综合上述对各种生化工艺的比较根据本污水处理站的设计原则，确定好氧生化处理采用生物接触氧化工艺，采用推流式四级接触氧化，选用优质组合填料和鼓型微孔曝气头及日本进口SSR鼓风机，增加生物浓度，强化溶氧效率，确保取得理想的处理效果，最终达到要求的出水标准。
5、好氧生化处理后必须设二沉池分离微生物新陈代谢产物和其它SS ，采用辐流式沉淀池，齿形堰出水。
6、为了使色度达标，采用投加氯气脱色，彻底清除色度而不产生污泥。