某危废处置企业废水处理工程设计实例

2021-11-15黄勤超

工业用水与废水 2021年5期

黄勤超

（上海华谊环保科技有限公司，上海 200241）

1 工程概况

某危废处置企业在国内新建工厂，采用回转窑焚烧工艺处理所在区域的危险废物，处理废物涉及医药废物、废有机溶剂及含有机溶剂废物、废矿物油与含矿物油废物、烃／水混合物或乳化液、精馏／蒸馏残渣、涂料废物等18 类。危废处理过程中废水来源为：软化水站排污水、循环冷却水系统排污水、焚烧生产线废水、非危废区地面冲洗水、初期雨水。该厂所在化工园区设有污水处理厂，地面冲洗水及初期雨水在厂内缓存后直接纳入园区污水管网，其余3 股废水需经厂内废水站处理合格后方可纳入该企业所在化工园区废水处理厂。

2 设计规模及进出水水质

该危废企业废水站的设计规模为24 t／h，主要处理焚烧生产线废水、软化水站排污水、循环冷却系统排污水，各股废水特征及水量见表1。焚烧生产线废水进水水质见表2，纳管标准见表3。

表1 废水特征及水量Tab. 1 wastewater characteristics and quantity

表2 焚烧生产线废水进水水质Tab. 2 Influent water quality of incineration production line wastewater

表3 园区污水处理厂纳管标准Tab. 3 Pipe acceptance requirement of wastewater treatemnt plant in chemical industrial park

3 废水处理工艺

3.1 废水处理工艺选择

焚烧生产线废水是该企业重点处理的一路废水，其余两路水水质较好，不作为重点处理。焚烧生产线废水具有温度高、 COD 含量高、 F-含量高、盐含量高及含有重金属（企业可能会接收含重金属的危废）等特点。循环冷却水排污水、软化水站排污水、焚烧生产线废水混合后盐含量小于32 000 mg／L，满足纳管标准。因此，废水站不设除盐功能，主要去除COD、 F-、重金属离子及SS。

焚烧生产线废水COD 主要由亚硫酸盐组成，同时存在部分还原性有机物，盐含量高，不利于微生物生长。因此，去除废水中COD 选用曝气氧化-高级氧化的方式进行处理；废水中F-质量浓度较高，达1 300 mg／L，采用钙盐化学沉淀除氟，出水F-质量浓度为20 ～30 mg／L，因此，该废水站采用化学沉淀-混凝沉淀-除氟器的工艺进行深度除氟［1-3］。采用投加Ca（OH）2及重捕剂的方式去除废水中重金属离子。由于焚烧生产线废水温度较高，约为60 ～65 ℃，温度过高会降低氧气在水中的溶解度［4-5］，废水进入调节池之前先采用冷却塔将温度降低至50 ℃以下。 SS 采用混凝沉淀的工艺去除。

3.2 废水处理工艺流程

废水处理工艺流程见图1。

图1 废水处理工艺流程Fig. 1 Process flow of wastewater treatment

焚烧线生产废水首先进入冷却水池，来水pH值一般为6 ～10，在此通过投加HCl 或NaOH，将pH 值调节至中性，采用冷却塔将水温降至50 ℃以下；冷却水池出水溢流至曝气调节池进行均质均量，同时，在此采用鼓风机及高压溶氧设备进行曝气，去除废水中大部分亚硫酸根；曝气调节池出水进入1＃反应池，在1＃反应池内投加H2O2，进一步氧化亚硫酸根及还原性有机物；在2＃反应池内投加钙盐及重捕剂去除F-及重金属离子，为使形成的沉淀能够有效沉降，在2＃反应池内投加PAC、 PAM，增强絮凝沉淀效果；沉淀池出水进入砂滤器去除废水中的SS，避免后续除氟器、活性炭过滤器污堵，影响废水站稳定运行；砂滤器出水如F-检测达标，废水直接进入中间水池，如检测不达标，砂滤器出水则进入除氟器，进一步去除废水中的F-；焚烧生产线废水进入中间水池后与软化水站排污水、循环冷却水系统排污水混合均匀，如达到排放标准，则直接排入清水池，如检测不达标，则通过提升泵将废水输送至活性炭过滤器，进一步去除水中COD、 SS，同时活性炭还能吸附一定量的F-［6］；活性炭过滤器出水进入清水池，由清水泵将处理合格的废水排入园区污水管网。

沉淀池产生的污泥由泵输送至污泥浓缩池，经浓缩后采用高压隔膜泵将污泥（含水率为97% ～98%）输送至板框压滤机进行脱水，脱水后的污泥作为危废委外处理，滤液自流至调节池进行循环处理；砂滤器、除氟器及活性炭过滤器反洗水返回至调节池进行处理。

4 主要处理单元及设计参数

4.1 冷却及pH 调节系统

冷却水池1 座，尺寸为2.6 m×2.6 m×4.5 m，超高0.5m，停留时间为1.6 h，地下式，材质为钢砼防腐。考虑一定裕量，冷却塔设计能力为30 m3／h，设置在冷却水池上方混凝土盖板上，材质选用抗腐蚀的FRP，冷却温差为15 ～20 ℃，设循环泵2 台， 1 用1 备，单台流量为30 m3／h，扬程为18 m，功率为4 kW，过流材质为工程塑料。经冷却塔处理后将废水温度降低至40 ～50 ℃。冷却水池兼作pH 调节池，在此调节pH 值至中性，设置在线pH 计1 台。

4.2 曝气调节池

1 座，有效容积为400 m3，分隔为2 池，有效体积分别为350 m3及50 m3，超高0.5 m，停留时间分别为21 h 和3 h，地下式，材质为钢砼防腐，设置混凝土盖板。两池底部均布微孔曝气器，曝气器材质为ABS，大池设2 台风机进行曝气， 1 用1备，单台风机风量为6.5 m3／min，扬程为6 m，功率为11 kW；小池采用高压溶气增氧设备进行曝气，高压溶气增氧设备由泵、溶气罐组成，溶气水量为处理水量的30%，通过溶气水泵将曝气池中水输送至溶气罐中，同时在泵前吸入空气，空气及废水进入溶气罐中，溶气罐压力设置为0.4 MPa，在密封容器内压力越高，空气溶解度越大，从而提高溶解氧量［4］，通过释放器骤然减压，快速将溶气水释放至曝气池中，保证曝气池中溶解氧质量浓度不小于15 mg／L，同时形成数量较多、粒径较小的气泡，增大氧气与污染物的接触面积，增强污染物氧化效果，降低COD 浓度［7］。设调节池提升泵2台，自吸泵， 1 用1 备，单台流量为17 m3／h，扬程为10 m，功率为2.2 kW，过流材质为工程塑料。

4.3 两腔反应池及沉淀池

两腔反应池1 座，尺寸为4.5 m × 2.0 m × 3.6 m，超高0.5 m，均分为2 个腔体，单腔反应池停留时间约为0.8 h，材质为钢衬FRP。在1＃反应池内投加H2O2，根据危废接收类型及来水水质，可在2＃反应池内选择性投加CaCl2、 Ca（OH）2、重捕剂去除F-及重金属。本工程废水处理与生产联动，危废接收类型不同，废水中特征污染物不同，当检测到废水中F-及重金属超标时，启动Ca（OH）2及重捕剂投加系统，在去除F-的同时去除重金属；若仅F-超标，采用投加CaCl2除F-， CaCl2替代Ca（OH）2可大大减少药剂投加量及危废产生量。为增强絮凝沉淀效果，同时在2＃反应池内投加PAC、 PAM。1＃反应池和2＃反应池内分别设双层浆叶机械搅拌器1 台，单台功率为1.5 kW，材质钢衬PE。

采用斜板沉淀池，设计表面负荷为1.5 m3／（m2·h），尺寸为6.0 m×2.0 m×3.6 m，超高0.5 m，停留时间为2 h，材质为钢衬FRP，斜管填料采用PP 材质。设排泥泵2 台， 1 用1 备，单台流量为5 m3／h，扬程为10 m，功率为1.1 kW，材质为工程塑料。斜板沉淀池出水设过滤器增压泵2 台， 1 用1 备，水量为17 m3／h，扬程为20 m，功率为2.2 kW，过流材质为工程塑料。

4.4 砂滤器、除氟器及活性炭过滤器

砂滤器1 座，材质为碳钢衬胶。处理能力为17 m3／h，滤速为5 m／h，尺寸为ϕ2 100 mm × 3 500 mm，填料层高度为1 200 mm。

除氟器1 座，材质为碳钢衬胶。处理能力为17 m3／h，滤速为5 m／h，尺寸为ϕ2 100 mm × 3 500 mm，填料层高度为1 200 mm。除氟器采用活性氧化铝吸附剂进行除氟处理，含氟废水与高效活性硅铝盐接触后，滤料表面发生吸附过滤和离子交换双重反应，水中的氟离子吸附于滤料上，同时F-与滤料表面的OH-发生交换，通过双效的物化反应实现除氟的目的。当填料失效时，可在线进行再生，反复循环使用。用硫酸铝溶液再生吸附剂，以恢复其吸附能力，其用量与除氟量之比为60 ∶1，再生浓度为1%～2%。

中间水池1 座，材质为碳钢衬胶。尺寸为4.0 m×2.0×3.6 m，超高0.5 m，停留时间为1 h，设增压泵2 台， 1 用1 备，水量为24 m3／h，扬程为10 m，功率为2.2 kW，过流材质为工程塑料。设双层浆叶机械搅拌器1 台，单台功率为1.5 kW，材质为钢衬PE。

活性炭过滤器1 座，材质为FRP。处理能力为24 m3／h，滤速为7.6 m／h，尺寸为ϕ2 000 mm ×4 000 mm，填料层高度为1 500 mm。

设置2 台反冲洗泵对砂滤器、除氟器及活性炭过滤器进行反洗， 1 用1 备，反洗强度为10 L／（m2·s），单台流量为125 m3／h，扬程为20 m，功率为15 kW。

4.5 清水池

清水池1 座，尺寸为16.6 m × 3.0 m × 4.5 m，超高0.5 m，停留时间为8 h，地下式，材质为钢砼防腐。在清水池出水管道上设置COD、总氮、氨氮及pH 在线检测仪，如所有在线检测值达标，则废水排至园区污水管网，如其中一项不达标，则启用应急泵将清水池废水提升至调节池进行循环处理。排水泵2 台， 1 用1 备，单台流量为24 m3／h，扬程为40 m，功率为7.5 kW，材质为工程塑料；应急泵2 台， 1 用1 备，单台流量为50 m3／h，扬程为10 m，功率为4 kW，材质为工程塑料。

4.6 污泥脱水工段

污泥脱水工段主要由污泥浓缩池、板框压滤机、污泥泵组成。

污泥浓缩池1 座，尺寸为3.7 m × 3.0 m × 4.5 m，超高0.5 m，停留时间为8 h，地下式，材质为钢砼。设气动污泥泵2 台， 1 用1 备，流量为10 m3／h，扬程为60 m，功率为7.5 kW。

板框压滤机1 台，过滤面积为150 m2，过滤压力为0.6 MPa，污泥经脱水后，含水率约为75%。

4.7 曝气风机房、储药间、加药间及在线监测仪

风机房1 间，尺寸为2.5 m×3.0 m，放置2 台曝气风机。

储药间1 间，尺寸为4.8 m×3.5 m，储存CaCl2、Ca（OH）2、 PAC、 PAM 及重捕剂， H2O2、盐酸及NaOH根据用量，由厂内供应，储药间内不进行存储。

加药间1 间，尺寸为7.0 m×6.3 m，药剂投加设备放置于加药间，设有7 套加药撬装装置，分别为HCl、 NaOH、 CaCl2（或Ca（OH）2）、重捕剂、PAC、 PAM、 H2O2投加装置，加药罐体积均为1 m3，材质PE，每套加药系统配套计量泵2 台， 1用1 备。

在线监测站房1 间，尺寸为3.0 m×2.0 m，放置COD、总氮、氨氮及pH 在线监测仪。

5 设计特点

（1）本工程对水质进行了充分的试验和分析，采用有针对性的工艺去除废水中各项特征污染物，工艺流程合理、可靠；工艺设计灵活，除氟器及活性炭过滤器均设置了超越，可根据实际水质及运行情况，对工艺进行灵活调整。

（2）采用高压溶气增氧设备，增加曝气调节池氧气含量，同时产生数量多、粒径小的气泡，增加氧气与污染物的接触面积，氧化大部分亚硫酸根，后续投加H2O2最大限度氧化剩余亚硫酸根及还原性有机物，降低COD 浓度至排放标准。

（3）本工程选用CaCl2（或Ca（OH）2）作为除氟药剂，实际运行时，根据来水水质是否含有重金属离子选用相应的药剂，实现最大限度减少药剂投加量及危废量，同时保证废水达标排放。

6 工程运行效果

经前期的深入理论及中试试验论证，该企业废水站能够顺利将废水处理至园区污水处理厂纳管标准，即pH 值为6 ～9， ρ（COD）≤60 mg／L， ρ（SS）≤35 mg／L， ρ（F-）≤20 m／L， ρ（TDS）≤32 000 mg／L，ρ（总铜）≤1 mg／L， ρ（总锌）≤4 mg／L。目前，废水站已建设完成，设备均已通过各项功能测试及清水调试。

该企业废水站在运行过程中需与生产进行联动，密切关注危废接收类型及废水水质，加强废水检测频次，根据来水水质启动相应的加药装置，保证特征污染物得到有效去除。后续在运行过程中可根据实际情况对工艺进行优化，如在反应池进水管增设在线F-检测仪，根据F-浓度精准控制加药量，节省药剂用量及减少危废产量。另外，本工程在线COD 仪表仅作为排水参考，运行过程中企业可加强取样频次，分析屏蔽Cl-后COD 的实际值，根据检测规律与园区协商以在线COD 为参考依据的监测值。