新型干法腈綸廢水組合處理工藝研究

耿延軍

(撫順市環(huán)境保護局，遼寧 撫順 113006)

我國腈綸產(chǎn)業(yè)從20世紀90年代初進入了高速發(fā)展期。然而干法腈綸生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的廢水成分復雜、處理難度大，目前國內(nèi)尚沒有成熟的處理技術，在環(huán)保標準日益嚴格的今天，極大地限制了其發(fā)展空間[1]。

腈綸聚合反應過程中形成的難生物降解物質(zhì)——低聚物和高濃度的亞硫酸鹽，是干法腈綸廢水處理效果不理想、不能實現(xiàn)穩(wěn)定達標排放的主要原因[2]。目前國內(nèi)外腈綸企業(yè)均采用生化法處理生產(chǎn)廢水，國外在生化處理過程中充分考慮了脫氮過程，一般采用多級缺氧、好氧的處理路線；而國內(nèi)干法腈綸廢水處理裝置全部采用中國紡織研究院設計的厭氧-好氧-生物活性炭處理工藝[3]，該工藝未能充分考慮脫氮過程，處理后廢水的CODCr、NH3-N均達不到排放標準[4]。

作者在此以撫順石化分公司腈綸化工廠干法腈綸廢水為研究對象，對其水質(zhì)進行了分析，針對性地提出了新的組合處理工藝[5]，即鐵碳內(nèi)電解-混凝沉淀-水解酸化反應-生物流化床反應-硝化反應組合工藝。

1 實驗

1.1 腈綸廢水水質(zhì)(表1)1.2 方法

以CODCr去除率和可生化性為評價指標，考察各處理單元的處理效果。根據(jù)研究過程中發(fā)現(xiàn)的問題，及時調(diào)整或增加新的研究內(nèi)容。處理技術方案見圖1。

表1 腈綸廢水水質(zhì)/mg·L-1

圖1 干法腈綸廢水處理技術方案

1.2.1 化學氧化及混凝沉淀處理

化學氧化反應器及聚凝沉淀器見圖2。其中化學氧化反應器由上海大學研制。在循環(huán)泵循環(huán)及空氣攪拌下，廢水與反應器內(nèi)的填料頻繁接觸，在催化劑的催化下，廢水的CODCr被降解。具體處理程序為：廢水進入化學氧化反應器后，加濃H2SO4調(diào)pH值至4～4.5，再加60 mg·L-1FeSO4，泵打循環(huán)2～6 h，出水至聚凝沉淀器，加100 mg·L-1CaO調(diào)pH值至8～8.5，沉淀2 h，上清液進入下一道工序，沉淀物外排。

圖2 化學氧化反應器及聚凝沉淀器

1.2.2 動態(tài)氧化處理

動態(tài)氧化分離器見圖3。動態(tài)氧化分離器分為3段，每一段都有粒狀填料，在空氣攪拌及循環(huán)時，腈綸廢水、空氣、粒狀填料及污泥充分接觸，呈流化狀態(tài)。此外分離器內(nèi)壓力為0.2 MPa，氧的轉(zhuǎn)移效率高，分離器內(nèi)溶解氧可達8 mg·L-1以上。在高溶解氧、高污泥濃度的條件下，污水CODCr得到迅速降解。首先將撫順腈綸化工廠污水場濃縮池污泥加入動態(tài)氧化分離器，然后進調(diào)節(jié)池污水進行污泥培養(yǎng)和馴化，45 d后污泥馴化結(jié)束。

圖3 動態(tài)氧化分離器

1.2.3 缺氧處理

缺氧處理現(xiàn)場實驗裝置見圖4。缺氧池投加上海大學篩選的高效厭氧菌種，用調(diào)節(jié)池污水連續(xù)培養(yǎng)馴化45 d，菌種培養(yǎng)馴化成功。進水溫度控制在(35±3)℃。在不斷循環(huán)狀態(tài)下，厭氧菌始終處于懸浮狀態(tài)，和廢水充分接觸，在溶解氧低于0.5 mg·L-1的條件下，對廢水進行水解、酸化處理。

圖4 缺氧處理現(xiàn)場實驗裝置

1.2.4 硝化處理

采用了最經(jīng)濟的除銨辦法——微生物硝化處理。實驗裝置見圖5。

圖5 硝化現(xiàn)場實驗裝置

硝化池內(nèi)投加上海大學篩選的高效復合硝化菌種，并一次性投加占硝化池保有水量0.3%的活性炭作為菌種的載體。進水溫度控制在20～30 ℃，溶解氧控制在4～6 mg·L-1。

1.3 分析與檢測

CODCr按照《水質(zhì) 化學需氧量的測定 重鉻酸鹽法》(GB11914-1989)測定。

pH值按照《水質(zhì) pH的測定 玻璃電極法》(GB6920-86)測定。

NH3-N按照《水質(zhì) 銨的測定 蒸餾和滴定法》(GB7478-87)測定。

2 結(jié)果與討論

2.1 化學氧化及混凝沉淀處理干法腈綸廢水

對腈綸廢水、調(diào)節(jié)池污水及污水場出水進行化學氧化處理，結(jié)果見圖6。

圖6 化學氧化及混凝沉淀處理三種廢水的CODCr降解曲線

由圖6可知，腈綸廢水、調(diào)節(jié)池污水及污水場出水經(jīng)化學氧化及混凝沉淀6 h、4 h、2 h后，再延長停留時間，CODCr下降已不明顯。從經(jīng)濟與技術兩方面考慮，腈綸廢水、調(diào)節(jié)池污水、污水場出水的化學氧化及混凝沉淀停留時間分別選擇6 h、4 h、2 h。化學氧化反應器及混凝沉淀器處理廢水2～6 h，廢水的CODCr去除率達27.83%～45.39%，表明該反應器對腈綸廢水是很有效的。

2.2 動態(tài)氧化處理干法腈綸廢水

對腈綸廢水、調(diào)節(jié)池污水、污水場出水進行動態(tài)氧化處理，結(jié)果見圖7。

圖7 動態(tài)氧化處理三種廢水的CODCr降解曲線

由圖7可知，腈綸廢水、調(diào)節(jié)池污水及污水場出水經(jīng)動態(tài)氧化6 h、4 h、2 h后，再延長停留時間，CODCr下降已不明顯。從經(jīng)濟與技術兩方面考慮，腈綸廢水、調(diào)節(jié)池污水、污水場出水的動態(tài)氧化停留時間分別選擇6 h、4 h、2 h。動態(tài)氧化分離器處理廢水2～6 h，廢水的CODCr去除率達30.22%～68.43%，表明該反應器對腈綸廢水具有較高的去除能力。

2.3 缺氧處理干法腈綸廢水

對腈綸廢水、調(diào)節(jié)池污水、污水場出水進行缺氧處理，結(jié)果見圖8。

圖8 缺氧處理三種廢水的CODCr降解曲線

由圖8可知，腈綸廢水、調(diào)節(jié)池污水及污水場出水經(jīng)缺氧處理36 h、24 h、10 h后，再延長停留時間，CODCr下降已不明顯。從經(jīng)濟與技術兩方面考慮，腈綸廢水、調(diào)節(jié)池污水、污水場出水的缺氧處理停留時間分別選擇36 h、24 h、10 h。

缺氧處理對干法腈綸廢水是有效的，停留時間10～36 h的CODCr去除率為7.12%～33.58%，隨著停留時間的延長，CODCr去除率逐漸提高。同時，缺氧處理后，廢水的B/C由0.091～0.156提高至0.171～0.231，廢水的可生化性得到了提高。

實驗發(fā)現(xiàn)，個別進水CODCr值高于出水CODCr值，一是由于進出水不同步；二是由于缺氧處理工藝對CODCr的去除作用不大，其主要作用是提高廢水的可生化性。

2.4 硝化處理干法腈綸廢水

對腈綸廢水、調(diào)節(jié)池污水、污水場出水進行硝化處理，結(jié)果見圖9。

圖9 硝化處理三種廢水的CODCr降解曲線

由圖9可知，腈綸廢水、調(diào)節(jié)池污水及污水場出水分別經(jīng)硝化處理24 h、12 h、10 h后均可達標，因此腈綸廢水、調(diào)節(jié)池污水、污水場出水的硝化停留時間分別選擇24 h、12 h、10 h。硝化池對廢水的CODCr和NH3-N的去除效果較好，CODCr去除率達60.82%～66.39%、NH3-N去除率達95.14%～99.1%。

2.5 討論

(1)干法腈綸廢水中含有難生物降解的物質(zhì)，有必要加強預處理來提高生化系統(tǒng)的處理效率。推薦鐵碳內(nèi)電解工藝作為干法腈綸廢水的預處理方法，該法可避免投加混凝劑和堿劑，基本保留了原有廢水處理系統(tǒng)的特點，具有改建投資省、運行費用低、效果好等優(yōu)點，因此作為干法腈綸廢水處理效果的強化措施，具有較高的應用價值和推廣意義。

(2)有效解決硫酸根對厭氧的不利影響。建議生化處理過程中采用兩相厭氧處理，提高CODCr去除率的同時提高廢水的可生化性。

(3)解決污水、污泥回流問題。各廠污水處理場在最初設計時氨氮問題考慮不夠全面，設計回流量太小，無法保證硝化反硝化反應的正常進行，因此在改造或技措工程中宜加大回流比，以確保系統(tǒng)起到硝化反硝化作用，提高脫氮除碳的能力。

3 結(jié)論

針對干法腈綸廢水所存在的可生化性差、含較多生物難降解物質(zhì)等進行了一系列研究，提出了新的組合處理工藝，即鐵碳內(nèi)電解-混凝沉淀-水解酸化反應-生物流化床反應-硝化反應組合工藝。研究和實踐結(jié)果表明，該工藝適用于我國干法腈綸廢水的處理，處理后廢水達到腈綸行業(yè)的一級排放標準。

[1]崔瑞芳.試析我國腈綸工業(yè)的現(xiàn)狀與發(fā)展前景[J].山東紡織科技，2001，42(4)：54-56.

[2]高敏惠.我國腈綸工業(yè)的發(fā)展前景[J].合成纖維工業(yè)，2001，24(1)：6-8，42.

[3]周錫文.腈綸廢水生化處理運行中的若干對策[J].給水排水，1998，24(2)：41-42.

[4]汪宏渭，孫在柏，孫國華.干法腈綸廢水處理工藝的研究[J].中國環(huán)保產(chǎn)業(yè)，2004，(3)：30-32.

[5]黃民生，丁琨，王永華.腈綸生產(chǎn)廢水處理實驗研究[J].化工裝備技術，2000，21(5)：40-43.