组合工艺处理印染废水设计.docx
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组合工艺处理印染废水设计
组合工艺处理印染废水设计
某印染有限公司是一家以染色、印花为主的加工型乡镇企业，废水主要来源分三个部分：
①染料车间，主要由各类坯布染色后排放的含染料的废水混合而成，其中包括整个工艺中所需前处理水；②印花车间，半成品水洗及滚筒冲洗水等；③各类生活用水。
印染混合废水具有如下特点：
①废水量大，约占印染用水量的70%～90%；②水质复杂，色度高，有机物含量高，耗氧量大，悬浮物多，并且含有微量有毒物质；③受原料、季节、市场需求等变化的影响，使水质水量变化很大。
研究所于1996年8月承担了该项目的设计，针对印染废水的具体特点，采用了O/A/O生化组合工艺。
在进水CODCr为1600mg/L（大于设计标准）的情况下，出水各项水质指标均达到了GB8978—88一级标准，取得了满意的效果。
该项目总投资280万元，征用土地3350m2，投运一年多来运行稳定、情况良好，于1998年12月通过了嘉兴市环保局验收。
1废水处理工艺
工艺流程如下：
设计原水水量：
2000m3/d。
设计原水水质为印染混合废水：
CODCr≤800mg/L，BOD5≤250mg/L，色度＝500（倍），pH＝8～10。
设计出水达到GB8978—88一级标准，即CODCr≤100mg/L，BOD5≤30mg/L，色度＝50（倍），pH＝7～9，SS≤70mg/L。
1.1预处理部分
①格栅井。
格栅井尺寸为1.2m×1.0m×1.0m。
设粗、细格栅各一道，前道粗格栅的栅条间隙为20mm，后道细格栅的栅条间隙为10mm。
60°角倾置，人工清渣。
②调节池。
容积为450m3，地下式，水力停留时间5h。
内设穿孔管曝气搅拌，防止沉积，同时起到预曝气的作用并去除部分CODCr。
③竖流式沉淀池。
容积为380m3，上升流速为0.23mm/s，中间设涡流反应器一个。
集泥方式为重力排泥。
通过泵前加药（铁系混凝剂）强化一级处理，可去除50%～60%的CODCr，并且使色度大大降低。
设我院研制的中文智能pH在线监控仪一台，使pH值控制在8～9，可得到稳定的加药去除效果，确保后续O/A/O生化工艺处于良好状态。
1.2生化处理部分
①一好氧池。
水力停留时间2.5h，穿孔管鼓风曝气，内置弹性立体填料200m3，设计气水比20∶1，容积负荷为2.0kgCODCr/（m3·d），CODCr去除率为本段进水的40%。
②兼氧池。
分两段，前段水力停留时间2.5h，后段水力停留时间5h。
采用我院设计制造的长轴生化搅拌机作底部水力搅拌，内置弹性立体填料共600m3，增加了污泥浓度。
CODCr去除率为本段进水的15%，此段主要起水解酸化作用，提高B/C。
③二好氧池。
水力停留时间5.0h，穿孔管鼓风曝气，内置弹性立体填料400m3，设计气水比25∶1，容积负荷1.0kgCODCr/（m3·d），CODCr去除率为本段进水的70%。
1.3后处理部分
气浮池的停留时间为5h，采用30%出水作回流溶气水，型式为竖流式，CODCr去除率为本段进水的30%。
通过气浮去掉二好氧池出水中被剥落的生物膜和其他SS，气浮污泥回流至二好氧池。
气浮池进水采用中文智能pH在线监控仪作pH监控，使出水pH值稳定达标。
2工程调试运行
本工程1997年5月初开始生物驯化和设备调试。
工程调试接种微生物取自杭州印染厂二沉池干污泥。
一好氧、兼氧、二好氧采用先间歇培养后用印染废水连续驯化的方式培养微生物，好氧池半个月，兼氧池一个月后，微生物培养驯化基本完成。
1997年11月开始在初沉池进行加药试验，经一周后出水水质稳定达标。
1998年11月18日--19日经嘉兴市环境保护监测站进行连续两天采样监测，结果见表1。
表1 环保监测结果
采样时间
采样点
PH值
SS（mg/L）
色度（倍）
CODCr（mg/L）
BOD5（mg/L）
11月18日
9：
20
进水
10.68
686
160
1570
276
出水
7.69
34
8
76.7
10.7
11月18日
11：
20
进水
10.10
644
100
1960
857
出水
7.71
40
8
61.3
10.5
11月18日
13：
20
进水
9.71
600
160
1710
704
出水
7.65
26
8
60.7
9.45
11月18日
15：
20
进水
9.78
594
160
123060.7
203
出水
7.78
22
8
72.0
14.5
11月19日
9：
20
进水
6.92
256
100
1390
675
出水
7.72
32
8
60.0
10.2
11月19日
11：
20
进水
7.12
428
160
2000
730
出水
7.59
40
8
62.0
9.22
11月19日
13：
20
进水
9.61
481
160
1840
644
出水
7.78
34
8
64.7
8.69
11月19日
15：
20
进水
10.32
1000
100
1540
120
出水
7.79
46
16
78.70
14.4
从表1可见，治理设施出口各主要污染物指标八次监测均达到设计标准，出水水质较稳定，主要污染物的去除率均较高（平均去除率CODCr为95.99%，BOD5为97.91%，SS为94.44%，色度为93.48%）。
验收后二年来，处理设施一直稳定运转。
3经济分析
①电费：
按100kW计，功率系数取0.8，电费为0.86元/（kW·h），则1651.2元/d，即0.826元/m3废水。
②药剂费：
铁系混凝剂按0.15%投加，350元/t药剂，计0.525元/m3废水。
聚合碱或酸按200元/d计，为0.10元/m3废水。
PAM0.02元/m3废水。
共计：
1910元/d，即0.645元/m3废水。
③人工费：
共4人，平均每人每天工资25元，则100元/d，为0.05元/t废水。
④固定资产折旧为0.15元/m3废水。
⑤维修费、污泥装运费等为0.05元/m3废水。
⑥处理成本为1.721元/m3废水（直接成本1.521元/m3废水）。
4结果讨论
4.1O/A/O处理工艺机理分析
O/A/O生物处理工艺综合了厌（兼）氧、好氧和A—B法处理工艺的优点，克服了各自的缺点，使得三种工艺相得益彰，达到了环境目标和能源目标的统一。
①突破了传统的A—B工艺生物吸附—氧化概念。
首先在形式上，将仍属活性污泥法范畴的传统A—B工艺改为生物膜法（接触氧化），增加了MLVSS，提高处理效率，缩短水力停留时间，减少投资；其次在微生物降解机理上，将通常与吸附段伴存的污泥再生池省去，使得微生物再生在生物膜这一微生态系统内得以实现；再是在功能上，革新了传统A—B法只适于高效处理高浓度易生物降解有机废水，而对可生化性差的工业废水无能为力的概念，本工艺丰富了B段的内容，采用A/O克服了上述弱点。
最后，本工艺保留了A—B法的优点，通过人为地制造浓度梯度，产生高效率的有机物去除效果。
②通过分格（兼氧分二格）分段的方法，使不同格段具有不同的优势微生物种群，其表现出来的优点为：
处理有机物的种类更加多样化，对各有机物的去除更为彻底。
③对A/O工艺的改进。
这里的“A”是指兼氧水解（酸化）。
首先传统的A/O法由于A段前置，为了达到除磷脱氮的效果，最后的好氧处理出水必须有几倍于处理水量的水回流至A段，导致建设费用较大。
本工艺在第一个O/A中已达到了去除磷、氮的效果；其次传统的O/A法为了达到较好的出水，在O段必须有足够长的泥龄，同时在A段为了保持较高的MLVSS而必须添加营养，O/A/O工艺很好地解除了上述限制，解决了矛盾，因为有了“二氧化”的把关，第一个好氧池可以大大缩短泥龄；最后，更重要的是水解（酸化）—好氧处理技术，较大地提高了B/C比，有效去除难降解有机物，缩短了常规反应时间。
4.2O/A/O组合工艺参数选择
O/A/O组合工艺从根本上说，是根据生物可降解性的不同，把废水中含有的不同性质有机物在空间上放在不同格段处理而达到经济目的。
虽然除此之外还有其他的作用和要求，但应该以此为主要设计依据，其他要求为辅或作为验算依据。
在第一好氧段，以进水中易降解COD数据为设计依据，按照好氧处理要求选择设计参数，达到基本去除易降解COD的要求。
兼氧段，宜根据进水中难降解COD数据，按照兼氧理论中水解段要求选择设计参数，达到大分子化为小分子、提高废水可生化性的目的。
第二好氧段，根据兼氧段出水和排放标准，按照好氧处理要求选择设计参数，一般宜设计成延时曝气形式。
4.3监控系统
采用自动监控系统，对泵、阀实现自动监控，运行过程基本无须人工干预。
由于pH影响生物结构和处理效果，工程采用我院研制的中文智能型pH在线监控仪，在加药、加酸、加碱控制pH在所要求的范围内。
在Y/Δ启动控制之外，监控系统对2台风机实施了风压监控和自动卸压装置，使风机空载关停，改善风机使用条件，这些都对O/A/O生化组合工艺的稳定运行提供了有效保障。
4.4其他
①本工程利用脱水活性污泥接种的方式启动，与传统的活性污泥法和SBR法相比，启动周期大大缩短。
O/A/O生化组合工艺处理保证了运行效果（出水水质）稳定，总有机物去除率达95%以上，具有极强的抗冲击负荷能力，微生物恢复期较短。
②采用气浮池去除好氧池出水中含有的被剥落和淘汰的生物膜等固体悬浮物，半年的稳定运行表明：
与二沉池相比，气浮物具有明显的优越性，它占地面积小，建设费用省，去除SS效果好，有效地克服了二沉池污泥膨胀等缺点。
③各段实际运行的有机物（CODCr）去除效率：
一好氧45%，兼氧15%，二好氧75%，达到了预计处理效率。
④从经济分析看运行费用基本与应收排污费持平，但取得了较好的环境效益和社会效益。
5结论
①O/A/O组合工艺不仅具有较高的有机物去除效率，而且容易得到较好的出水水质，在有脱氮除磷要求时可同时得到去除氮磷的效果。
②实际运行表明：
O/A/O组合工艺使较大部分好氧污泥在工艺内部消化，大大减少了剩余污泥量，可以不必建单独的好氧污泥装置。
③O/A/O组合工艺很好地体现技术经济的优点，减少了建设费用和运行成本（与其他工艺相比，减少了停留时间，即减少了电耗）。
④实践证明，O/A/O组合工艺对处理有机物成分复杂的废水，特别是对既含有易降解有机物又含有难降解有机物这一类具有一定可生化性但可生化性较差的混合废水的处理，提供了一条经济有效的思路
组合式稳定塘工艺处理养猪废水设计
随着畜牧业的发展，畜产废水排放量日益增加，对农业生态环境和水体环境产生的负面影响也日益严重。
据统计，一条3.5万头规模化养猪生产线，其污染负荷相当于一座10万人的城镇，随着养殖规模的越来越大，对环境质量的威胁也在加大。
养猪场污水污染负荷高，而养猪行业的利润水平又低，因而要求污水处理工程投资低、运行费用低、处理效率高，导致目前养猪场污染治理措施难以推进，养猪场废水治理设施运行不正常，甚至废水不做处理直接排放的现象十分普遍，给社会环境造成极大的污染和损害[1]。
因此，在选择处理工艺时，充分考虑养猪场污水污染负荷高，而养猪行业的利润水平又低的特点，显得非常重要。
1水质、水量与排放标准
广州某规模化养猪场的污水量为500m3／d，设计水质及排放标准见表1。
表1设计水质及排放标准
污染因子
pH值
ρ（CODcr）／
（mg·L-1）
ρ（BOD5）／
（mg·L-1）
ρ（SS）／
（mg·L-1）
ρ（NH3－N）／
（mg·L-1）
进水水质
7.0-9.0
15000
10000
3000
1500
排放标准
6.0-9.0
400
150
200
80
注：
畜禽养殖业污染物排放标准GB18596－2001。
2工艺选型
养猪场污水处理常用的工艺为厌氧-好氧-氧化塘，均采用钢筋混凝土结构，投资大，运行费用高。
我们在设计时进行了各种工艺的筛选比较，用投药混凝、厌氧接触工艺、厌氧过滤器、上流式厌氧污泥床、复合式厌氧污泥床和厌氧塘虽然有好的处理效果，但建设费用和运行成本高而无法承受，因而必须寻求新的既简易又稳定可靠的方法。
因此，我们选择新型厌氧一兼氧组合式稳定塘处理工艺，充分利用规模化猪场的地形地势，妥善地解决了规模化猪场污水污染负荷高和养猪行业的利润低的两大难题。
此工艺有效地把上流式厌氧污泥床移植到兼性塘来，它具有投资省、运行费低、操作管理方便、能源可回收（目前未回收）的特点。
3工艺流程
养猪场污水处理流程见图1。
4工艺流程说明
①固液分离
从猪舍出来的水经集水井提升泵送到设于鼓风机房顶部的水力分离筛网，经筛网过滤，使粪渣分离。
污水进处理单元，回收粪渣外售。
②组合式稳定塘
组合式稳定塘共设2个自然塘（每个自然塘面积约2000m2），平时并列运行，清塘时（几年后清一次塘），一塘运行，另一塘清泥。
在塘的中央设置一个厌氧反应区，深5.0m。
污水从配水井用管道重力引入至厌氧反应区底部，并均匀在厌氧反应区底布水，污水经厌氧反应区底部均匀向上流动，从污水的流态来看，其结构类似上流式厌氧污泥床（UASB），污水和甲烷气都向上流动，经过厌氧污泥床。
所不同的是UASB上下流速相同，同时内有三相分离器，而组合式稳定塘上下流速不同，厌氧反应区底部流速大（约0.21m3／（m2·h）），厌氧反应区上部流速小。
最后，污水流向塘的四周进行沉淀（类似UASB的三相分离器）。
组合式稳定塘的工作原理是：
从微生物类属来看，塘分为3种微生物反应区。
即厌氧反应区、兼氧反应区、好氧和藻类生长区。
详见图2组合式稳定塘断面示意。
第一区为厌氧反应区：
污水首先进人厌氧反应区底部，并均匀分配在整个横断面上，污水流向为上流式，整个坑的容积均为絮状的厌氧微生物（污泥床）。
污水上向流经这些厌氧微生物污泥床时，污水中有机物被厌氧微生物进行降解，转化为CH4，CO2和H2O。
生成的CH4，CO2和污水不断上升，使整个污泥床得到充分的搅拌，同时污水和厌氧微生物充分接触，提高了有机物的去除效率[2]。
第二区为兼氧反应区：
除塘面和塘底的积泥层外，其余均为兼氧反应区，污水从坑顶部流出后，向四周流动，流速突然降低，可沉的悬浮物固体便沉于塘低。
污水经厌氧分解后剩余的有机物继续被兼氧微生物所利用，进一步去除污水中有机物。
第三区是塘的表面层区：
为好氧微生物和藻类生长区。
该区内，空气的复氧和藻类的光合作用提供氧气，污水中的有机物进一步被好氧微生物所利用，把它氧化为CO2和H2O。
另外，污水中的氨氮又为藻类提供营养物质，产生了良性循环。
新型厌氧-兼氧组合式稳定塘技术的设计运行参数：
坑的CODcr容积负荷（以CODcr计）为5.1kg／（m3·d）。
污水在坑内停留时间为2.6d；在塘内停留时间（含坑的停留时间）为12d，本设计的坑负荷传统13～19倍（传统式氧化培CODcr负荷（以CODcr计）为0.13－0.4kg／（m3·d）[2]。
由于特殊的设计（坑顶设计围墙包围），避免了传统的厌氧塘在刮风时竖向混流而影响底部厌氧（因为表层好氧区水中含有很高的溶解氧会入侵到厌氧区，破坏厌氧环境），并有效地抑制和防止季节性翻塘，使厌氧总保持最佳状态。
另外，坑的设计成倒置截头圆锥型，使坑内从下至上流速渐渐由大变小。
避免了厌氧污泥被水流和CH4等带出坑外，最大限度地保持了厌氧污泥浓度，从而在高的CODcr容积负荷（以CODcr计）下（Fv=5.1kg／（m3·d））还具有较高的CODcr去除效率。
从投产以来，处理系统运行情况较为稳定，新型厌氧-兼氧-组合式稳定塘出水CODcr的质量浓度一般在3000mg／L左右，CODcr去除率一般为70％左右，而传统厌氧塘CODcr去除效率50％左右。
③好氧池、高负荷氧化塘
好氧池、高负荷氧化塘组成二级好氧生化处理系统，前者采用了活性污泥法，使CODcr等进一步降解，并为后续氧化塘处理提供条件；后者采用循环沟式氧化塘，污水在此硝化脱氮。
在高负荷氧化塘中，在JET推流混合器的作用下，水在廊道中循环，由于具有一定的流速（10～15cm／s），大气复氧速率增加，同时藻类迅速生长。
藻类光合作用提供溶解氧供给好氧微生物进行代谢活动。
高负荷氧化塘出水中的微型藻类很容易沉淀，约50％～80％的藻类可在水力停留时间为l～2d的沉淀塘中自然去除。
沉淀的藻类呼吸速率很低，且可浓缩在塘底数月甚至数年而不明显释放营养物。
高负荷氧化塘中藻类的另一显著作用是提高了塘中废水的PH值，给灭菌和促使氨气向空气中扩散提供了条件。
在pH值为9.2时在24h内可100％杀灭大肠杆菌和绝大部分病原体，在白天高负荷氧化塘中废水的pH值达到9.5的并不鲜见。
整个系统稳定、高效。
④藻类沉降塘
专门设计的藻类沉降塘利用自然重力分离作用使藻类从污水中分离出来，同时由藻类自身产生的生物絮凝过程促进了自然沉淀，废水在藻类沉降塘停留时间24h以上，沉淀的藻类处于休眠状态，不会被立刻分解或腐烂。
两个藻类沉降塘同时使用，其中之一可3～4a放空一次，以去除浓缩的含藻污泥。
⑤生态塘
利用生态塘中放养的鱼类和水生植物自然降解水中的污染物（N，P），以达到出水水质要求。
5系统运行结果
该工艺于2000年6月投入运行，同年10月通过环保部门的验收。
经过2a多的运行，处理效果稳定，各项指示均达到行业排放标准。
出水水质见表2。
表2系统运行结果
时间
进水
出水
ρ（CODcr）
ρ（BOD5）
ρ（SS）
ρ（NH3－N）
ρ（CODcr）
ρ（BOD5）
ρ（SS）
ρ（NH3－N）
2000-10-15
18405
12560
3627
1857
75.44
18.57
40.50
65.3
2001-02-17
13357
9884
2541
1663
60.07
20.81
29.45
70.24
2001-06-20
16080
11361
2889
1580
47.82
15.42
36.98
54.7
2001-10-16
14983
9587
825
1602
68.57
18.56
20.84
73.61
2002-02-10
9017
7318
15780
684
53.68
14.07
19.21
58.19
2002-06-15
15899
10840
30244
1283
71.5
22.97
34.26
66.53
6处理工艺特点
①去除效率
在某规模化养猪场的污水处理工程2a的实际运行中：
CODcr平均去除率为99.43％；BOD5平均去除率为99.8％；SS平均去除率为97.7％；NH3－N平均去除率为93.45％。
②节省能源
在组合式稳定塘的处理工艺中需氧量小，耗能少，整个处理系统总运行功率为9.9kw，即0.475kw·h／m3。
深坑型消化器大大减少了污泥处理所需的能量。
同时藻类光合作用产生的氧也使需氧量进一步降低。
③基建成本
本处理工艺的基建成本为87.4万元，比氧化沟降低了67％、比滴滤池降低了70％、比活性污泥法降低了74％、比传统稳定塘降低了17％。
④节省运行成本
本处理工艺的运行成本为0.986元／m3，0.07元／kg[CODcr]，比氧化沟降低了64％、比滴滤池降低了67％、比活性污泥法降低了70％、比传统稳定塘降低了17％。
⑤冲击负荷
在实际运行中对污染物有机负荷和水力负荷的大范围波动（10％～200％），处理效果均能满足处理要求，整个系统运行稳定。
⑥减少与健康相关的风险
由于高负荷氧化塘中高pH值杀菌和出流固液分离作用，使出流液中的肠道寄生虫、致病菌和病毒的传播机会大大减少。
⑦操作管理简单、方便
整个污水处理系统设一名运行管理人员，负责污水处理系统的日常工作，如工艺控制、设备管理、粪渣清理和水生植物的管理等。
7主要经济技术指标
废水主要经济技术指标如下：
①工程总投资198万元，单位废水处理投资3960n／m3。
②占地面积近20000m2。
③运行费用：
18万元/a（含电费、人工费），即0.986元／m3，0.07元／kg[CODcr]。
若将回收的粪渣计算在内，运行费用更低。
8结论
组合式稳定塘工艺处理规模化养猪废水具有因地制宜、投资少、运行费用低、操作简单、管理方便的特点，妥善地解决了规模化猪场（热带地区）污水污染物浓度高和养猪行业的利润低的两大难题，处理效果稳定，各项指标均达到行业排放标准
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