張 敏

(華東建筑設(shè)計研究院有限公司，上海 200070)

冷軋廢水按照主要污染物的性質(zhì)可分為酸性廢水、稀堿含油廢水、濃堿含油廢水、乳化液廢水、平整液廢水、含鋅廢水、含鉻廢水?！朵撹F工業(yè)水污染排放標準》(GB 13456—2012)[1]對冷軋水污染物尤其是CODCr的排放提出了更為嚴格的要求。為保證穩(wěn)定的處理效果，目前多按照“酸堿分離、濃稀分離”的思路對冷軋廢水進行分質(zhì)處理。冷軋稀堿含油廢水產(chǎn)生量大，且主要污染物為油類、CODCr、固體懸浮物(SS)，因此合理設(shè)計其處理系統(tǒng)對保證冷軋廢水達標排放至關(guān)重要。

1 廢水來源、處理規(guī)模及水質(zhì)

本系統(tǒng)的冷軋稀堿含油廢水來源于熱鍍鋅機組和連退機組脫脂段的熱水漂洗及刷洗槽清洗系統(tǒng)[2]。冷軋稀堿含油廢水的設(shè)計處理規(guī)模為100 m3/h，處理后水質(zhì)滿足GB 13456—2012中表2的要求。系統(tǒng)主要的進出水水質(zhì)指標如表1所示。

表1 進出水主要水質(zhì)指標

2 冷軋含油廢水處理工藝

2.1 工藝方案確定

稀堿含油廢水常規(guī)處理工藝如下：中和-溶氣氣浮-生物接觸氧化-輻流式沉淀池/浸沒式MBR-過濾。因廢水呈弱堿性，通過加酸中和，將廢水pH值控制在6～9以保證后續(xù)處理能順利進行；氣浮法用于去除廢水中比重小于1的懸浮物、油類和脂類；生物接觸氧化用于去除廢水中的可生物降解有機物；沉淀池/浸沒式MBR用于泥水分離，使生化出水混合液澄清和濃縮腐殖污泥；過濾用于去除廢水中低濃度的懸浮物，使之滿足排放標準的要求。在兼顧場地條件、運行成本和處理效果的前提下，本處理系統(tǒng)對部分處理單元進行了調(diào)整。調(diào)整后的處理工藝為：中和-序進氣浮-生物接觸氧化-斜板沉淀池-過濾。本系統(tǒng)處理工藝與常規(guī)處理工藝不同處理單元的對比情況如表2所示。

表2 不同處理單元的對比

2.2 工藝流程

本系統(tǒng)稀堿含油廢水的處理工藝流程如圖1所示。

圖1 廢水處理工藝流程圖Fig.1 Flow Chart of Wastewater Treatment Process

來自機組的稀堿含油廢水被提升至分配池后，被分配至兩個調(diào)節(jié)池內(nèi)。調(diào)節(jié)池內(nèi)設(shè)有穿孔曝氣管，通過曝氣可均勻混合來自不同機組的稀堿含油廢水，減少因廢水雜質(zhì)沉淀而導致調(diào)節(jié)池需停運清泥的情況出現(xiàn)，并降低調(diào)節(jié)池停運清泥對整個稀堿含油廢水處理系統(tǒng)及出水效果的影響。

廢水經(jīng)調(diào)節(jié)池調(diào)節(jié)水質(zhì)水量后，被提升泵提升至兩級pH調(diào)整罐，第一級粗調(diào)，第二級精調(diào)，通過投加H2SO4將廢水pH值控制在6～9。調(diào)節(jié)pH有利于廢水中的乳化油脫穩(wěn)、破乳，并確保后續(xù)生化處理處于合適的pH范圍。

pH調(diào)整罐出水管道上設(shè)置1處管道靜態(tài)混合器，投加聚合氯化鋁(PAC)、聚丙烯酰胺(PAM)，作為廢水的主要脫穩(wěn)、破乳措施。由于稀堿含油廢水含有大量的由兩親分子組成的表面活性物質(zhì)，表面活性物質(zhì)的非極性端吸附在油粒里，極性端則伸入水中，在水中的極性端進一步電離，導致油珠界面包圍了一層負電荷，由此產(chǎn)生雙電層現(xiàn)象，提高了粒子的表面電位。增大了的ξ電位值不僅阻礙了細小油珠的兼并，而且影響油珠向氣泡表面的黏附，從而阻礙乳化液油水成為穩(wěn)定體系。為保證氣浮的出水效果，廢水在進入氣浮裝置前應采取脫穩(wěn)、破乳措施。有效的方法是投加混凝劑，使水中的相反電荷膠體增加，以壓縮雙電層，降低ξ電位值，使其達到電中和[3]。

含油廢水經(jīng)過pH調(diào)節(jié)和混凝劑投加后進入氣浮分配池，分配池內(nèi)設(shè)有溢流堰，可實現(xiàn)兩套序進氣浮裝置均勻進水。單套序進氣浮裝置包括兩段氣浮，第一段為渦凹氣浮(CAF)，第二段為溶氣氣浮(DAF)。廢水經(jīng)氣浮裝置后實現(xiàn)油水分離，排入氣浮出水池，通過泵提升至冷卻塔冷卻終至生化處理單元，適宜水溫為35 ℃，冬季水溫較低時亦可超越冷卻塔直接進入生化處理單元。氣浮產(chǎn)生的浮油、沉淀產(chǎn)生的油泥排入污泥處理系統(tǒng)。

經(jīng)氣浮預處理后的廢水仍含有一定濃度的膠狀和溶解性有機污染物，本系統(tǒng)采用生物接觸氧化對其進一步處理。生物接觸氧化具有處理效率較高、無需污泥回流、不會發(fā)生污泥膨脹、運行管理簡便、耐沖擊負荷能力強、掛膜培菌簡單等特點[3]。氣浮出水進入生化分配池后，被分配至兩座生化接觸氧化池內(nèi)。單座生物接觸氧化池分4格，為多段處理。采用多段接觸氧化池，在各池間形成明顯的有機污染物濃度梯度，這樣在每池內(nèi)生長繁殖的微生物均適應于流經(jīng)該池的水質(zhì)條件，有利于提高處理效果，取得穩(wěn)定的處理水質(zhì)。此外，針對廢水中含有較多脂類及其水解產(chǎn)物的特點，在系統(tǒng)啟動階段和運行過程中根據(jù)系統(tǒng)出水變化投加“倍加清”專性聯(lián)合菌群，強化系統(tǒng)處理效果。

生物接觸氧化出水經(jīng)泵提升至混合絮凝池，在池內(nèi)投加PAC、PAM進行混凝反應?；炷蟮膹U水自流進入4座斜板沉淀池。斜板沉淀池處理具有去除率高、停留時間短、占地面積小、能實現(xiàn)高效泥水分離的特點。沉淀池出水自流排入中間水池；沉淀污泥在系統(tǒng)啟動調(diào)試階段可經(jīng)污泥泵出口設(shè)置的旁路輸送回流至生物接觸氧化池，以維持生物接觸氧化池內(nèi)的生物量；系統(tǒng)正常運行后沉淀污泥直接排至污泥處理系統(tǒng)。

中間水池作為斜板沉淀池與過濾器之間的調(diào)節(jié)構(gòu)筑物，池內(nèi)設(shè)有提升泵，泵的出口總管上設(shè)有1處管道靜態(tài)混合器，投加混凝劑后進入3套下向流多介質(zhì)過濾器。多介質(zhì)過濾器可有效截留廢水中的低濃度懸浮物，能較好地發(fā)揮整個濾層的過濾作用，具有水頭損失增加緩慢、過濾周期較長的特點。過濾器采用無煙煤、石英砂雙層濾料，廢水下向依次流經(jīng)無煙煤和石英砂，將廢水中的低濃度懸浮物去除后排入清水池。當過濾器水頭損失達到設(shè)定值后，依次采用氣洗、水洗兩種模式對過濾器進行反沖洗，反洗水排入反洗水調(diào)節(jié)池，由調(diào)節(jié)池提升泵輸送至生物接觸氧化池處理。清水池內(nèi)設(shè)有在線監(jiān)測儀表，處理達標的廢水經(jīng)泵提升排至自然水體，不達標時通過泵出口管道上的電動閥門控制，排回調(diào)節(jié)池。

3 主要構(gòu)筑物及設(shè)備參數(shù)

(1)分配池。1座，尺寸：長×寬×深=2 m×1.2 m×1.2 m。鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，池底、內(nèi)側(cè)壁防腐。

(2)調(diào)節(jié)池。2座，單座尺寸：長×寬×深=11.2 m×4 m×7 m。鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，池底、內(nèi)側(cè)壁防腐。水力停留時間為6 h。設(shè)輸送泵2臺，一用一備，單臺流量為100 m3/h，揚程為20 m，功率為11 kW。設(shè)2臺羅茨風機作為曝氣風機，一用一備，單臺風量為15 m3/min，風壓為7.5 m H2O，功率為30 kW。池底設(shè)置穿孔曝氣管，主管在池內(nèi)構(gòu)成環(huán)狀，支管與環(huán)管連接，在支管上開5 mm的孔眼，間距為100 mm，在管壁兩側(cè)向下相隔45°角?？諝庥煽籽垡绯?。

(3)pH調(diào)整罐。2座，分一級和二級pH調(diào)整罐，單座尺寸：直徑×高=Φ2.2 m×4 m。材質(zhì)為碳鋼襯膠。每座水力停留時間為9 min。每罐內(nèi)設(shè)攪拌機1臺，功率為1.1 kW，材質(zhì)為不銹鋼SUS304。每罐內(nèi)設(shè)有在線pH監(jiān)測儀，與H2SO4投加管道上的調(diào)節(jié)閥進行連鎖，通過控制調(diào)節(jié)閥開度，控制H2SO4投加量。

(4)氣浮分配池。1座，尺寸：長×寬×深=2 m×1.2 m×1.2 m。材質(zhì)為碳鋼內(nèi)外防腐。池內(nèi)設(shè)有溢流堰。

(5)序進氣浮裝置。2套，單套處理能力為50 m3/h，材質(zhì)碳鋼內(nèi)外防腐。裝置含曝氣機、螺旋排渣機、刮渣機、多相流泵和配套閥門。

(6)氣浮出水池。1座，尺寸：長×寬×深=4 m×2 m×2.5 m。鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，池底、內(nèi)側(cè)壁防腐。設(shè)提升泵2臺，一用一備。單臺流量為100 m3/h，揚程為20 m，功率為11 kW。

(7)冷卻塔。1臺，處理水量為100 m3/h，采用玻璃鋼逆流冷卻塔，PP網(wǎng)格淋水填料，配套冷卻塔風機直徑為Φ2.8 m，電機功率為7.5 kW。

(8)生化分配池。1座，尺寸：長×寬×深=2 m×1.2 m×1.2 m。鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，池底、內(nèi)側(cè)壁防腐。

(9)生物接觸氧化池。2座(并聯(lián)運行)，共8格，單格尺寸：長×寬×深=6.6 m×5.35 m×7 m。鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，池底、內(nèi)側(cè)壁防腐?？偹νＡ魰r間為13 h。采用醛化維綸組合填料，填料總體積為1 540 m3，固定在生物填料框上置于池內(nèi)。填料容積負荷為0.60 kg CODCr/(m3填料·d)。設(shè)提升泵2臺，一用一備，單臺流量為120 m3/h，揚程為20 m，功率為15 kW。設(shè)2臺羅茨風機作為曝氣風機，一用一備，單臺風量為36 m3/min，風壓為7.5 m H2O，功率為75 kW。池底設(shè)置穿孔曝氣管，主管在池內(nèi)構(gòu)成環(huán)狀，支管與環(huán)管連接，在支管上開5 mm的孔眼，間距為100 mm，在管壁兩側(cè)向下相隔45°角。空氣由孔眼溢出。

(10)混合絮凝池。1座，分為2格，一格混合池，一格絮凝池，單格尺寸：長×寬×深=4 m×2 m×4 m。材質(zhì)為碳鋼內(nèi)外防腐?？偹νＡ魰r間為24 min?；旌铣貎?nèi)設(shè)攪拌機1臺，功率為3 kW，轉(zhuǎn)速為85 r/min。絮凝池內(nèi)設(shè)攪拌機1臺，功率為1.5 kW，轉(zhuǎn)速為28 r/min。

(11)斜板沉淀池。4座，單座尺寸：長×寬×深=10 m×4 m×4.5 m。鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，池底、內(nèi)側(cè)壁防腐。表面負荷率為0.75 m3/(m2·h)。斜板采用玻璃鋼材質(zhì)。設(shè)污泥輸送泵8臺，每池2臺，一用一備，單臺流量為20 m3/h，揚程為30 m，功率為7.5 kW。

(12)中間水池。1座，尺寸：長×寬×深=7 m×4 m×7 m，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，池底、內(nèi)側(cè)壁防腐。設(shè)提升泵2臺，一用一備，單臺流量為120 m3/h，揚程為40 m，功率為22 kW。設(shè)反洗水泵2臺，一用一備，單臺流量為50 m3/h，揚程為25 m，功率為11 kW。

(13)多介質(zhì)過濾器。3臺，尺寸：直徑×高=Φ3.2 m×4.5 m。材質(zhì)為碳鋼內(nèi)外防腐，單臺處理能力為45～60 m3/h。采用無煙煤、石英砂雙層濾料。最大濾速為7.5 m/h?？諝鉀_洗強度為18 L/(m2·s)，沖洗時間為2 min；水沖洗強度為6 L/(m2·s)，沖洗時間為5 min；工作周期為24 h。過濾器反沖洗用氣源來自廠區(qū)0.4～0.7 MPa的壓縮空氣管網(wǎng)。

(14)反洗水調(diào)節(jié)池。1座，尺寸：長×寬×深=3 m×3 m×1.5 m。鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，池底、內(nèi)側(cè)壁防腐。設(shè)提升泵2臺，一用一備，單臺流量為20 m3/h，揚程為20 m，功率為5.5 kW。

(15)清水池。1座，尺寸：長×寬×深=7 m×4 m×4 m。鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，池底、內(nèi)側(cè)壁防腐。設(shè)提升泵2臺，一用一備，單臺流量為120 m3/h，揚程為20 m，功率為15 kW。池內(nèi)設(shè)有COD在線監(jiān)測儀，與提升泵出口總管的2個電動蝶閥進行連鎖，根據(jù)出水水質(zhì)情況控制出水排至自然水體或排回調(diào)節(jié)池。

4 系統(tǒng)運行效果

本系統(tǒng)從竣工驗收至今，已連續(xù)穩(wěn)定運行了8個月，各主要單元的出水指標如表3所示。

表3 主要單元的出水水質(zhì)指標

運行結(jié)果表明:系統(tǒng)出水CODCr≤50 mg/L，平均去除率為93%；出水SS為17～25 mg/L，平均去除率86%；出水石油類≤2 mg/L，平均去除率為98%；出水電導率為2 300～4 000 μS/cm。出水各項指標滿足GB 13456—2012中表2的要求。

5 結(jié)論

(1)本稀堿含油廢水處理系統(tǒng)以“序進氣浮+生物接觸氧化池+斜板沉淀池”為主體工藝，自建成投產(chǎn)以來，一直運行穩(wěn)定，系統(tǒng)出水CODCr≤50 mg/L，SS為17～25 mg/L，石油類≤2 mg/L，處理水質(zhì)能達到GB 13456—2012中表2的排放要求。采用此處理工藝，含人工、藥劑、電費在內(nèi)的噸水處理成本約為2.5元。

(2)從循環(huán)利用、節(jié)能減排的角度考量，本系統(tǒng)處理出水直接外排是對水資源的浪費。但本系統(tǒng)處理工藝不能有效去除廢水中的溶解性鹽類，因此出水仍有較高的電導率。若考慮將處理水作為工業(yè)新水直接回用于冷軋機組，則須考慮新增脫鹽工藝，使處理水的電導率不高于500 μS/cm。