超高总磷浓度的废水处理工艺选择对比

超高总磷浓度的废水处理工艺选择对比

张乃齐

苏州宜科环保工程有限公司

摘要：某特殊管道表明处理企业产生的废水，具有COD浓度低，总氮浓度低、总磷浓度高、重金属含量高的特点。结合环评报告规定的排放标准，出水水质需要满足《电镀污染物排放标准（GB21900-2008）新建企业外排标准》，其中总磷排放浓度需要控制在8mg/L以下，在设计过程中主要需要考虑四个方面，一是达标排放，二是占地面积，三是设备投资成本，四是设备运行成本。经过反复论证，我方拟定出两条典型工艺路线备选，分别是三级混凝沉淀工艺以及蒸发结晶工艺。

关键词：工业废水、混凝沉淀、蒸发结晶、投资成本、运行成本

一、工程背景

某德资企业计划在浙江某市投资新建一座特殊管道表明处理加工厂，其生产工艺属于电镀工艺，因此生产废水需要按照《电镀污染物排放标准（GB21900-2008）新建企业外排标准》进行排放。在其生产过程产生的废水中总磷浓度达到了1510mg/L，重金属浓度也很高，这两点属于本次设计过程的重难点。在本项目生产废水中包括COD、BOD、总氮、动植物油以及表面活性剂等污染物产生的浓度比较低，属于不需要处理也能达到排放标准的污染物。因此在本项目中，此类污染物不列为重点进行处理。

二、项目设计基础信息

1、设计水量

本项目按照每天设计运行时间24小时，每天处理水量40m³，每年处理300天进行设计。

2、设计进水水质标准

PH：1.3，铁：177mg/L，镍：32mg/L，铬：38mg/L，总磷：1510mg/L，总悬浮固体：97mg/L，总氮：17mg/L，化学需氧量：100mg/L。

3、设计出水水质标准

PH：6-9，铁：10mg/L，镍：1mg/L，铬：1.5mg/L，总磷：8mg/L，总悬浮固体：400mg/L，总氮：70mg/L，化学需氧量：500mg/L。

三、两种工艺流程说明

1、三级混凝沉淀工艺

1.1工艺流程

原水来水→收集池→PH调整池1→反应池1→絮凝/沉淀池1→PH调整池2→反应池2→絮凝/沉淀池2→PH调整池3→反应池3→絮凝/沉淀池3→PH回调池PH调整池1→反应池1→絮凝/沉淀池1→达标排放

1.2工艺流程说明

废水处理难点在于原水中总磷含量太高，为满足最终外排水中磷能达标，同时保证工艺运行稳定，不出现结晶及污泥上浮问题，本工艺采用多级混凝沉淀法，平均分配处理负荷，保证工艺稳定有效。     

系统设计废水收集池，担负调匀水质及应急池作用，通过第一、二级混凝沉淀，在碱性条件下沉淀去除铬、镍、铁等污染物质，通过添加氯化钙药剂去除大部分磷，通过三级混凝沉淀使磷达标，水体中的COD及TN本身较低，可以直接排放，本工艺不做另外处理（例如：生化单元）。沉淀污泥通过压滤机脱水，滤液回流至收集池，泥饼委外处理。

2、蒸发结晶工艺

2.1工艺流程

原水来水→收集池→预处理装置→MVR蒸发设备→蒸馏液水箱→达标排放

2.2工艺流程说明

鉴于本项目废水原水中的磷含量浓度高达1510mg/L，如采用混凝沉淀工艺进行处理，则需连续三级处理进行处理。因此会出现处理工艺流程过长，占地面积大，操作维护繁琐，药剂及污泥处理成本过高的情况发生。如若设备长期运行下来，在运行成本上蒸发结晶工艺要少很多。

废水处理系统建设目的在于有效的处理废水，使其可以达标排放，与此同时需要综合考虑系统占地、操作维护简便，运行费用低廉等因素，综合上述因素考虑，我方通过对比分析经济效益及系统稳定性，拟了蒸发结晶工艺进行工艺对比。

蒸发结晶处理工艺：废水经过简单预处理后进入MVR设备进行蒸发处理，蒸发浓缩比可达到92%以上，废水中的污染物基本全部浓缩在浓缩液中，蒸馏液可满足直接外排，浓缩液进入结晶蒸发设备中进一步浓缩，蒸馏液回流至收集池，结晶残留物委外处理。

四、总磷去除率对比

1、三级混凝沉淀工艺

①收集池：总磷浓度：1510mg/L；
②混凝沉淀1：总磷浓度：710mg/L，去除率：53%；
③混凝沉淀2：总磷浓度：60mg/L，去除率：92%；
④混凝沉淀3：总磷浓度：5mg/L，去除率：92%；

2、蒸发结晶工艺

①收集池：总磷浓度：1510mg/L；
②MVR蒸发设备：总磷浓度：0mg/L，去除率：99.99%；

3、小结

无论是混凝沉淀工艺亦或者是蒸发结晶工艺，总磷数据上均能做到达标排放，不过，混凝沉淀工艺流程较长，不稳定因素较多，药剂投加及污泥产生量也较多。而蒸发结晶工艺工艺流程短，总磷去除效率能得到保障。

五、设备投资、平面占地及操作难度对比

1、设计过程

我方在工艺设计过程中，罗列了设备清单进行询价及所需占地对比，由于数据较多，在此就不进行详细列举，大概情况如下所示：

（1）三级混凝沉淀工艺：

①设备投资：303万元，②平面占地：8m*23m=184㎡，H≥7m，③操作难度：操作复杂、巡检频次高
    （2）蒸发结晶工艺：
①设备投资：718万元，②平面占地：8m*13m=104㎡，H≥5.5m，③操作难度：操作简单，巡检频次低

2、小结

混凝沉淀工艺在设备投资方面占有比较大的优势，这部分优势也确实非常吸引用户。然而蒸发结晶工艺除了在设备投资上呈现一定劣势，但是在其他方面例如：平面占地及操作难度上是具备比较大的优势的。

六、运行费用对比

1、三级混凝沉淀工艺

1.1药剂用量计算

①NaOH：30%液体，日用量：696kg/d，总价：1113.6元/d；

②H2SO4：30%液体，日用量：8kg/d，总价：12元/d；

③CaCl2：10%液体，日用量：838kg/d，总价：1089.4元/d；

④NaHSO3：固体，日用量：8.2kg/d，总价：32.8元/d；

⑤PAM：固体，日用量：3.6kg/d，总价：57.6元/d；
⑥每年药剂费核算（每年按300天算）：691620元，

1.2污泥量及委外费用计算

①一级混凝产泥量：1.75T/d，二级混凝产泥量：1.2T/d，三级混凝产泥量：0.11T/d，
    ②每年固废委外费用（每年按300天计算，每吨4500元）：4131000元

1.3用电量计算

①系统耗电量（依据设备清单功率数进行估算）：735kw.h/d
②每年电费合计（每年按300天计算，0.8 元/kw.h）：176400元

2、蒸发结晶工艺

2.1药剂用量计算

①酸洗剂：纯液体，日用量：3kg/d，总价：298.8元/d；

②碱洗剂：纯液体，日用量：3kg/d，总价：298.8元/d；

③消泡剂：纯液体，日用量：视情况而定，总价：12.12元/d；

④NaOH：10%液体，日用量：636.8kg/d，总价：1018.8元/d；

⑤H2SO4：10%液体，日用量：8kg/d，总价：12元/d；
⑥每年药剂费核算（每年按300天算）：492180元，

2.2结晶量及委外费用计算

①结晶产生量：0.64T/d

②每年固废委外费用（每年按300天计算，每吨3000元）：576000元

2.3用电量计算

①系统耗电量（依据设备清单功率数进行估算）：4744kw.h/d

②每年电费合计（每年按300天计算，0.8 元/kw.h）：1138560元

3、小结

（1）三级混凝沉淀工艺：

①药剂费：691620元/年，②污泥委外处置费：4131000元/年，③电费：176400元/年，④合计：4999020元/年

（2）蒸发结晶工艺：
①药剂费：492180元/年，②结晶委外处置费：576000元/年，③电费：1138560元/年，④合计：2206740元/年
    在两种工艺均能达标的情况下，药剂费及固废委外费用蒸发结晶工艺占优，在电耗上三级混凝沉淀工艺占优。整体来说，在运行费用方面，考虑到设备的长期运行，蒸发结晶工艺占据绝对优势。

七、总结

1、两种工艺整体对比

两种不同的工艺，在各个维度的综合对比，如下所示

（1）三级混凝沉淀工艺：
①设备投资：303万元，②平面占地：8m*23m=184㎡，H≥7m，③操作难度：操作复杂、巡检频次高，④运行费用：500万元/年
    （2）蒸发结晶工艺：
①设备投资：718万元，②平面占地：8m*13m=104㎡，H≥5.5m，③操作难度：操作简单，巡检频次低，④运行费用：220万元/年

2、投资回报曲线

投资回报分析旨在展现随时间线推移，三级混凝沉淀工艺与蒸发结晶工艺两种工艺路线的投资及运行费用合计支出。如下所示
    （1）混凝沉淀工艺：

①第一年：803万元，②第二年：1303万元，③第三年：1803万元，④第四年：2303万元，⑤第五年：2803万元
    （2）蒸发结晶工艺：

①第一年：938万元，②第二年：1160万元，③第三年：1382万元，④第四年：1604万元，⑤第五年：1826万元

根据数据分析得出，大约在运行一年半时间之后，蒸发结晶工艺的设备投资运行费用总和开始低于三级混凝沉淀工艺。

3、结论

在两种工艺都能达标的情况下，本项目最终选择采取的工艺路线为“蒸发结晶工艺”，原因如下：
    ①即使蒸发结晶工艺一次性设备投资要比三级混凝沉淀工艺多415万元，但是，在1年半后局面会有反转，从设备长期运行角度上来看，蒸发结晶工艺具有决定性优势。

②从设备平面占地及系统操作复杂程度上来看，蒸发结晶工艺具有比较大的优势，尤其是三级混凝沉淀工艺的配药、加药及污泥脱水转运工作量巨大，因此选择蒸发结晶工艺。