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纸箱生产废水回用处理新型纳米平板陶瓷膜

发布时间:2021-2-23 10:13:59  中国污水处理工程网

  在我国,纸箱行业用水量大,造成的环境污染十分严重,纸箱厂丁业废水主要产生于二个方面:一是玉米淀粉胶制胶产生的废水,废水中的COD、N、P以及无机盐都有比较严重的积累二是印刷油墨产生的废水;油墨产生的过程中使用的添加剂多为高分子添加剂,这些残留在废水中的添加剂一方面会大幅度提高废水的COD,同时会导致废水可生化性降低另外,一些油墨的生产过程中会添加比较多的酚醛类物质,这些物质残留在排出的废水中会对微生物的生长起严重的阻碍作用,导致生物处理的失败。同时,在油墨生产中会使用大量的颜料,这些颜料使产生的废水有较高的色度。油墨废水往往还含有相当量的重金属离子。所以,玉米淀粉胶制胶产生的废水和印刷油墨产生的废水都属于较难处理的工业废水。目前国内的纸箱生产企业普遍采用传统的混凝气浮-化学氧化-生物处理组合,存在着处理成本高/长期稳定达标困难等缺点。

  北京某大型纸制品公司的主营业务是制作精美裱装盒、精品卡纸包装盒、高档彩色瓦愣盒及纸箱、手提袋等各种纸包装制品,每天要排放出大量的废水。企业采取废水循环利用的策略,处理后的废水用于厂区园林绿化。针对该公司水质和水量状况的特点,本文在大量小试的基础上,采用混凝沉淀(以硅藻土为混凝剂)-水解酸化-MBR-活性炭吸附组合工艺进行处理。MBR采用平板陶瓷膜,与传统的有机膜相比,陶瓷膜由于具有化学稳定性好,特别适合带腐蚀性的工业废水,实用温度范围广,耐污染能力强,机械强度高,易与实现膜再生等一系列优点。本文以实际的纸箱生产废水为例,分析介绍了以平板陶瓷膜MBR工艺为主的各个工艺的设计特点,主要设备选型和实际一年的运行效果,可为同类废水处理提供参考。

  1、工程概述

  根据厂区实际生产情况,各车间排放污水加少量的生活废水汇集到厂区污水处理区的调节池,设计流量为240m3/d。原水水质见表1。处理后的水质达到《城市污水再生利用城市杂用水水质身GB/T18920—2002表1中的城市绿化排放标准。

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  2、工艺流程

  工艺流程如图1所示。本工程中采用的混凝剂是硅藻土。与传统的PAC、PAFC等相比,硅藻土天然资源丰富,处理成本低,脱水性好,不仅能处理胶体态与颗粒态的污染物,还能除去色度,溶解态的憐和重金属等小试结果表明,用硅藻土和PAM能除去除60%的COD、40%的色度和85%的重金属。在水解酸化阶段,大分子物质转化为小分子物质,降解一些有毒化合物,提高B/C比,为后续的MBR好氧生化处理段提供良好的环境。在MBR膜池中,全部细菌及悬浮物均被膜截流,有利于微生物的生长和繁殖,得到较高的污泥浓度,保证对有机污染物的除去和体系能够耐一定的负荷冲击,同时出水的SS和浊度几乎为零。在活性炭吸附塔进一步降低色度,最后达标排放。

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  3、主要构筑物及设计参数

  3.1 调节池

  调节池池体为钢砼结构,总尺寸为10.0mx6.0mx4.0m,有效水深3.5m,有效容积为240m3内设潜水搅拌机1台,功率2.2kW。调节池提升泵为潜水泵,1用1备,型号CP50.75-50,功率0.75KW。

  3.2 混凝沉淀池

  共2个池子,均为碳钢防腐结构,每个池子尺寸0.5mx1.0mx2.5m,有效水深2.0m。通过自动力口药系统在第2个池子加入硅藻土,在第2个池子里再加入PAM助凝剂助沉。两个加药罐均为500L的PE罐,每个加药罐配有1个加药泵,功率60kW,同时配有搅拌机,转速1440r/min,功率0.75kW。

  3.3 斜管二沉池

  池体为碳钢防腐结构,尺寸2.5mx1mx4.0m,表面负荷大约4.0m3/(m2*h),排泥泵为气动隔膜泵。空气压缩机的气源压力为气动隔膜泵的动力,排气量170L/min,功率是1.5kW。3.4水解酸化池池体为钢轮结构,10.0mx5.0mx4.0m,超高0.5m,有效容积175方。

  3.5 MBR池和中间水池

  池体为钢轮结构,10mx10mx4.0m,超高0.5m。有效容积350m3。底部采用盘式膜片微孔曝气器,采用ABS工程塑料为主体。总数量300个。MBR池工艺段的鼓风机,1用1备,流量4.08m3/min,压力44.1kPa,功率5.5kW。平板陶瓷膜采用的陶瓷膜片孔径100nm,设计平均膜通量25L/(m2.h)。MBR膜池内共有2个膜组,每个膜组安装有200m2的平板陶瓷膜,每片膜的有效膜面积是0.5m2。加上底座和集水管件、出水管件,每个膜架尺寸2.2mx0.9mx3.1m。两个膜组共400个膜片。运行方式为进水9min,停1min,反洗1min。膜抽吸栗采用自吸泵,1用1备,功率0.75kW,反洗泵采用管道离心泵,1用1备,功率1.5kW。MBR膜池和好氧池共用1台罗茨鼓风机。每个膜架底部安装有气体反吹管。当运行时抽吸跨膜压差达到0.04MPa,MBR膜会启用维护性清洗,清洗的药剂分别是用于去除有机和生物污堵的次氯酸钠和用于去除无机污堵的柠檬酸。加药采用自动在线加药方式,加药泵选用隔膜计量泵,功率60W。膜池内设有排泥栗,功率1.1kW,污泥部分回流至水解酸化池,部分至污泥浓缩箱。中间水池设有外排泵。采用潜水泵,1用1备,功率0.75kW。

  3.6 活性炭吸附塔和清水池

  活性炭吸附塔吸附塔尺寸φ2300mm,高3700mm,材质碳钢防腐,装有滤板,滤板上装有滤头和滤帽。滤板上先铺上一层石英砂,然后再铺上活性炭。清水池体为钢砼结构,总尺寸为10.0mx6.0mx4.0m,有效水深3.5m,有效容积为240m3。清水池提升泵为潜水泵,1用1备,功率0.75kW。同时,还设有活性炭吸附塔反洗泵,反洗泵采用大流量,低量程的潜水泵,功率1.1kW。

  3.7 污泥浓缩箱和板框压滤机

  污泥浓缩箱为PE材质,和混凝沉淀池共用一个PAM加药泵,配有搅拌机,转速1440r/min,功率0.75kW。排泥泵为气动隔膜栗,和斜管二沉池的排泥泵共用一个空气压缩机。板框压滤机功率为4.0kW,框压滤产生的滤液至调节池。

  4、运行情况和讨论

  原水在混凝阶段丁艺中,采用硅藻土作为混凝剂,加药量1g/L,PAM作为助凝剂,加药量3mg/L。该工艺段脱色率40%左右,COD的去除率55%左右,重金属的去除率80%左右。水解酸化接种污泥取自其他厂区水解酸化池污泥,和城市污水厂的厌氧污泥混合,接种量大约是水解酸化池的1/4。直接用混凝后的出水驯化。MBR工艺段污泥接种采用污水处理厂的二沉池的脱水污泥(VSS大约20g/L)为接种污泥进行驯化培养。MBR池中的污泥投加量为有效体积的1/5,池内污泥质量浓度达到4000mg/L。好氧池首先灌满清水,投加工业葡萄糖,使COD达到800mg/L左右,由于本纸箱生产废水中,N、P含量极低,每天按COD:N:P=200:5:1的比例根据水量投加尿素和磷废。闷曝期间不排泥,一周后,直接接水解酸化池出水。MBR平板膜采用无抽真空系统产水的模式,降低了运行能耗。初次启动时,首先需要开启反洗泵,将膜产水管道灌满清水后,再运行产水自洗泵。正常运行时,由于膜的截流作用,污泥质量浓度高达10g/L左右,出水COD55到75mg/L之间,浊度0.1NTU,由于MBR膜对色度的去除作用不明显,MBR工艺段的出水再经过活性炭的吸附,最终出水COD《30mg/L,色度等其它指标达到《城市污水再生利用城市杂用水水质3GB/T18920—2002表1中的城市绿化排放标准。

  本工程中采用反洗和安装在膜架底部的气体增加吹扫管吹扫的方式,大大延缓了膜污染。实际运行4月后,跨膜压差最高才达到0.04MPa,启动次氯酸钠和柠檬酸在线清洗。在线清洗时,同时运行反洗泵,清洗浓度次氯酸钠和柠檬酸均为2000mg/L。每次清洗后,膜通量恢复正常。运行满一年后,将整个膜架及膜组件拉出膜池,用5000mg/L的次氯酸钠和2000mg/L的柠檬酸侵泡进行恢复性清洗。整个运行及加药均由PLC和触摸屏自动控制。整个工艺运行一年结果表明,出水水质稳定,同时新型纳米平板陶瓷膜的清洗频率低,也保证了运行的连续性。

  项目总投资近百万,主要是土建投资60多万,一体化设备(混凝和斜管二沉池)和活性炭吸附塔共15万。400平米平板陶瓷膜膜片及膜架共4万。管材,管件,自控等投资10多万。运行周期24h。整个运行费用大约6.1元/m3(不包括污泥处置费),其中电费1.3元/m3,药剂费用3.5元/m3,人工费0.6元/m3,维修费0.4元/m3,检测费0.3元/m3。每年可减少排放约COD935.5t,废水回用节省自来水费40.8万元(每方自来水按5元计算),产生巨大的环境和经济效益。

  5、结论

  采用混凝沉淀+水解酸化+MBR+活性炭复合工艺来回用纸箱生产废水用于厂区绿化。效果稳定,出水能够《城市污水再生利用城市杂用水水质》GB/T18920-2002表1中的城市绿化排放标准。一年稳定运行结果表明新型纳米平板陶瓷膜具有运行通量高,抗污染能力和耐腐蚀能力强,清洗频率低等优点,对于处理和回用此类工业废水具有积极的工程借鉴意义。(来源:中交公路规划设计院有限公司,丰南区教育教学研究与教师培训中心,北京博鑫精陶环保科技有限公司,中国科学院生态环境研究中心国家水质学重点实验室,寿光东城水务有限公司)

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