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高出水標準要求下高含氟工業廢水處理實踐

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行業動態
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2022/09/09 10:59

01工程背景

1.1項目基本情況

該OLED項目是當地重點引進的液晶顯示面板工業項目,對區域經濟發展具有重要意義,KXC水質凈化廠是該項目配套的環保設施,由財政投資建設,為滿足環評及“三同時”要求,須在OLED項目投產前建設完成。

OLED項目生產廢水分為7類,包括含氟廢水、含H2O2廢水、含氮廢水、高氮廢水、含磷廢水、有機廢水以及公輔設施廢水和生活排水,擬采用“工廠內預處理+KXC水質凈化廠深度處理”的工藝路線,各類廢水工廠內預處理情況如下:①含氟廢水:設計水量11800m3/d,單獨收集,混凝沉淀法除氟處理后,進入含氟廢水排放池。

②含H2O2廢水:設計水量3300m3/d,單獨收集,還原、除磷處理后,并入有機廢水一同處理。

③含氮廢水:設計水量7800m3/d,含高濃度氨氮和高濃度有機物,通過硝化、反硝化去除氨氮后,并入有機廢水一同處理。

④高氮廢水:設計水量700m3/d,含更高濃度氨氮和更高濃度有機物,通過硝化、反硝化去除氨氮后,進入含氮廢水池合并再處理。

⑤含磷廢水:設計水量1200m3/d,磷酸鹽濃度高,除磷處理后并入有機廢水一同處理。

⑥有機廢水:預處理后的含H2O2、含氮、高氮、含磷及其他有機生產廢水,總設計水量42350m3/d,采用“厭氧+缺氧+好氧”工藝預處理后,進入有機廢水排放池。

⑦公輔設施廢水、生活排水:設計水量680m3/d。公輔設施廢水包括實驗室廢水、純水制備廢水等;公輔設施廢水、生活排水排入有機廢水排放池。

綜上所述,OLED項目生產廢水廠內預處理后,分含氟廢水和有機廢水兩股,分別由提升泵輸送至KXC水質凈化廠,其中含氟廢水水量11800m3/d,有機廢水水量43030m3/d。

KXC水質凈化廠尾水接納水體現狀為地表劣Ⅴ類水,環境容量已飽和。OLED項目生產排放的含氟廢水及有機廢水成分復雜,含氟廢水中F-主要以HF、氟硅酸鹽等形式存在,處理難度大,且氟已被WHO列為第三大能引起重大疾病的污染物質(僅次于砷和硝酸鹽),如不妥善處理會威脅人體生命健康。為避免影響流域內水環境質量,保障區域水環境整治成果,OLED項目環評批復要求:KXC水質凈化廠尾水排放執行《地表水環境質量標準》(GB 3838—2002)中Ⅳ類水標準。

1.2設計水量、水質及其他工程目標

1.2.1設計水量考慮10%的安全系數,本凈化廠設計規模為6×104m3/d,其中含氟廢水1.3×104m3/d,有機廢水4.7×104m3/d。

1.2.2設計進、出水水質根據環評批復及OLED項目確認.

1.2.3其他工程目標

①污泥處理目標:本工程產生的生化剩余污泥與混凝沉淀物化污泥,經濃縮、調質、脫水處理至含水率不超過60%后委托有資質單位外運處置。

 

②臭氣處理目標:本工程廠界惡臭執行《惡臭污染物排放標準》(GB 14554—1993)廠界標準值中的二級標準(新改擴建)要求。

③噪聲:本工程噪聲設計達到《工業企業廠界環境噪聲排放標準》(GB 12348—2008)Ⅱ類標準要求。

④中水回用:中水回用作為廠區溶藥、生物濾池及板框壓濾機反洗用水、綠化及洗地用水、周邊工廠生產用水等,預測中水回用規模最高可達4.2×104m3/d。

02處理工藝工程方案

2.1工藝方案論證

工藝方案論證的目的是根據水量、進出水水質及污染成分等基礎數據,基于技術可靠、投資節省、運維成本低等原則,選用效費比最優的工藝技術。本工程處理系統在降解有機物的同時,既要達到脫氮除磷的目的,又要滿足氟化物的出水指標。

①含氟廢水進水F-濃度為17mg/L,尾水排放要求F-濃度不超過1.5mg/L。含氟廢水經過除氟預處理后,與有機廢水混合均勻,再進入沒有除氟功能的生化處理+深度處理系統,且含氟廢水量占比達21.67%,只有其預處理系統出水F-濃度不超過4mg/L,才能確保尾水F-達標,因此含氟廢水預處理系統需要審慎選擇工藝參數,確保預處理效果。

②含氟廢水進水溶解性固體濃度為2000mg/L,易導致后續系統結垢、堵塞,應設置除硬工序。

③含氟廢水進水NH3-N濃度為100mg/L,常規二級生化處理工藝難以有效去除如此高濃度的NH3-N,需考慮在主體生化工藝前對NH3-N進行預處理,將其轉化為NO3-,以減輕后續系統的脫氮壓力。

④進水來自OLED項目工廠內預處理后的工業廢水,水中殘留的有機物生化性差,需考慮提高難降解有機污染物的可生化性。

⑤ 由于OLED項目工廠內預處理系統出水水質會有一定程度的波動,而本凈化廠尾水排放要求穩定達到地表Ⅳ類水標準,同時廠區用地緊張,噸水占地面積僅0.619m2/(m3·d-1),因此應選擇技術可靠、耐沖擊負荷、占地節省、適應性強的工藝方案。

⑥要求尾水中TP不超過0.3mg/L,生化系統對TP去除有限,須考慮設置物化工藝,以強化TP的去除。

2.2含氟廢水預處理工藝選擇

①除硬度

含氟廢水進水溶解性固體濃度為2000mg/L,需設置除硬設施。除硬工藝有化學法、離子交換法、膜分離法、電滲析法等。化學法通過投加石灰、純堿等藥劑,生成CaCO3、Mg(OH)2等沉淀物去除水中硬度,可有效降低水中含鹽量,但只能去除碳酸鹽硬度和堿度,如要求降低水中非碳酸鹽硬度,可采用聯合投加工藝。離子交換法通過樹脂離子交換去除水中Ca2+、Mg2+等離子,工藝成熟,多用于食品行業制飲料用水和熱電產業。膜分離法采用反滲透膜去除水中硬度,操作簡便,除鹽及去除污染物效率高,給水工程、海水淡化應用較多,投資高,運行成本高。電滲析法在外加直流電場作用下,水中陰、陽離子分別通過陰、陽離子交換膜向陽極和陰極移動,達到凈化目的,常用于初級純水制備。電滲析法投資省,處理能力大,維護方便,運行費用最高。

結合以上各除硬工藝的分析比較,本項目含氟廢水硬度去除選擇化學法,含氟廢水預處理系統設置除鈣高效沉淀池,通過投加純堿、PAC、PAM、惰性載體微砂,設置污泥循環,使水中大部分Ca2+生成CaCO3沉淀去除,除硬處理后出水溶解性固體濃度降低至不超過300 mg/L。

②除氟

除氟工藝有沉淀法、吸附法、膜分離法、離子交換法等。沉淀法通過投加Ca2+藥劑,形成CaF2沉淀而去除F-,傳統CaF2沉淀工藝出水F-濃度一般為10mg/L左右。參考類似工程經驗,通過投加適當藥劑及惰性載體、設置污泥循環等手段,可將出水F-濃度降低至不超過4mg/L。吸附法將活性氧化鋁、骨炭等吸附劑裝入填充柱,采用動態吸附方式去除F-,操作簡便、效果穩定,但吸附容量低、處理水量小、吸附過程慢、再生困難。膜分離法采用反滲透膜去除F-,效率高,產水率低,投資高,運行成本高。離子交換法通過樹脂離子交換去除F-,樹脂對F-的選擇性差,對進水水質要求苛刻,脫附液需要再處理。

對比分析以上除氟工藝的優缺點及適用條件,去除F-以沉淀法最為經濟常用,本工程選擇混凝沉淀法。在含氟廢水預處理系統中設置除氟高效沉淀池,考慮到進水中已含有過量Ca2+,本單元投加PAC、PAM、惰性載體微砂,設置污泥循環,以增大CaF2顆粒粒徑,加快其沉淀速度而去除水中F-。根據類似工程數據,只要PAC及PAM投加量、微砂粒徑、污泥循環流量選擇適當,能將出水中F-濃度降至不超過4mg/L。

③除氨氮

含氟廢水進水NH3-N濃度為100mg/L,為提高主體工藝系統的脫氮效率,設置含氟廢水預硝化工序。由于硝化菌世代期長、活性低,常規生化處理工藝要保證硝化效果,通常需加大曝氣池容積,降低有機負荷,導致反應池占地面積大。如在MBBR硝化池中投加懸浮填料,則懸浮載體上硝化菌群豐度大大增加,某運行項目鏡檢顯示懸浮載體上硝化菌群豐度達28.56%,為系統內活性污泥的14倍,MBBR系統硝化效率比常規生化工藝提高不少,因此該項目含氟廢水預硝化采用MBBR硝化池。

2.3其余處理工藝的比選與確定

2.3.1混合廢水處理工藝選擇

預處理后含氟廢水與有機廢水均勻混合后進入二級生物處理工藝,經微生物氧化分解,能基本去除可降解的有機污染物,但要實現出水穩定達到地表Ⅳ類水標準,必須設置深度處理系統,本工程采用二級生化處理+深度處理的組合工藝。

對以下處理方案進行比選:①工藝組合方案一,MBR生物反應池+高級氧化+曝氣生物濾池+紫外線消毒;②工藝組合方案二,多段AO生物反應池+二沉池+高級氧化+曝氣生物濾池+高效沉淀池+接觸消毒池。

MBR工藝處理后水質優于常規生化工藝,占地面積小、污泥泥齡長、產泥率低,不受污泥膨脹影響;但MBR反應池前需設置膜格柵,建設投資高;膜吹掃空氣消耗量大;膜需要定期清洗、定期更換,運行成本高;同時混合廢水仍存在一定硬度,有膜堵塞風險。

多段AO生物反應池+二沉池為常規處理工藝,投資、運行費用均低于MBR工藝。基于水質分析,并參考類似工程數據,若優化選擇工藝參數,強化脫氮除磷效率,可確保出水水質達到《城鎮污水處理廠污染物排放標準》一級B甚至更優的標準。深度處理采用高級氧化+曝氣生物濾池+高效沉淀池,比方案一增加了高效沉淀池,進一步攔截曝氣生物濾池泄漏的SS,強化去除水中COD、SS、TP,可確保尾水穩定達標。

本工程推薦方案二:多段AO生物反應池+二沉池+高級氧化+曝氣生物濾池+高效沉淀池+接觸消毒池。

2.3.2污泥處理工藝

本工程要求處理后污泥含水率不超過60%,而混凝沉淀物化污泥占比超過60%,物化污泥有機質含量低,難以消化處理,設計中對以下處理方案進行比選:脫水+干化工藝、加堿穩定+脫水工藝。兩種方案均成熟、可靠。脫水+干化系統建設投資、運行成本均比加堿穩定+脫水工藝高10%以上,且配套設施復雜。加堿穩定+脫水工藝需投加石灰乳、FeCl3等藥劑,處理后干污泥量增加20%~30%。

經比較,加堿穩定+脫水工藝更具經濟性,系統管理簡單,因此本工程污泥處理采用重力濃縮+加堿穩定+板框壓濾脫水機工藝。

2.4最終工藝方案

含氟廢水經除鈣+預硝化+除氟預處理后與有機廢水均勻混合,再經多段AO生物反應池+二沉池+臭氧高級氧化+曝氣生物濾池+高效沉淀池+次氯酸鈉消毒處理后,達標排放。廢水處理產生的污泥,經濃縮+污泥調質+脫水處理,至含水率不超過60%后外運,具體處理工藝流程見圖2。

03實施效果及經濟分析

3.1工程進度及現場圖片該工程于2018年11月開始施工,2020年2月底通過竣工驗收,2020年11月通過環保驗收,目前一直運行穩定,最終尾水水質優于地表水Ⅳ類標準。

3.2水量及水質

由于OLED項目生產線未滿負荷運行,含氟廢水進水量為5000~6700m3/d,有機廢水進水量為(2~2.4)×104m3/d,均為設計值的50%左右,因此目前KXC水質凈化廠運行一條處理工藝線,另一條線備用。

2020年8月1日—10月31日,連續3個月的尾水水質見表。可見,各指標均優于設計值

3.3經濟分析

包括3個月試運行費用在內,該水質凈化廠總投資為35607.57 萬元,噸水建設投資約為5935元/m3。占地面積3.7143×104m2,噸水占地面積為0.619m2/(m3·d-1)。經核算,噸水直接運行費用為2.02元/m3

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