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包装行业润版及洗胶废水处理技术

       近年来，网上购物越来越便捷、物流行业高速发展，产品包装行业也随之迅速发展，印刷制版、润版、印刷及清洗过程中，会产生油墨废水、高浓度的冲刷冲板水及乳白色的胶浆废水等不同类型的废水。此种类型废水水量小，COD浓度高、色度高、B/C比低、难生物降解，并伴有刺激性气味，同时废水随着生产间歇性排放，水质、水量变化较大。此类废水需得到有效处理后排放，若直接排放，对环境有着较大的影响。针对常州市某包装企业原污水处理系统出现的问题，进行水质分析、实验、工程改造设计、调试及运营工作，阐述此类污水处理采用的工艺、处理效果及调试运行基本参数，为类似废水处理提供参考。

       1、工程概况

       1.1 废水水质水量分析

       本项目企业仅生产单一品种的彩盒，印刷过程中，印刷机自带油墨盒组、胶辊均无需进行清洗或擦拭。上光过程中，印刷机自带水性光油盒及上光过程胶辊也无需进行清洗或擦拭。本项目污水站处理废水主要为润版废水，覆膜工段自动覆膜机、贴击凸卡工段贴卡机、裱卡工段半自动裱卡机及组装过程中的胶辊、抹布、胶水盒的清洗废水及拖地废水。其中胶辊约每天清洗一次，设备自带胶水盒约半个月清洗一次。废水产生总量为4000t/a。污水站处理设计量为20t/d，废水主要来源于清洗过程中的胶浆废水，主要污染物为胶水颗粒。废水中还含有一部分的异丙醇、润版液等。企业废水水质如表1可知。

       1.2 废水出水要求

       本项目污水经污水站处理后接管进入当地污水处理厂进行处理，污水执行《污水排入城镇下水道水质标准》(GB/T31962-2015)中B等级标准和《油墨工业水污染物排放标准》(GB/T25463-2010)，标准值见下表：

       1.3 改造前污水处理工艺

       改造前污水处理站进水经过调节池调节水量和水质后，进入生化系统。生化系统为传统的A2/O工艺，包括两段式厌氧、缺氧和两级好氧。生化处理后出水经混凝沉淀处理。混凝沉淀药剂为传统的PAC和PAM药剂。污水经处理后出水接管，污泥和混凝沉淀物则进入污泥浓缩池，浓缩后的沉淀物经板框压滤后脱水。脱水清液进入调节池，污泥作为危废外运处置。

       改造前主要污水处理装置大小见表1。厌氧池为敞口池，搅拌污泥。厌氧池容积为12m3，有效容积在10m3左右，废水设计停留时间为12h，设计进水COD浓度为3000mg/L，实际进水COD为6000mg/L计算，厌氧COD容积负荷为由5kgCOD/m3*d上升至10kgCOD/m3*d。实际运行过程中，厌氧系统COD负荷高于设计。

       除了厌氧系统外，生化系统缺氧池利用穿管曝气，容积为7.5m3。好氧池采用穿管曝气，容积大小为25m3。厌氧系统设计负荷为70%，生化缺氧和厌氧池的COD容积负荷分别为4.8kgCOD/m3*d和1.44kgCOD/m3*d。混凝沉淀系统，PAC池及PAM池容积分别为2.5m3，设计停留时间为2.5h。混凝后沉淀池表面积为3m2，设计表面负荷为0.5m3/m2*h。

       1.4 改造前污水处理问题

       本项目污水主要污染指标为COD。调试运行初期，出水达到接管标准。随着进水总量的增加，出水COD浓度升高，同时，生化处理系统污泥吸附大量的胶浆颗粒，泥水混合物为逐渐变成乳白色。污水处理构筑物池壁产生胶浆聚合固体，黏性很强。污水站生化处理系统随着运行时间的增长，处理效果不断下降。说明改造前污水站处理流程无法满足废水处理要求，本项目污水抑制生化系统活性污泥活性，影响生化系统处理效果。根据初期污水处理系统效果。说明生化系统可对污水中有机物有降解作用，本项目污水需经预处理后进入生化系统。

       实际废水处理过程中，进水COD浓度高于设计值，系统厌氧池和缺氧池的COD负荷较高，较难达到设计处理效果，出水无法达到出水要求。污水站处理流程及建构筑物大小均需进行改造，污水处理的运行参数还需进一步确定。

       系统生化处理系统，缺少污泥沉淀池，泥水混合物直接进入混凝沉淀池，加药后沉淀后清液排放，导致部分活性污泥在沉淀过程中，失去活性，污泥大量流失，从而生化处理效果达不到设计要求。

       2、废水混凝沉淀实验结果

       为了降低废水中胶浆颗粒对污水处理站生化的影响，根据孙琳等的研究结果，进行混凝沉淀预处理试验。混凝剂为三氯化铁，助凝剂采用PAM，通过投加碱，保证混凝反应池废水pH条件。研究不同三氯化铁投加量对混凝效果的影响。表4为不同混凝剂投加胶浆颗粒的沉淀效果及原水COD的去除效果。

       本项目进水COD浓度为7130mg/L，混凝沉淀对废水中COD去除效果达到70%。混凝剂投加量在0.5%左右。经过混凝沉淀后，废水中的胶浆颗粒达到去除的效果，不会影响后续污水生化处理效果。

       3、污水站改造方案

       3.1 污水处理流程改造

       根据实验结果，增设混凝沉淀系统作为废水预处理系统，避免废水中的胶浆颗粒对生化污泥有影响，同时，结合系统原有生化系统，废水的处理流程见图2。根据现场实际情况，将系统原有的生化处理系统后的混凝沉淀池作为污泥沉淀池，此部分污泥回流至厌氧池。达到污泥回流，提高氮磷的去除率的效果，同时，避免污泥局部堆积和流失的现象。

       3.2 污水处理设备改造

       由于本项目系统进水COD高于设计值，生化系统负荷较高。但是经过预处理后，生化进水COD浓度降低，本项目实验结果表明，生化进水COD浓度为2500mg/L。但是本项目废水水质变化幅度，进水COD最高可达到15000mg/L，为避免废水COD浓度变化对生化系统有一定的影响，生化系统进水COD设计浓度为6000mg/L。

       在设备改造方面，增设1台厌氧罐，碳钢+防腐的结构，大小为Φ4*5m，有效容积60m3，厌氧系统COD负荷为2kgCOD/m3*d。同时将现有厌氧池作为缺氧池使用，缺氧池的COD容积负荷为0.6kgCOD/m3*d，好氧池的COD容积负荷为0.25kgCOD/m3*d。

       3.3 污水处理仪表改造

       (1)进水系统增设电磁流量计，确定进水流量；增设管道过滤器，避免废水中的胶浆颗粒结块，对水泵运行影响。
       (2)混凝沉淀系统设置pH计，调节混凝沉淀系统废水酸碱性，不仅保证废水混凝沉淀效果，同时还需控制pH值，避免对厌氧系统的影响。
       (3)在好氧池增设DO和pH在线监测仪，通过曝气阀门控制好氧系统的溶解氧，通过污泥回流量控制好氧系统的pH值，控制硝化菌的生长环境，达到生化系统稳定的效果。

       4、污水站调试方案

       4.1 接种菌(活性污泥)准备

       从城市污水厂采购脱水生化污泥0.6吨，厌氧罐、缺氧池、好氧池内各投加0.2吨，池内如有隔仓，需要均匀投加。污泥投加前，先将系统内注入半满高度清水，启动搅拌机和鼓风机。污泥需要经过网筛过滤，防止大颗粒杂质和柔软杂质堵塞管道、缠绕设备。投加结束，用清水将系统液位补满。为了尽量少排不合格废水，生化后的混凝沉淀池液位可只补至1/3高度。

       4.2 启动污水调试

       开启加药泵，PAC的加药量为水量为0.5%，PAM的加药量为水量的0.01%，控制混凝沉淀系统废水加碱量，使pH稳定在7~8。先按照0.5m3/h的进水流量运行进水泵，好氧池内鼓风曝气，需要控制溶解氧浓度为2~4mg/L。控制污泥回流量，好氧系统的pH至在7左右。系统运行稳定的情况下，后续逐步提高进水流量，过程中每天测试一次厌氧好氧各池的污泥沉降比SV30，生化池内投加磷酸二氢钾，硫酸铵作为微生物营养，以后需要检测分析后再决定投加量。

       5、污水站处理效果及运行参数

       污水处理站自2020年5月13日进生活污泥。进水量为设计处理规模为20m3/d。目前，污水处理站运行稳定，出水COD、总磷、氨氮和总氮指标达到出水水质要求。系统运行过程中，每周分别在缓冲池、混凝沉淀池、厌氧池、好氧沉淀池取水。取样时间及水质变化情况如下可知：

       5.1 COD去除情况

       由图3可知，系统调试运行期间，系统进水COD浓度范围为3000~5150mg/L，经混凝沉淀后，COD的去除率均在70%左右，混凝沉淀出水COD在1000mg/L左右。之后废水进入生化系统，调试初期，厌氧池废水COD浓度为631mg/L，系统稳定后，厌氧的COD去除率达到了65%以上。出水COD基本达到了200mg/L左右，达到了系统的排放要求。

       5.2 总磷去除情况

       由图4可知，试运行期间，系统进水总磷浓度范围为2~6mg/L，经混凝沉淀后，总磷的去除率均在90%左右，混凝沉淀出水总磷在0.34~1.02mg/L。生化系统厌氧池废水总磷浓度在2mg/L左右，经缺氧和好氧处理后，好氧沉淀池出水总磷后期低于0.5mg/L。系统出水总磷满足接管要求。本项目生化处理中磷浓度高于混凝沉淀池出水，主要是由于调试过程中，人工投加氮磷，作为营养元素，为保证生化系统污泥活性。

       5.3 氨氮去除情况

       由图5可知，本项目废水氨氮浓度范围为27.9~33.3mg/L，混凝沉淀系统对氨氮去除效果并不明显，混凝出水氨氮在16mg/L左右。生化系统厌氧池废水氨氮浓度在20mg/L左右，由于调试初期，通过人工投加硫酸铵作为营养。经缺氧和好氧处理后，好氧沉淀池出水氨氮浓度后期低于5mg/L。系统出水氨氮满足接管要求。本项目调试初期，厌氧氨氮浓度较高，但随着系统稳定运行，厌氧氨氮浓度降低，说明本项目生化系统含硝化反硝化菌，生化系统对氨氮的消耗，高于进水总量，后期还需通过投加铵盐的方式，补充系统氮元素，作为微生物营养。

       5.4 总氮去除情况

       由图6可知，系统进水总氮浓度范围为30~50mg/L，混凝沉淀可去除50%的总氮，厌氧池废水总氮浓度范围为11~30mg/L，出水总氮浓度范围为4~21mg/L，其中3次取样，出水总氮低于10mg/L。由于本项目系统污泥回流为间歇操作，厌氧池和好氧池的总氮浓度差别较小，需调整污泥回流量，提高反硝化效率。

       6、运行成本分析

       项目设备装机总功率为12kw，实际运行每天处理水量为24吨。系统运行每天吨水电耗为12kwh。考虑峰谷电，工业用电平均费用为0.7元/kwh，系统处理吨水用电费用为8.4元。

       污水处理系统混凝沉淀部分，PAC的投加量为5‰，PAM的投加量为0.1‰，PAC费用为1200元/吨，PAM费用为10000元/吨。系统处理吨水药剂费用为7元。

       根据项目运行过程中，板框污泥产量150kg/d，吨污泥处理费用为3000元。系统处理吨水污泥处置费用为18.75元。

       综上所示，系统吨水的运行成本为34.15元，其中污泥处置费用最高。本项目混凝沉淀过程中，产生大量的污泥，需调整药剂用量，在保证出水达标接管的前提下，减少污泥产量，降低运行成本。

       7、结论及建议

       (1)本项目包装行业润版及洗胶废水经“混凝沉淀预处理+A2/O”处理流程，出水满足《污水排入城镇下水道水质标准》(GB/T31962-2015)中B等级标准和《油墨工业水污染物排放标准》(GB/T25463-2010)。

       (2)混凝沉淀系统污泥产量较高，需调整药剂投加量，充分利用生化对废水的去除效果，出水达标接管标准的同时，减少污泥产量，降低运行成本。

       (3)本项目生化系统厌氧设计负荷为2kgCOD/m3*d，缺氧池的COD容积负荷为0.6kgCOD/m3*d，好氧池的COD容积负荷为0.25kgCOD/m3*d。好氧池DO控制在3~4左右。需定期检测系统氮磷浓度，保证系统微生物营养，提高污泥活性。

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