缫丝厂高浓度有机废水处理技术研究与应用

2020-05-25杨灼萍韦科陆

工业水处理 2020年5期

杨灼萍，韦科陆

（1.广西交通设计集团有限公司，广西南宁530029；2.南宁职业技术学院，广西南宁530008）

广西是我国重要的蚕茧生产和茧丝加工基地，随着茧丝加工业不断发展，缫丝企业生产废水带来的环境污染问题日益严重。缫丝废水由立缫废水、煮茧废水和副产品加工废水组成〔1〕，其中煮茧废水和立缫废水为中低浓度有机废水，副产品加工废水为高浓度有机废水。缫丝废水的处理方法主要有物理法、化学法、生化法和物理化学法〔2〕。近年来，缫丝厂低浓度废水大多采用废水回用清洁生产处理模式技术路线，并成功应用于工程实践中〔3-4〕。而针对高浓度有机废水（副产品废水）产生量不大的特点，应用环保处理工艺进行达标处理的研究并不多，主要还是通过混凝法、酸析法和膜处理方法等回收方法进行处理〔5〕，但回收方法因处理成本较高，在小缫丝生产企业很难普遍推广应用。随着排放要求的不断提高，高浓度有机废水深度处理已成为缫丝行业的主要趋势。

广西靖西某蚕茧丝绸厂原有的生产污水深度净化系统中的生物过滤塔、生物活性塔产生的反冲洗水污染物浓度不断增加，而又不能直接排放。另外生产车间产生的副产品废水（汰头）高浓度废水量随生产规模的扩大也不断增加，厂区内现有的生产污水深度净化系统已不能满足企业发展的需求，亟需新增一套废水处理系统处理高浓度有机废水。

1 水量与水质

本项目主要的处理对象是原有生产污水深度净化系统产生的不适合再重复使用的反冲洗废水和车间副产品废水。根据前期调研、业主提供的资料以及参照《缫丝厂工业水污染物排放标准》（GB 28936—2012）发现，企业现有生产污水深度净化系统产生的不适用反冲洗废水量为140 m3/d，副产品加工废水水量为20 m3/d，项目处理规模为160 m3/d。其中不适用反冲洗废水为连续排放，副产品加工废水为间歇排放。两类废水主要污染物为有机物，含有少量无机盐。有机物主要是丝胶、丝素、蛹蛋白、脂肪酸等，尤其是副产品加工废水含有的有机物浓度相当高，其主要污染物指标包括悬浮物、化学需氧量、氨氮。废水的进出水水质指标见表1。

表1 废水进出水水质指标

2 工艺设计

2.1 工艺选择及确定

根据企业排放废水水质特点及现场条件，工艺的选择依据有以下几点：

（1）因排放的副产品废水、反冲洗回用水中的悬浮物含量高，采用细格栅和沉渣池进行物理沉淀，去除茧丝纤维和不溶性有机物。

（2）该缫丝企业排放的副产品废水、反冲洗回用水的排放时间和方式不同，需设置调节池进行水质、水量的调节，保证后续处理工艺的稳定运行。同时也进行预酸化和水解，将废水中长链有机物质分解成短链分子，提高其厌氧生化性。

（3）副产品废水及反冲洗废水中含有丝胶、丝素等高分子蛋白有机物〔6〕，所以必须设置厌氧发酵罐将废水的固体物质变为溶解性物质，将难生化降解物质转变为可生化降解物质，以及将大分子有机物转换为低分子无机化合物，为后续好氧减轻处理负荷。

（4）缫丝厂废水的好氧处理采用生物接触氧化比较多，因该工艺具有BOD去除率高、负荷变化适应性强、微生物生长快、启动时间短、且具有日常管理操作方便简单、占地面积小等特点。

（5）缫丝厂高浓度有机废水经过常规的二级生化处理后，可采用过滤器去除悬浮物和胶体杂质，对废水的BOD和COD也有一定去除效果。生物砂滤塔设置2层滤料，一层是无烟煤滤层、另一层是砂滤层，且在富氧条件下石英砂表面存在一定量的生物膜，对有机物、氨氮起到一定的降解作用，且过滤效率较高，运行费用低。

通过以上工艺分析及现场调查分析，确定本项目处理工艺包括预处理、厌氧处理、好氧处理、深度处理4个主要部分，设计的工艺流程见图1。

2.2 主要构筑物及设备参数

图1 缫丝厂高浓度废水处理工艺流程

（1）沉渣池、调节池。沉渣池尺寸 4 m×8 m×4 m（原有）、调节池尺寸3 m×8 m×4 m，钢砼结构，涂料防腐，有效HRT=16 h。沉渣池配备2台提升泵（1备1用），设备参数：流量25 m3/h，扬程10 m，电机功率3.5 kW。

（2）厌氧罐。1套，碳钢结构，涂料防腐，尺寸D 6 m×14.5 m，有效容积 380 m3，有效 HRT=2.5 d。厌氧罐配备2台进水泵（1备1用），设备参数：流量25 m3/h，扬程20 m，电机功率5.5 kW；2台污泥回流泵，设备参数：流量12.5 m3/h，扬程15 m，电机功率4 kW。

（3）沉降罐。1套，碳钢结构，涂料防腐，尺寸D 3 m×7 m，有效容积 50 m3。

（4）达标处理一体化设施。1套，选用碳钢结构，涂料防腐，总尺寸 8 m×6 m×4 m，有效容积 190 m3。含1个好氧池（分为2格），单格池子尺寸3 m×6 m×4 m，有效池容 60 m3，MLSS=3 g/L，HRT=10 h，污泥负荷 0.15 kgBOD5/（kgMLSS·d）；含有 1 个沉淀池，尺寸2 m×3 m×4 m；含有 1个污泥池，尺寸 2 m×3 m×4 m。好氧池配备2台鼓风机（1备1用），设备参数：空气流量5 m3/min，配套电机功率5 kW；配备好氧污泥回流泵2台，设备参数：流量12 m3/h，扬程8 m，电机功率0.75 kW。

（5）生物砂滤塔。1套，选用碳钢结构，涂料防腐，尺寸D 1 m×3 m，有效容积2.5 m3，内装滤料为石英砂，砂滤直径1 mm，无烟煤直径0.5 mm，使用压力0.3 MPa，设计滤速5 m/h，冲洗时间6 min，冲洗周期12 h。设计SS去除率85%以上。

3 工程调试

本项目调试的重点是厌氧罐启动和达标处理一体化设施中的好氧池启动。

3.1 厌氧罐的启动与运行

厌氧罐的接种污泥采用其他正在运行厌氧系统的厌氧污泥接种，接种污泥量一般不小于反应器容积的30%，本项目的厌氧罐容积为380 m3，则接种的污泥量为115 m3（含固率为8%）。厌氧系统启动一般分以下3个阶段进行：

（1）起始阶段。注入废水，控制罐内温度为30～35℃，然后从调节池内泵入厌氧污泥。反应器启动负荷从 1～2 kgCOD/（m3·d）开始。进入厌氧反应器废水的混合液COD不大于5 000 mg/L，并按要求控制进水，最低COD为1 000 mg/L，进液浓度不符合的应进行稀释。进液时不要刻意严格控制所有工艺参数，但应特别注意乙酸质量浓度，应保持在1 000 mg/L以下。

（2）第二阶段。当反应器容积负荷上升到3～5 kgCOD/（m3·d）时，这一阶段洗出污泥量增大（淘汰污泥），新的颗粒污泥开始产生。此时容积负荷大约为设计负荷的50%。

（3）第三阶段。容积负荷由设计负荷的50%上升到 100%，及设计负荷为 8～10 kgCOD/（m3·d）时，即达到满负荷运行，采用逐步增加进料数量来实现。控制挥发性脂肪酸（VFA）不大于500 mg/L，当VFA超过500～1 000 mg/L，厌氧反应器呈现酸化状态，超过1 000 mg/L则表明已经酸化，需立即采取措施停止进料，进行菌种驯化。

根据厌氧发酵特点，本工艺厌氧系统调试阶段进水参数指标见表2。

表2 厌氧系统调试阶段进水参数

3.2 好氧池的启动与运行

生物接触氧化池接种污泥主要来自城市生活污水处理厂剩余污泥。

首先启动鼓风机，开启回流泵，让废水自沉淀池到好氧接触氧化池循环，闷曝3 d。第1～2 d鼓风机开启3 h，停1 h，间隙曝气。第3 d连续曝气。当污泥呈均匀悬浮态，静沉后，上清液清彻透明，污泥外观呈土黄色，絮体较大，沉降性能良好，30 min污泥沉降体积约10%～30%左右，证明接种成功。定时检测pH、温度以及以下控制指标：污泥浓度（MLSS）为2 000～4 000 mg/L；溶解氧（DO）为 2～3 mg/L；污泥沉降体积比（SV30）为 10%～30%；污泥负荷为 0.1～0.2 kgBOD5/（kgMLSS·d）。

3.3 生物砂滤塔调试运行

生物砂滤塔主要有罐体、滤层、垫层以及配水系统组成。工作周期设24 h，冲洗周期为12 h，则每天实际工作时间23.3 h（反冲洗时间16 min）。外部还安装有压力表和取样表，在调试运行时，当塔顶部与底部压力差在0.1～0.15 MPa时进行反冲洗，采用气水联合冲洗，先采用混合冲洗10 min，再用水冲洗6 min。

4 系统运行结果

该废水处理工程建成后，经过2个多月的调试运行，各项出水指标完全满足设计要求，监测结果见表3。

表3 废水水质监测结果

由表3可知，进水COD和BOD5都在设计范围内，进水COD达到21 724 mg/L，属于高浓度有机废水，处理后的COD、BOD5、SS、NH3-N的去除率分别为99%、99%、98%、95%。排放口出水各项指标达到《缫丝厂工业水污染物排放标准》（GB 28936—2012）表1要求。

本工艺处理对象为低浓度废水处理系统产生的不能重复使用的反冲洗废水和车间副产品废水，经过预处理+生化处理（厌氧、好氧）+生物砂滤工艺处理后，各项污染指标处理效果明显。在生化处理单元的厌氧处理段，大部分的COD、BOD5被去除，说明通过厌氧微生物将废水中的有机物进行降解转化为无机物（CH4和CO2），大大减轻后续处理单元处理负荷。而在好氧处理段采用生物接触氧化工艺，该工艺是以生物膜吸附废水中的有机物，在有氧的条件下，有机物（COD、NH3-N等）由微生物氧化分解，废水得到净化。最后通过深度处理工艺—生物砂滤塔将SS、NH3-N进一步去除，达标排放。