高濃度化纖油劑廢水處理工藝研究

張 穎

（中輕建設（安徽）設計工程有限公司，安徽 合肥 230000）

1 前言

在化纖生產過程中，為了消除靜電，改善摩擦系數，提高平滑性，會在紡絲和牽伸過程中添加化纖油劑，化纖油劑的主要成分包括礦油、多元酸酯化合物、烷基磷酸脂鹽類、烷基硫酸脂鹽類、表面活性劑以及防腐劑等物質[1]，其產生的化纖油劑廢水中的COD、TP、LAS、石油類及礦物油含量都很高，且含有的防腐劑等物質會對用于生化處理的微生物產生抑制作用，因此，油劑廢水必須經預處理后才能與其他廢水混合再進入二級處理，本文旨在綜合考慮達標性、可行性、經濟性原則，提出了一套化纖油劑廢水處理方案，并在工程實例中取得到了較好效果。

2 進、出水水質分析

某化纖廠主要產生油劑廢水（160 t/d）、鍛燒等其他廢水（60 t/d）及生活污水（30 t/d），其中油劑廢水主要來源于滌綸纖維車間的油劑槽液和尼龍纖維車間的油劑沖洗水，其廢水設計進水水質和排放標準詳見表1。其中，油劑廢水的CODcr、動植物油含量較高，B/C比大于0.3，總排口出水標準要求達到《合成樹脂工業(yè)污染物排放標準》（GB31572-2015）中的表2限值要求[2]。

表1 廢水設計進水水質和排放標準單位：mg/L；（pH無單位）

3 廢水處理工藝設計

3.1 工藝流程

具體工藝流程如圖1所示。

圖1 廢水處理工藝流程圖

（1）車間油劑廢水自流進入車間收集池，經粗濾裝置攔截大的渣物后，由泵提升至調節(jié)罐，再利用曝氣攪拌混合均勻后經泵提升至氣浮裝置，經破乳、氣浮處理后進入砂濾池過濾后，自流進入綜合水池。

（2）其他廢水經車間收集池收集后經預處理進入綜合水池。

（3）生活污水經化糞池沉淀后自流進入生活廢水調節(jié)池，且生活廢水調節(jié)池中設置曝氣攪拌，廢水混勻后經泵提升至二級A池。

（4）綜合水池設置曝氣攪拌裝置混勻砂濾池來水、膜系統(tǒng)反洗水廢水和其他廢水。混合后提升進入一級水解酸化池，利用微生物代謝將大分子降解為小分子物質，提高廢水的可生化性，其出水進入UASB提升池，再由泵均勻送至UASB反應罐，利用厭氧微生物將廢水中的大分子有機污染物轉化為小分子，并部分轉化為甲烷。而厭氧出水自流進入一級A/O池，兼氧區(qū)則設置潛水攪拌機，好氧區(qū)設置曝氣裝置，經一級A/O池去除COD、氨氮及總氮并部分除磷后，通過沉淀池進行泥水分離，出水進入二沉出水池，由泵送至二級水解酸化+二級A/O池，經二級生化處理去除COD、氨氮及總氮后，進入MBR池。最后，通過MBR池的膜分離作用，廢水完成泥水分離，達到高效去除SS的目的，同時池內設污泥泵，通過泵將回流污泥輸送至二級A池，將剩余污泥排放至污泥濃縮池。其中，MBR膜池設置產水泵，MBR產水排至MBR產水箱。

（5）MBR產水通過泵提升至活性碳過濾，利用活性炭過濾、吸附去除廢水中的顆粒雜質及部分有機物，為后段的終端膜處理提供條件。碳濾后廢水進入終端膜系統(tǒng)，在進一步去除顆粒雜質后達標排放。

（6）沉淀池產生的污泥排入排泥池后，通過排泥泵排入污泥濃縮池，進行濃縮。氣浮設備的浮渣和水解池的污泥通過重力作用排至污泥濃縮池。濃縮后通過靜水壓力進入污泥調理罐后，再通過板框壓濾機完成污泥脫水，形成的泥餅則定期外運。同時，濾液、濃縮水池上清液進入調節(jié)罐。

3.2 主要處理單元

（1）調節(jié)罐

考慮槽液間歇排放，水質波動較大，需設置調節(jié)罐均衡水量水質。調節(jié)罐設計停留時間為8 h，有效容積為55 m3，空氣攪拌，同時設計應急罐一座，停留時間也為8 h，保證在突發(fā)情況下用于廢水的應急存儲。

（2）氣浮裝置

由于廢水中乳化油含量較高，油脂會包裹在微生物表面影響傳質效果，因此，油脂會對后段的生物處理產生抑制作用，所以必須采取除油措施。本方案采用先破乳后通過氣浮裝置去除。氣浮裝置選用溶氣氣浮，設計處理量為10 t/h，通過投加CaCl2破乳劑和PAM助凝劑來去除水中的油類污染物。

（3）綜合水池

綜合水池設計停留時間為10 h，有效容積為100 m3。

（4）一級水解池

一級水解池的功能主要是通過調節(jié)水溫、ORP和pH等環(huán)境條件，來培養(yǎng)優(yōu)勢菌種，并控制厭氧分解處于水解酸化階段，提高廢水的可生化性。其池體采用底部配水升流形式，內部設填料，有效容積為100 m3，停留時間為10 h，設循環(huán)泵二臺（1用1備），控制水流上升流速在1 m/h，配水孔口流速在2 m/s，以此確保水力循環(huán)攪拌充分。

（5）UASB提升池

UASB提升池的作用是，一方面有集水功能，另一方面可以在此單元預調廢水的pH、水溫等參數，以保證UASB系統(tǒng)處于較好的運行狀態(tài)。該單元設提升泵3臺（2用1備）。

（6）UASB

進水經水泵提升至UASB罐，UASB罐共設二座，尺寸為Φ4000×8000，總停留時間為28 h，上升流速控制在0.5 m/ h，容積負荷控制在1.5～3.5 kgCOD/m3·d，通過UASB進一步降解COD，為后續(xù)進入生化系統(tǒng)提供基礎。

（7）一級A/O池

設計一級A池停留時間為7 h，配攪拌機2臺，一級O池停留時間為23 h，設計風量為3.3 m3/min，內回流比控制在50%～100%，配備回流泵2臺（1用1備）。

（8）二沉池

二沉池采用中心進水周邊出水形式，表面負荷取1 m3/ m2·h，設計污泥回流比在50%～100%，剩余污泥進入污泥濃縮池，設置回流泵2臺（1用1備），中心傳動刮泥機1臺。

（9）二級水解池

出水經二沉出水池通過泵提升至二級水解池，二級水解池同樣采用底部配水升流形式，內部設填料，有效容積為170 m3，停留時間為18 h，設循環(huán)泵二臺（1用1備），控制水流上升流速在1 m/h，二套配水系統(tǒng)，配水孔口流速在2 m/s，確保水力循環(huán)攪拌充分，池體的中下部設重力排泥系統(tǒng)一套。

（10）二級A/O池

二級A/O池，設計二級A池停留時間為7 h，配攪拌機2臺，二級O池停留時間為24 h，設計風量為3.0 m3/min，內回流比控制在50%～100%，配備回流泵2臺（1用1備）。

（11）MBR池

MBR膜反應器的作用一方面可有效提高固液分離的效率，另一方面可以保持很高的污泥濃度，提高生化反應速率，因此，在好氧池后段設置MBR池，是為了達到高效去除COD和SS的功能。MBR池容積為120 m3，內置膜組件數量4套，總過濾面積是1200 m2，膜運行通量按11 L/m2.h計算，設計風量為5.0 m3/min，污泥回流比為50%～100%，剩余污泥進入污泥濃縮池，設置回流泵2臺（1用1備），排水泵2臺（1用1備）和反洗裝置1套。

4 破乳試驗

預處理是整個工藝的關鍵環(huán)節(jié)，其處理效果決定了后段工序是否能正常運行，因此，該環(huán)節(jié)是決定因素。針對本項目中的油劑廢水處理，可先在實驗室做小試，確定破乳劑的投加量、去除效率和反應條件，然后再通過實驗參數，指導整個工程的設計和運行調試。

4.1 破乳劑的選擇

由于油劑廢水含油量較高，且大部分是以乳化狀態(tài)的形式存在，所以，不能直接沉淀去除，需要投加破乳劑。經大量研究表明[3]，可采用氯化鈣破乳，陰離子聚丙烯酰胺助凝，以此有效進行破乳，達到去除含油污染物的目的。

4.2 破乳機理

（1）對于有機膠體或高分子物質來說，膠體表面常帶有水合層，由于水化膜的作用，使膠體顆粒不能聚集，當氯化鈣投入廢水中，離解成為正、負離子時，會發(fā)生強烈的水化作用，并迅速結合乳化液外水合層，從而破壞乳化液油珠的水化作用。

（2）向含有表面活性劑的乳化液廢水中投加氯化鈣后，水中的離子濃度會增加，由于濃差擴散和靜電斥力，使擴散層的厚度減少，鈣離子壓縮雙電層，以減小乳化油膠粒之間的相互排斥力，在范德華力的作用下有可能碰撞聚集脫穩(wěn)。

4.3 試驗設計

試驗設計主要考慮3個因素，氯化鈣投加量、pH值和反應時間，每個因素取3個水平，其中氯化鈣投加量取250 ppm、350 ppm、450 ppm，pH值取8、9、10，反應時間取10 min、15 min、20 min，共設計9組正交試驗。

4.4 試驗過程

取200 mL廢水，用酸堿調節(jié)pH后，加入一定量的氯化鈣快速攪拌后，再加入10 ppm 的PAM，慢速攪拌至規(guī)定反應時間后停止攪拌，靜置30 min取上清液，并測定其COD值。

4.5 試驗結果

其試驗結果詳見表2。比較極差值可知，各因素對COD的去除率影響從大到小為：氯化鈣投加量＞反應時間＞pH值，且當氯化鈣投加量為350 ppm時，pH值為9時，反應時間取20 min時，COD去除率最大，可達到79.9%。

表2 破乳試驗結果

5 工程調試和運行效果

工程調試的重點主要是氣浮工段加藥量控制和污泥馴化。

（1）當設備聯(lián)合運轉正常后，開始小流量進水，并控制藥劑用量為實驗室最優(yōu)用量，待去除效率穩(wěn)定后，提高或降低藥劑用量，再檢測COD的去除情況，以確定運行過程中的最佳運行參數。

（2）UASB系統(tǒng)采用顆粒污泥啟動，接種量宜為10 kgVSS/ m3～20 kgVSS/m3，在調試初期，將反應器控制在低負荷狀態(tài)進行，容積負荷控制在最大設計負荷的50%以下，對顆粒污泥進行馴化，逐步升溫使UASB反應器達到設計溫度，控制進水pH值在6.0～8.0之間，控制氣浮預處理后的含油量低于100 mg/L以下，否則油脂會糊在微生物表面，影響傳質效果，同時，UASB的VFA宜控制在200 mg/L以內，堿度應維持在2000 mg/l以上[4]。實際運行一個月內基本完成顆粒污泥馴化，達到正常負荷下運行。其實際運行過程中COD的去除效果詳見表3。

表3 實際運行過程中COD的去除效果

6 結論

（1）工程實踐表明，該工藝可用于化纖油劑廢水處理，預處理采用氣浮+砂濾工藝，以氯化鈣作為破乳劑，聚丙烯酰胺作為助凝劑，在實際運行過程中COD的去除率可達到65%～70%。

（2）生化處理工藝采用“一級水解+UASB+一級A/O+二級水解+二級A/O+MBR+膜處理”，出水可以滿足《合成樹脂工業(yè)污染物排放標準》（GB 31572-2015）中的表1要求和回用要求。

（3）在運行過程中要確保來水水質穩(wěn)定，否則對終端影響較大，可通過調節(jié)池均衡水量水質。另外，由于中間提升次數較多，設備維護量大，耗能較高。