混凝-厌氧-好氧工艺处理涂料废水
摘要：采用混凝-厌氧-好氧工艺处理广州某涂料生产厂的水性涂料废水、其它生产废水和生活污水的混合废水，运行结果表明：当水性涂料废水原水中CODCr、BOD5和SS 的质量浓度分别为10 000 ～ 60 000、1 000 ～ 4 000、5 000 ～ 20 000 mg/L 时，经处理后出水CODCr、BOD5和SS 的质量浓度分别小于或等于90、20、60 mg/L，达到广东省地方标准DB44/26—2001《水污染物排放限值》第二时段一级标准的要求。
关键词：混凝；生物接触氧化；涂料废水
1 工程概况
广州某涂料生产企业主要生产水性涂料、溶剂型涂料和粉体涂料，其中溶剂型涂料和粉体涂料的生产过程不产生废水，水性涂料的生产过程产生工艺洗桶水（15 m3/d）。该工艺洗桶水中CODCr、BOD5和SS 的质量浓度分别为10 000 ～ 60 000、1 000 ～4 000、5 000 ～ 20 000 mg/L，经混凝预处理后与生活污水、洗衣废水等混合，总水量为80 m3/d，进一步采用混凝-厌氧-好氧工艺进行处理，处理后出水水质达到广东省地方标准DB 44/26—2001《水污染物排放限值》第二时段一级标准的要求。
2 工艺设计
2．1 水量水质
设计进、出水水量、水质见表1 。
表1 设计进、出水水量水质
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2．2 水质特点
生产废水间歇排放，主要污染物为钛白粉、助剂、轻质碳酸钙、滑石粉、颜料色浆等无机物，和大量的乳液、苯乙烯、丙烯酸及增稠剂、分散剂、表面活性剂等有机物，主要特征如下［1］：
（1）含有多种无机固体微粒，颗粒直径小，分散性好，难以沉降，并且含固量高，呈粘稠状，易堵塞设备和管道；
（2）生产废水中存在众多呈凝胶状态的有机物质，CODCr和BOD5浓度高，尤其是工艺洗桶水的污染物浓度很高；
（3）废水的可生化性较差，m（BOD5）／m（CODCr）值一般小于0．30。
2．3 工艺流程
2．3．1 工艺方案的选择
该废水的处理主要在于去除高浓度的SS 和CODCr，一般宜先通过预处理去除SS，再用微生物工艺去除CODCr。原水的SS 以乳胶状态分散在水中，同时水中还存在各种表面活性剂和高分子有机物，所以先采用混凝工艺进行预处理。经预处理后，出水的可生化性仍较差，后续可采用厌氧与好氧结合的生物处理工艺。
2．3．2 工艺参数的确定
主要工艺参数包括混凝单元的加药量和生物处理单元的水池容积。
（1）混凝单元加药量的确定：分别选用FeSO4、聚合氯化铝（PAC）、聚合硫酸铁（PFS）作为混凝剂，阴离子型PAM 和阳离子型PAM 作为助凝剂，以不同的投加量，作烧杯试验。得到最佳混凝条件为PAC 投加量为3 000 mg/L，阴离子型PAM（记为PAM－）投加量为200 mg/L，pH 值为7．5，原水CODCr的平均质量浓度为23 000 mg/L 时，混凝后上清液CODCr的平均质量浓度为3 200 mg/L。
（2）微生物处理工艺水池容积的确定：为了确定该废水的生化处理系统水池容积，调查了珠三角地区3 家正在运行的类似废水处理系统。这3 家废水处理系统均以处理水性涂料生产废水为主，调查时忽略其它废水，只以水性涂料生产废水（即本文的工艺洗桶水）计算HRT 和CODCr负荷。调查结果见表2。由表2 可知，本废水站的厌氧池和好氧池的CODCr容积负荷分别取0．61 和0．15 kg/（m3·d）。
表2 废水处理工艺调查结果
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注：①采用混凝沉淀工艺；②未加药剂直接用板框压滤机过滤。
2．3．3 工艺流程及说明
最终确定废水的工艺流程见图1。
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图1 工艺流程
工艺洗桶水先就近在产生地点收集，然后经气动隔膜泵输送至较远的废水处理站的混凝沉淀池，设置管道清洗的自来水泵，以防止颗粒物堵塞管道。混凝沉淀池采用间歇处理的方法，每收集一池水后，加入PAC 进行混凝反应，30 min 后再加入PAM 进一步反应。混凝反应后静置沉淀，上清液排入调节池，污泥则排入污泥池。
调节池收集混凝沉淀池的上清液、生活污水和其它工艺废水，该混合废水经提升进入二级混凝池，加入PAC 和PAM 进行混凝反应，再进入沉淀池进行固液分离。分离后的上清液进入中间池。
中间池废水经提升后依次进入厌氧池和好氧池分别进行厌氧和好氧生化反应，最后在二沉池中分离去除悬浮物，出水进入清水池。清水可用于清洗污泥压滤机等。
混凝沉淀池和沉淀池排放的污泥，以及二沉池的污泥被收集到污泥池中，用带式污泥压滤机进行脱水处理。脱水后产生的污泥泥饼委外处理。
2．4 主要构筑物及设备
（1）集水池
集水池有效容积为15 m3。内设2 台气动隔膜泵，口径为40 mm，Q为15 m3/h，H为30 m，耗气量为30 L/s。池底设有穿孔管压缩空气搅拌系统。废水输送管采用DN 50 mm 的PVC 管，流速为2 m／ s，采用室外明敷方式，便于堵塞时的检修。
另设1 套管道清洗系统，包括1 个2 000 L 的PE 桶和1 台管道清洗泵（Q为15 m3/h，H为30 m，N为3．7 kW）。PE 桶内放入自来水，储水量相当于废水输送管容积的3 倍，在每次输送完废水后，启动管道清洗泵对管道内部进行清洗。
（2）混凝沉淀池
混凝沉淀池采用圆形钢制水池，总尺寸为Φ 3．0 m×5．0 m，有效容积为20 m3。池内设有穿孔管空气搅拌系统，排泥管设有压缩空气反吹管。
采用计量泵投加NaOH，Q为1．7 L／min。各设1 台不锈钢离心泵投加PAC 和PAM，Q为4 m3/h，H为8 m，N为0．25 kW。PAC 和PAM 的投加量分别为3 000 和200 mg/L。
NaOH 储药罐容积为1 000 L。PAC 和PAM 配药罐均用1 500 L 的PE 罐，内设空气搅拌溶药系统。储药罐和配药罐均与二级混凝系统共用。
（3）调节池
有效容积为65 m3，HRT为18 h。进水口设机械格栅，池内设有穿孔管空气搅拌系统。配潜水提升泵，Q为10 m3/h，H为10 m，N为0．75 kW，设计提升水量为3．5 m3/h。
（4）二级混凝池
分成2 格，每格有效容积为4m3，HRT为1 h。池内设有穿孔管空气搅拌系统。采用计量泵投加NaOH，Q为0．25 L／min，由pH 计控制pH 值为8。
采用1 台计量泵投加PAC，Q为1．7 L／min，投加量为200 mg/L。采用1 台齿轮泵投加PAM，Q为1．1 m3/h，投加量为20 mg/L。
（5）沉淀池
竖流式沉淀池，表面积为5．8 m2，表面负荷为0．6 m3/（m2·h）。重力排泥。
（6）中间池
有效容积为50 m3，HRT为16 h。配潜水提升泵，Q为6 m3/h，H为12 m，N为0．75 kW。
（7）厌氧池
UASB 形式，尺寸为6．4 m×3．0 m×4．5 m，有效容积为80 m3，HRT为24 h。配脉冲罐、池底布水管、三相分离器。
（8）好氧池
生物接触氧化池，尺寸为6．0 m×5．0 m×4．5m，有效容积为120 m3，HRT为36 h。采用组合填料，高度为2．5 m，体积为75 m3。
配2 台（1 用1 备）罗茨鼓风机进行曝气，Q为10 m3／min，P为49 kPa，N为15 kW。池内布置穿孔管曝气系统。
（9）二沉池
竖流式沉淀池，表面积为5．8 m2，表面负荷为0．6 m3/（m2·h）。重力排泥，气提将部分污泥回流到好氧池。
（10）清水池和排水计量槽
清水池有效容积为30 m3。排水计量槽设置巴歇尔槽的超声波明渠流量计。
（11）污泥处理系统
污泥脱水机采用0．75 m带宽的带式压滤机。污泥输送泵采用1 台气动隔膜泵，口径为50 mm，Q为6 m3/h，H为30 m，耗气量为6 L/s。污泥进入压滤机前加入0．05% 的阳离子型PAM，投加泵采用1 台齿轮泵，Q为0．1 ~ 1．0 m3/h（一般用0．32m3/h）。网带清洗水取自清水池，用1 台卧式离心泵，Q为7．9 m3/h，H为60 m，P为5．5 kW。另设皮带输送机将污泥输送到室外的储泥袋中。
3 运行效果
该工程于2011 年5 月建成，2 个月后完成系统调试。自2011 年10 月后，平均处理工艺洗桶水量为15 m3/d，总水量为65 m3/d，处理后出水水质优于DB 44/26—2001 第二时段一级标准。各处理单元出水CODCr平均浓度见表3。
由表3 可知，水性涂料废水的处理主要依靠混凝沉淀单元，该单元在去除悬浮物的同时，也能去除大量的CODCr。从运行结果可以看到，经混凝后，工艺洗桶水CODCr的平均质量浓度从27 700mg/L 降到6 960 mg/L，而综合废水（调节池）CODCr的平均质量浓度从1 760 mg/L 降到314 mg/L，去除率分别达到75％和82％。由于混凝沉淀单元去除了绝大部分的CODCr，使生物系统的负荷非常低，所以达到了非常好的出水效果。
表3 各处理单元出水CODCr平均浓度 mg·L-1
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4 问题及解决措施
该废水站废水中悬浮物浓度非常高，沉淀后结成僵硬的块状，易堵塞水池和设备。因此，所有与污泥有关的设备和设施均应考虑采取防止污泥结块和堵塞的措施。一级混凝沉淀池采用间歇运行的方式，每次处理后均把池内的污泥排空，解决了污泥沉积的问题。二级混凝沉淀池连续运行，虽然污泥斗设计成倾角为60°，每60 min 排泥1 次，但仍然有大量污泥沉积和结块，需每2 ～ 4 周进行一次排空清理。因此，连续运行的沉淀池不宜用集泥斗排泥，而宜用刮泥机，或改用气浮工艺。污泥池内在没有穿孔管曝气的地方也有污泥沉积，因此宜布置间距较小的穿孔管曝气装置。污泥泵宜采用气动隔膜泵。
5 结语
（1）水性涂料生产废水具有水量小、浓度高的特点，采用混凝-厌氧-好氧的处理工艺，在混凝段PAC、PAM 的投加量分别约为3 000、200 mg ／L，厌氧池和好氧池的CODCr容积负荷分别为0．61和0．15 kg/（m3·d）的条件下，能保证出水达标。
（2）该工艺需要特别注意因污泥在管道、水池中沉积而造成的管道堵塞问题。
参考文献：
［1］张汉兴，姚际衡，葛梅．涂料废水处理工艺研究［J］．上海化工，2005，30（7）：3－5．
作者简介：陈咏波（1979－），男，广东汕头人，工程师，本科，主要从事工业废水处理工程的工艺设计。
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