1 前言
繅絲工業(yè)在我國(guó)歷史悠久，隨著近代工業(yè)化發(fā)展，繅絲企業(yè)遍布我國(guó)各大省市。我國(guó)是蠶絲生產(chǎn)大國(guó)，每年生絲產(chǎn)量約 10萬(wàn)t，1 t 生絲需消耗水資源 800~1000 t，這就意味著每年蠶絲生產(chǎn)就有 8000~10000 萬(wàn) t 廢水，這些廢水中含有大量的 COD、BOD等污染物，如果直接排放將對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重污染[1]。近年來(lái)，我國(guó)繅絲企業(yè)以鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)和個(gè)體私營(yíng)業(yè)居多，這些企業(yè)生產(chǎn)規(guī)模小，技術(shù)水平參差不齊，管理水平也較低[2]。隨著 2009 年中國(guó)紡織工業(yè)協(xié)會(huì)指出紡織業(yè)應(yīng)將促進(jìn)節(jié)能減排、清潔生產(chǎn)、綠色紡織等重點(diǎn)領(lǐng)域加快高新技術(shù)研發(fā)和利用[3]，對(duì)繅絲行業(yè)生產(chǎn)廢水處理與資源化研究并優(yōu)化繅絲廢水處理工程設(shè)計(jì)，使其適用于中國(guó)國(guó)情，有著重要的現(xiàn)實(shí)意義。本文就根據(jù)《繅絲工業(yè)水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》 (GB28936-2012)表 1 排放濃度限值要求，針對(duì)某繅絲企業(yè)生產(chǎn)廢水的特點(diǎn)，進(jìn)行廢水處理工程設(shè)計(jì)，為繅絲廢水處理提供借鑒和指導(dǎo)。
2 設(shè)計(jì)進(jìn)出水水質(zhì)
2.1 繅絲工業(yè)廢水組成
繅絲工業(yè)廢水主要由煮繭、立繅(繅絲和復(fù)搖)和副產(chǎn)品加工(汰頭)三部分廢水組成[4]，其主要成分為絲膠、絲素、粗蛋白和破碎的蛹體等。其中煮繭和立繅廢水為連續(xù)性排放，水量大，但濃度不高；汰頭廢水為間歇性排放，水量較小，但有機(jī)物濃度最高，是污染影響最為嚴(yán)重的廢水。
煮繭廢水一般占繅絲廢水的 7 %~10 % ，立繅廢水占 60 %~65 %，汰頭廢水占 7 %~15 %[5]。煮繭和立繅廢水混合后的廢水CODcr 一般為 150~250 mg/L，BOD5 為 60~100 mg/L，pH 在6.8~8.5；汰頭廢水污染物濃度高，CODcr 一般為 7000~15000mg/L，BOD5 為 3500~4000 mg/L，pH 為 10~11.5，呈堿性[6]。
2.2 本工程設(shè)計(jì)進(jìn)出水水質(zhì)
本工程廢水具有繅絲工業(yè)廢水的典型特點(diǎn)，考慮企業(yè)今后發(fā)展，經(jīng)與該公司溝通后，廢水處理工程設(shè)計(jì)處理水量為 580 m3/d，其中煮繭和繅絲廢水 500 m3/d，汰頭廢水為 60 m3/d，生活廢水 20m3/d。經(jīng)過(guò)初期檢測(cè)，企業(yè)煮繭和繅絲廢水 CODcr 為 150~289mg/L，汰頭廢水 CODcr 為 9800~11000 mg/L，生活污水 CODcr小于 300 mg/L，故設(shè)計(jì)進(jìn)出水水質(zhì)如表 1 所示：
3 處理工藝
3.1 工藝確定
目前繅絲企業(yè)廢水的處理主要采用以下兩種方案：一是將各類(lèi)生產(chǎn)廢水直接混合處理；二是先將副產(chǎn)品廢水單獨(dú)處理后再與其他生產(chǎn)廢水混合進(jìn)行處理[7]。
其中方案一基本能夠達(dá)標(biāo)排放，但沒(méi)有進(jìn)行清濁分流，增加了廢水治理的難度，也不利于廢水中絲膠蛋白的分類(lèi)提取和廢水的深度處理。方案二通過(guò)清濁分流將高濃度的汰頭廢水與其它低濃度煮繭廢水、繅絲廢水、復(fù)搖廢水等分開(kāi)，汰頭廢水經(jīng)過(guò)厭氧處理后再與其它廢水混合采用好氧處理。該方法既能達(dá)標(biāo)排放，又有利于廢水中絲膠蛋白的分類(lèi)提取和吸收，是目前比較趨向的 繅絲廢水處理方法[8]。該方案在嘉興和內(nèi)江等地[9-10]繅絲企業(yè)采取了應(yīng)用，取得了良好的實(shí)際效果。
UASB(上流式厭氧污泥床反應(yīng)器)具有污泥濃度高，有機(jī)負(fù)荷高，適用于高濃度有機(jī)廢水處理。SBR 法具有工藝簡(jiǎn)單、基建運(yùn)行費(fèi)用低、處理能力強(qiáng)、耐沖擊負(fù)荷、運(yùn)行方式靈活、不易污泥膨脹和占地面積少等優(yōu)點(diǎn)，是處理中小水量廢水，特別是間歇排放廢水的理想工藝[11]，并在繅絲廢水處理中得到了廣泛的應(yīng)用。
綜合以上分析，本工程設(shè)計(jì)借鑒同類(lèi)繅絲生產(chǎn)企業(yè)項(xiàng)目廢水處理設(shè)計(jì)實(shí)例，采用“氣浮-水解酸化-UASB-SBR”為主體的處理工藝，具體的工藝流程圖見(jiàn)圖 1 所示：
汰頭廢水首先進(jìn)入初沉調(diào)節(jié)池，其中絲膠、絲素、粗蛋白和破碎的蛹體等將大部分被沉淀去除，并調(diào)節(jié) pH 至 7~9 之間，初沉調(diào)節(jié)池出水經(jīng)加壓水泵打入壓力溶氣罐，隨回流澄清液加壓打入氣浮池，并加入 PAC 和 PAM 作為混凝劑，達(dá)到進(jìn)一步去除懸浮物和油脂類(lèi)的目的。氣浮池出水流入水解酸化池，通過(guò)兼氧微生物的水解、酸化作用將廢水中的大分子、難生物降解的有機(jī)物水解轉(zhuǎn)化成小分子、易生物降解的溶解性有機(jī)物，提高廢水的可生化性，同時(shí)去除部分 COD、BOD，并在一定程度上起到均化水質(zhì)的作用。水解酸化池出水經(jīng)泵提升至 UASB 厭氧反應(yīng)器，通過(guò)厭氧顆粒污泥的降解和轉(zhuǎn)化，將廢水中的大部分有機(jī)質(zhì)降解為CH4、CO2、H2O 或轉(zhuǎn)化為細(xì)胞體，有效降低廢水的COD 和 BOD指標(biāo)。UASB 出水自流至調(diào)節(jié)池內(nèi)。
繅絲廢水、煮繭廢水和生活廢水一起進(jìn)入到格柵井，經(jīng)過(guò)格柵攔截去除廢水中的大顆粒物質(zhì)及漂浮物后進(jìn)入調(diào)節(jié)池，在調(diào)節(jié)池中和 UASB 出水混合均化水質(zhì)后，進(jìn)入 SBR 池，在進(jìn)水階段，廢水進(jìn)入反應(yīng)池通過(guò)攪拌器與活性污泥充分混合，活性污泥中的微生物開(kāi)始吸附廢水中的有機(jī)物；通過(guò)曝氣，活性污泥開(kāi)始降解廢水中有機(jī)物，同時(shí)硝化反應(yīng)開(kāi)始，將廢水中氨氮轉(zhuǎn)化為硝酸鹽氮和亞硝酸鹽氮，廢水 COD、BOD 和氨氮等指標(biāo)降低；曝氣停止后開(kāi)始沉淀，隨著溶解氧的不斷消耗，系統(tǒng)逐漸由好氧階段轉(zhuǎn)入缺氧階段，最后到厭氧階段，反硝化脫氮開(kāi)始。最后SBR 上清液通過(guò)潷水器達(dá)到《繅絲工業(yè)水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB28936-2012)表 1 排放濃度要求后排出。
初沉調(diào)節(jié)池中沉渣主要為絲膠、絲素、粗蛋白和破碎的蛹體等，經(jīng)過(guò)處理可分類(lèi)提��；氣浮池浮渣和 UASB 及SBR 剩余污泥在污泥濃縮池內(nèi)經(jīng)過(guò)重力濃縮后，由污泥泵送入污泥脫水機(jī)進(jìn)行脫水，產(chǎn)生的泥餅外運(yùn)處置。污泥濃縮池的上清液和污泥脫水機(jī)脫出的污水回流至前端水解酸化池與汰頭廢水混合后再處理，避免產(chǎn)生二次污染。
本工程將汰頭廢水和煮繭廢水、繅絲廢水以及生活廢水分開(kāi)處理，使廢水中的絲膠蛋白得以分類(lèi)提取，減少污染物排放的同時(shí)產(chǎn)生了一定的經(jīng)濟(jì)效益；利用水解酸化池較好的抗沖擊負(fù)荷能力以及 UASB 的高有機(jī)負(fù)荷，有效應(yīng)對(duì)汰頭廢水的處理。SBR 池工藝流程簡(jiǎn)單，處理效果好，運(yùn)行方式靈活，污泥性質(zhì)穩(wěn)定易分離，無(wú)需二沉池和污泥回流設(shè)備，基建費(fèi)用低，占地面積少。
3.2 主要構(gòu)筑物及設(shè)計(jì)參數(shù)
3.2.1 初沉調(diào)節(jié)池
設(shè)兩池，兩池合建，分別用于汰頭廢水的沉淀和pH 值調(diào)節(jié)，汰頭廢水設(shè)計(jì)流量為 60 m3/d，按 2.5 m3/h 計(jì)，沉淀和調(diào)節(jié)時(shí)間均為 6 小時(shí)，初沉調(diào)節(jié)池尺寸為 4.0 m×2.5 m×4.0 m，超高 1.0 m，有效水深 3.0 m，有效容積 30.0 m3；
3.2.2 氣浮池
采用加壓溶氣氣浮方式，氣浮池處理能力 3 m3/h，并配置加壓溶氣罐 1 個(gè)，空壓機(jī) 2 臺(tái)(1 用 1 備)，PAC、PAM 加藥泵各 1臺(tái)。
3.2.3 水解酸化池
設(shè)計(jì)水力停留時(shí)間為 12 h，有效容積 30.0 m3，尺寸 3.0 m×2.5m×4.5 m，有效水深 4.0 m，超高 0.5 m。底部設(shè)布水器和生物填料，水流由下向上流方式。
3.2.4 UASB 厭氧反應(yīng)器
采用碳鋼罐體，尺寸為Φ4.2 m×7.0 m，有效容積 83 m3，水力停留時(shí)間 30 h，有效水深 6.0 m，COD 容積負(fù)荷為 6 kgCOD/(m3·d)，內(nèi)設(shè)三相分離器，外置循環(huán)泵。
3.2.5 調(diào)節(jié)池
繅絲廢水、煮繭廢水和生活污水和 UASB 出水合計(jì) 580 m3/d，按 25 m3/h 計(jì)，設(shè)計(jì)水力停留時(shí)間 6 h，尺寸為 10.0 m×5.0 m×4.0 m，超高 1.0 m，有效容積 150 m3；在池底設(shè)集水坑，水池底以 i=0.01的坡度坡向集水坑，集水坑內(nèi)設(shè) 2 臺(tái)自動(dòng)攪勻潛污泵，一用一備，型號(hào)為 WQ50-27-15-2.2，水泵基本參數(shù)為：流量 Q=27 m3/h，揚(yáng)程H=15 m，功率為N=2.2 kw。
3.2.6 SBR 池
設(shè)計(jì)流量為 580 m3/d，尺寸為 16.0 m×8.0 m×6.0 m，有效水深5.0 m，超高 1.0 m，有效容積 610 m3，分成 4 格，每日運(yùn)行周期數(shù)為 3，設(shè)置潷水器 4 臺(tái)，鼓風(fēng)機(jī) 3 臺(tái)(2 用 1 備)，池底采用微孔曝氣盤(pán)曝氣。
3.2.7 污泥濃縮池
污泥濃縮池設(shè)置 2 座，單池尺寸為 5.0 m×2.5 m×5.5 m，超高1.0 m，配套G40-1 污泥輸送泵 2 臺(tái)，流量 5 m3/h，揚(yáng)程為 30 m，功率 1.5 kw。
4 運(yùn)行結(jié)果及分析
4.1 系統(tǒng)運(yùn)行
本工程經(jīng)調(diào)試完成，投入運(yùn)行 3 個(gè)月后，該處理系統(tǒng)出水基本穩(wěn)定達(dá)標(biāo)。此時(shí)對(duì)整個(gè)處理系統(tǒng)各處理段出水水質(zhì)進(jìn)行取樣檢測(cè)，主要分析該系統(tǒng)對(duì) CODcr、BOD5 及NH3-N 處理情況，CODcr、BOD5 和NH3-N 出水濃度如圖 2-圖 4 所示：
從圖 2~4 中可以看出，經(jīng)過(guò)連續(xù) 7 d 對(duì)各處理段出水取樣分析，在汰頭廢水進(jìn)水 CODcr、BOD5 和 NH3-N 平均濃度為 11200mg/L、5172 mg/L 和 139 mg/L 的情況下，經(jīng)過(guò)氣浮+水解酸化+UASB 工藝處理后，出水 CODcr、BOD5 和NH3-N 平均質(zhì)量濃度為為 2065 mg/L、861 mg/L 和 84 mg/L，UASB 出水經(jīng)過(guò)與繅絲、煮繭和生活廢水混合調(diào)節(jié)后，經(jīng)過(guò) SBR 處理后，出水 CODcr、BOD5 和NH3-N 平均濃度為為 84 mg/L、31 mg/L 和 14 mg/L，穩(wěn)定達(dá)到《繅絲工業(yè)水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB28936-2012)表 1 排放濃度限值要求。
另外，UASB 池和 SBR 池對(duì) CODcr、BOD5 均有較高的去除率，UASB 對(duì) CODcr 去除率達(dá)到 74 %左右，對(duì) BOD5 去除率達(dá)到 80 %左右；SBR 對(duì)CODcr 去除率達(dá)到 76 %左右，對(duì) BOD5 去除率達(dá)到 80 %左右。并且整個(gè)處理系統(tǒng)具有一定的抗沖擊負(fù)荷能力，運(yùn)行穩(wěn)定。
4.2 運(yùn)行費(fèi)用
本廢水處理設(shè)施的運(yùn)行費(fèi)用主要包括藥劑費(fèi)、電費(fèi)、污泥處理費(fèi)、設(shè)備檢維修費(fèi)和人工費(fèi)用等。
(1)藥劑費(fèi)：藥劑費(fèi)主要是 PAC、PAM 和酸液的費(fèi)用，根據(jù)實(shí)際使用情況，費(fèi)用約為 0.33 元/m3。
(2)電費(fèi)：本工藝系統(tǒng)使用功率總數(shù)為 52.6 kW，每日使用電量為 1262.4 kW·h，平均電價(jià) 0.8 元 kW·h，處理每 m3 廢水電費(fèi)為：1262.4×0.8÷580=1.74 元/m3。
(3)污泥處理費(fèi)：根據(jù)實(shí)際情況，費(fèi)用為 0.30 元/m3。
(4)檢維修費(fèi)：每年對(duì)水泵、風(fēng)機(jī)等設(shè)備的維護(hù)費(fèi)用按照 3.5
萬(wàn)元考慮，維護(hù)費(fèi)用為 0.24 元/m3。
(5)人工費(fèi)：主要是操作分析人員的工資部分，定員 3 人，工資以 3000 元/月計(jì)，折合人工費(fèi)為 0.74 元/m3。
(6) 總費(fèi)用：該廢水處理 設(shè)施日常處 理費(fèi)用為： 0.33+1.74+0.30+0.24+0.74=3.35 元/m3。
5 結(jié)論
(1)采用“氣浮+水解酸化+UASB+SBR”工藝對(duì)繅絲生產(chǎn)廢水具有較好的處理效果，通過(guò)將高濃度汰頭廢水與其它低濃度煮繭廢水、繅絲廢水、生活廢水等分開(kāi)處理，可以利于廢水中絲膠蛋白的分類(lèi)提取和吸收，產(chǎn)生一定的經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí)，出水穩(wěn)定達(dá)到《繅絲工業(yè)水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB28936-2012)表 1 排放濃度限值要求。
(2)在繅絲企業(yè)實(shí)際生產(chǎn)中，汰頭廢水水質(zhì)有一定的波動(dòng)，前段采用水解酸化+UASB 有效解決的了該問(wèn)題，對(duì)廢水沖擊負(fù)荷有一定的緩沖能力。
(3) UASB 出水進(jìn)入調(diào)節(jié)池通過(guò)與繅絲、煮繭廢水和生活廢水
混合后，有效降低了 UASB 出水的 CODcr 濃度，并提高了 SBR
池的污泥負(fù)荷，提高SBR 池處理效率。
(4) UASB 池和 SBR 池對(duì) CODcr、BOD5 均有較高的去除率，
UASB 對(duì) CODcr、BOD5 的去除率分別達(dá)到 74 %和 80 %左右；SBR對(duì)CODcr、BOD5 去除率達(dá)到 76 %和 80 %左右。UASB 池和 SBR池是該工藝的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，直接決定廢水的處理效果。
(5)該工藝對(duì)于繅絲工業(yè)廢水的處理是可行的，并且運(yùn)行費(fèi)用較低，具有較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，為繅絲行業(yè)提供有效處理方案借鑒。