氣浮-混凝沉淀工藝處理引水工程施工廢水的探討

董 旭

(新疆金溝河流域管理局水利管理中心，新疆 沙灣 832100)

1 引水工程概況

獨石化金溝河引水工程取水首部位于金溝河渠首上游7.2 km河道處，行政區劃隸屬于沙灣縣，建設項目由南向北成條帶形狀布置。該引水工程建成后可實現從金溝河流域靈活調水至獨山子石化總廠，并向獨山子石化生產、生活臨時應急供水。工程主要由取水管道、檢查井、集水井、截滲墻等組成。工程采用滲管取水的方式，干管全長1.885 km布置在河道左岸，支管沿主干管右側斜向布置，共9根，全長6.665 km。主干管沿線共布置了9座檢查井，在主干管末端設1座集水井，均采用鋼筋砼結構。引水工程綜合加工廠主要包括鋼筋加工廠、木材加工廠，且加工廠均布置在施工工區內，根據施工進度要求，鋼筋加工廠生產能力2 t/班，木材加工廠生產能力0.01 m3/班。根據施工方法和各種機械施工定額，確定施工機械種類及數量見表1。

表1 主要施工機械設備統計表

施工期間，砼骨料篩分生產廢水，采用氣浮-混凝沉淀工藝兩級沉淀處理后回用；施工機械沖洗廢水，通過兩級沉淀處理后用于道路灑水降塵，廢污水經處理后需滿足《污水綜合排放標準》(GB 8979-1996)中二級標準，嚴禁直接排入河道。

2 施工廢水水質水量

2.1 混凝土拌合廢水

混凝土拌和系統廢水一般呈堿性，主要污染物為懸浮物，濃度一般在2000 mg/L左右，混凝土拌和系統采取三班工作制，每臺班沖洗一次，排放方式為間歇式，一次排放量為15 m3。本工程施工期混凝土拌和系統廢水主要為拌和樓沖洗廢水，為間歇式性排放，廢水中SS、pH值較高。如果將廢水直接澆灌草場，不利于植被生長。另外，由于施工區所在的河段水功能區劃要求為Ⅱ類水體，因此本工程要求混凝土拌和廢水需回收利用，嚴禁排入河道水體。

針對混凝土沖洗廢水水量少，間斷且短時排放的特點，混凝土拌合系統廢水經沉淀處理后，添加適量酸進行中和，調節pH值至中性值后再通過氣浮-混凝沉淀工藝進行廢水處理。本次共布設1套混凝土生產用水處理設備。

2.2 施工車輛清洗含油廢水

需要沖洗的施工機械設備約60輛，平均每臺機械設備產生沖洗廢水為0.3 m3/d，則施工機械沖洗廢水排放量為18 m3/d，廢水中主要污染物成分為石油類和懸浮物，其中石油類濃度約1 mg/L～6 mg/L，懸浮物(SS)的含量約為8 g/L～10 g/L。

這部分施工廢水因含油量和重金屬含量較大，應考慮通過修建沉淀池，采用先沉淀后除油的方式進行初步處理。沉淀池設兩級，以容納廢水排放量的2 d可收集量為設計標準(類比相關工程，其收集量約為排放量的60%)，設計總容量為24 m3，兩級沉淀池各12 m3，設計深度為1 m，長4 m，寬3 m，兩級沉淀池通過位于水面以下的連通管道相連。沉淀池需作防滲襯砌，防滲采用30 cm混凝土砌筑，底部為砂礫石墊層，厚10 cm。廢水先采取隔油措施后，進入一級沉淀池，泥沙沉淀后的水經管道進入二級沉淀池，水面的浮油被阻隔在一級沉淀池中。當廢油足夠多時，由人工收集處理。人工定期清挖池內淤積泥沙，處理后的廢水再予以二次利用。要求經處理后的廢水滿足SS≤70 mg/L的要求，可以用于附近的道路灑水降塵或綠化灌溉。施工結束后待沉淀池蒸發完后進行池底清理，清理后將沉淀池覆土填埋。

2.3 廢水水質水量

按照獨石化金溝河引水工程取水首部工程建設規模所預測的施工廢水生產量為25 m3/d，施工廢水中所包含的污染物主要為COD、BOD5、銅元素及油類，考慮到區域環境保護的目標及未來發展的需要，施工廢水處理站設計處理能力為50 m3/d。考慮到對工程所在區域水資源保護和充分利用的需要，對施工過程中所生成的廢水采用“預處理氣浮除油+混凝沉淀處理重金屬”的處理工藝，以保證回水水質符合《城市污水再生利用城市雜用水水質》(GB/T 18920-2002)的相關要求，所收集的回水主要用于廠區綠化、衛生及清掃用水等用途。

獨石化金溝河引水工程取水首部工程施工過程所產生的廢水主要污染物進水水質和處理后作為回用水的出水水質要求見表2。

表2 進水水質和處理后回用水設計標準

3 廢水處理工藝

3.1 工藝流程

考慮到獨石化金溝河引水工程取水首部工程施工廢水產生過程的復雜性，其施工廢水主要為酸性、含重金屬銅離子的含油廢水，廢水處理后其回水水質要求必須符合GB/T 18920-2002的相關規定。在處理工藝選擇階段，通過篩選藥劑及處理工藝，最終決定采用“預處理隔油+氣浮除油+烴基鐵藥劑混凝沉淀處理重金屬銅離子”的處理工藝，具體流程見圖1。

圖1 施產廢水處理工藝流程

獨石化金溝河引水工程取水首部工程施工廢水水質pH值較低，不利于氣浮除油工藝的實施，應先通過pH值調節池的堿液調節所收集廢水的pH值至7.0～7.5，再泵送至隔油沉淀池，待廢水中大顆粒油珠被去除后由集油管排出；隔油池的出水所含乳化油量較大，且小顆粒乳化油因穩定性較強而存在去除難度，所以本次采用溶氣氣浮法浮選乳化油，待空氣以氣泡形式進入水中并與其中懸浮物發生黏附作用后浮起，形成浮渣層后從水中分離出來。這種處理方式分離效率高，所生成的污泥量少，施工廢水經由氣浮池除油處理后仍存在大量重金屬銅離子，還應進行深度處理，才能達到回水水質要求。

采用烴基鐵工藝進行氣浮池除油處理后的施工廢水的深度處理，由于烴基鐵藥劑具有獨特的烴基和陰離子的層狀結構以及比傳統藥劑更大的比表面積和界面反應活性能力，可以吸附絡合、還原除油處理后施工廢水中的重金屬銅離子及其他重金屬離子，使重金屬離子成功從水中分離。

初步處理后的施工廢水從烴基鐵反應池出水后再進入高級氧化池，按設計要求投加氧化劑以還原COD等原類污染物質，待廢水中金屬離子曝氣氧化后再投加混凝劑混凝沉淀。混凝沉淀處理過的廢水還應經微絮凝過濾器過濾后除去剩余懸浮物。

機械沖洗廢水處理池布置兩組，輪流使用，施工高峰期可同時使用。人工定期處理一級沉淀池表層浮油，在間歇期對沉淀池內淤積泥沙清挖，拉運至就近渣場處理。施工結束后待沉淀池蒸發完后進行池底清理，清理后將沉淀池覆土填埋。

3.2 主要構筑物

(1)玻璃鋼防腐結構的pH調節池1座，日處理能力可達50 m3/d，并增設曝氣系統和液堿投藥裝置，還可進行待處理污水pH值的在線監測。(2)玻璃鋼防腐結構的隔油沉淀池和中間水池各1座，日處理能力與pH調節池處理能力相同，隔油沉淀池和中間水池分別用于去除施工廢水中大顆粒油珠和沉淀池上清液的儲存。(3)采用HDFA氣浮法的碳鋼襯膠防腐結構氣浮池1座，日處理能力也為50 m3/d，氣浮池內增設加氣機、氣泵和撇渣機。(4)碳鋼襯膠防腐烴基鐵反應池1座，日處理能力50 m3/d，主要用于施工廢水中重金屬銅離子的去除，再烴基鐵反應池內增設攪拌機、烴基鐵加藥裝置和卸料裝置等。(5)碳鋼襯膠防腐高級氧化池1座，日處理能力50 m3/d，主要用于氧化水內COD等物質的處理，并增設攪拌機和氧化劑加藥裝置。(6)日處理能力50 m3/d的碳鋼襯膠防腐沉淀池1座，用于去除廢水內懸浮物；碳鋼襯膠防腐淤泥收集池1座，用于沉淀池內污泥的收集。

3.3 處理效果分析

運用“預處理隔油+氣浮除油+烴基鐵藥劑混凝沉淀處理重金屬銅離子”的處理工藝進行獨石化金溝河引水工程取水首部工程施工設備清洗所產生的含油廢水處理試驗，試驗結果見表3。

表3 施工廢水處理效果

根據試驗結果，“預處理隔油+氣浮除油+烴基鐵藥劑混凝沉淀處理重金屬銅離子”的處理工藝對該引水工程施工廢水處理效果較好，對油類的去除率在97%以上，烴基鐵深度處理廢水中的重金屬銅離子的去除率達98%以上，通過氧化劑的投加和處理后對COD的去除效率為87.6%，BOD類污染物去除率在94%以上。經處理后的出水水質完全符合《銅鈷鎳工業污染源排放標準》(GB 25467-2010)中對水利水電工程水污染物直接排放濃度[1]的相關規定，回水水質也同時滿足《城市污水再生利用、城市雜用水水質》(GB/T 18920-2002)中對廠區內回用水用于廠區綠化、衛生清潔用水[2]等方面的要求。

3.4 技術經濟指標

(1)藥劑費。獨石化金溝河引水工程取水首部工程施工廢水處理所使用的片堿成本為1.5元/t，PAC成本為0.05元/t，PAM成本為0.02元/t，烴基鐵成本為5.0元/t，氧化劑成本1.4元/t，藥劑總成本為7.97元/t，按照每日處理25 t施工廢水計算，則每日所需藥劑費為199.25元/t。(2)動力費。獨石化金溝河引水工程所在地區電價為0.8元/(kW·h)，廢水處理所耗用電力成本為1.2元/t，則每日電費30元/t。

綜合上述對藥劑費和動力費的分析，獨石化金溝河引水工程施工廢水單位處理成本總計9.17元/t，若每日處理施工廢水量為25 m3/d，則每日“預處理隔油+氣浮除油+烴基鐵藥劑混凝沉淀處理重金屬銅離子”工藝的運行費用為229.25元/d。

4 結論

本文對獨石化金溝河引水工程施工廢水所進行的“預處理隔油+氣浮除油+烴基鐵藥劑混凝沉淀處理重金屬銅離子”處理工藝及處理過程的分析表明，該凈化工藝占地少、處理過程簡單、工藝成熟、操作靈活，技術經濟指標的分析顯示，每噸施工廢水深度處理費用為9.17元，雖然比常規處理技術費用高，但因工藝簡單和凈化效率高，所產生的社會效益和環境效益完全可以彌補多付出的經濟費用。深度處理后的回用水水質符合規范GB/T 18920-2002的要求，對于水資源供給落后于社會經濟發展的獨山子地區具有較為顯著的社會效益和環境效益。