高 校 實 驗 室 廢 水 處 理 工 程 設 計

叢濤泉， 李長波， 趙國崢

(遼寧石油化工大學 環(huán)境與生物工程學院， 遼寧 撫順 113001)

0 引 言

隨著高校不斷擴招以及經濟的快速發(fā)展，學生人數激增、科研實驗增多，實驗室廢水產生量也與日俱增，并且排放周期不定、水質成分復雜。廢水中不僅含有洗滌劑、常用溶劑等有機物，還含有較多的酸堿、重金屬以及有毒有害物質，且伴有許多新生物質，性質很難確定。我國大部分教學科研單位實驗室廢水均沒有進行妥善處理而直接排放，對周邊河流水體污染極為嚴重[1-4]。

本文以某石油高校實驗室為對象，分析其實驗室廢水排放特征和水質性質[5-6]，提出了具體的工程設計方案和設計參數，并形成了一套完整的實驗室廢水處理工藝流程，希望能為我國石油化工類教學科研單位實驗室廢水處理提供參考。

1 實驗室廢水的種類

某高校化學化工與環(huán)境學部現有化工基礎實驗教學、化工工藝實驗教學、化工分析測試實驗教學、化工仿真實驗教學四大平臺，并擁有5個省級重點實驗室和5個省級工程技術研究中心。根據實驗室廢水中所含主要污染物的性質，實驗室廢水可分為有機實驗室廢水、無機實驗室廢水和微生物實驗室廢水三大類。無機實驗室廢水主要含有酸堿、重金屬、重金屬絡合物、硫化物、鹵素離子、氰化物及其他無機離子等；有機實驗室廢水含有常用的有機溶劑、有機酸、醚類、有機磷化合物、酚類、石油類、油脂類、多氯聯苯等物質。實驗室廢水按所含污染物的主要成分可分為酸性廢水、堿性廢水、含氰廢水、含重金屬廢水、含酚廢水、鹵素類廢水等；微生物實驗室廢水主要由生物實驗室化驗廢水、生物培養(yǎng)液、培養(yǎng)基和少量實驗器具沖刷水[7-10]。

2 實驗室廢水的工藝設計

2.1 工藝流程圖

工藝流程圖見圖1。

實驗室廢水首先經過細格柵(3mm)流入調節(jié)沉淀池Ⅰ，出水進入吹脫浮油塔；表面活性劑和破乳劑經投藥裝置加入吹脫浮油塔，分離出的氣體和油點燃；出水經濕式氧化工藝處理；絮凝劑、氧化鈣、硫化鈉等物質與濕式氧化出水混合進入沉淀池，出水完成物化處理，流入生化系統(tǒng)的調節(jié)沉淀池Ⅱ；教學樓及生活區(qū)廢水經10 mm細格柵流入調節(jié)沉淀池Ⅱ，同物化處理的水混合，再經A2/O工藝脫氮除磷和去除BOD；最后通過壓力濾罐去除水中沒有出去的物質，整個流程產生的污泥及沉淀物經脫水后衛(wèi)生填埋。

實驗室廢水還可以根據廢水水質在物化處理的不同階段與生活廢水混合后使用人工濕地的方法進行處理，但人工濕地處理的影響因素較多，如溫度、降雨等，效果不也穩(wěn)定[7]，考慮到某校地處北方地區(qū)，故放棄濕地處理的方案。

2.2 各工藝單元的設計

據統(tǒng)計某校實驗室廢水量為50 m3/d，學校師生人數3萬人，每人每天產生生活廢水100 L。

2.2.1細格柵

格柵的作用是去除污水中較大的懸浮或漂浮物，以減輕后續(xù)水處理工藝的處理負荷，并起到保護水泵、管道、儀表等作用(見圖2)，是污水處理的必要組成部分[11]。

實驗室廢水通過管道輸送首先通過細格柵(3～10 mm)，其中物化部分采用3 mm細格柵，生化部分采用10 mm細格柵(考慮到廢水水質)。

以生化部分為例(物化部分可按以下方式計算)，以下為生化部分細格柵設計：最大設計流量Qmax=0.3 m3/s；格柵安置的傾角α=60°；柵前水深h=0.4 m；過柵速度v=0.9 m/s；柵條凈間隙b=0.01 m；柵條寬度S=0.01 m；進水槽寬B1=0.4 m；格柵阻力系數k=3；漸寬部位夾角α1=20°；阻力系數ζ=1.1；柵前渠道超高h2=0.3 m；柵前槽高H1=m。

2.2.2調節(jié)沉淀池

調節(jié)沉淀池是調節(jié)池、中和池和初沉池的結合體，三池的結合起到了節(jié)約占地面積的效果，調節(jié)沉淀池起調節(jié)水量(內線調節(jié))、調節(jié)水質和沉淀固體的作用。它形如豎流式沉淀池，但儲液體積較大。其中物化部分體積較生化部分的小(由于水量不同)。調節(jié)池和初沉池是廢水處理的必要組成部分。

廢水由中心管流入，在反射板的作用下發(fā)散到池內，由于池體較大，廢水停留時間較長，易沉淀物質沉淀到池底，由排泥管排出，同時起到調節(jié)水質水量的目的。池內有排水監(jiān)測系統(tǒng)，由浮筒、排水管、監(jiān)測裝置和固定滑道組成，排水監(jiān)測系統(tǒng)利用浮筒漂浮在水面，固定滑道將浮筒固定在池壁附近，防止浮筒漂移，排水管采用軟管設計，固定于浮筒插入水面以下(見圖3)，檢測裝置由pH計和警報器組成，pH計深入水中，時時監(jiān)測水的pH，當pH超出安全范圍時警報響起。

圖3 調節(jié)沉淀池尺寸標注圖(m)圖4 調節(jié)沉淀池結構圖

通過真空泵即可將廢水從調節(jié)沉淀池(調節(jié)沉淀池Ⅰ)中排出，進入下一工藝。

2.2.3吹脫浮油塔

吹脫浮油塔是由吹脫塔改進而來，廢水從調節(jié)沉淀池Ⅰ而來，從吹脫浮油塔中部進入，空壓機將空氣鼓如塔內，微小的氣泡均勻的從塔底上浮，將揮發(fā)性氣體、溶解性氣體帶出，將油提到液面上。氣體由上部排出，油因為密度比水小漂浮在液面上，進而排出，處理后的廢水由下部排出。吹脫出的氣體很可能帶有毒性和可燃性，與分離出來的油一起點燃，一部分加熱吹脫塔;另一部分預加熱濕式氧化的廢水。本裝置的設計針對石油化工類大學油類物質產生量大、易燃氣較多的特點而增加及改進，采用此種結構將氣浮和吹脫相結合，一塔多用，不僅節(jié)約了占地面積還節(jié)約了成本，效率高，維修簡便。從中部進水，下部出水，氣-液相逆流，使效率更高。排出的可燃氣及有毒有害氣體與分離的油被點燃為吹脫浮油塔和濕式氧化的廢水提供熱量，使吹脫浮油塔效率更高，使?jié)袷窖趸に嚬?jié)約能源(見圖5)。表面活性劑和破乳劑的加入使油水更易分離，吹脫后廢水溶解氧較多，減小了濕式氧化空壓機的負荷，濕式氧化效率顯著。

圖5 吹脫浮油塔結構原理圖

2.2.4濕式氧化

在較高的溫度和壓力下，用空氣中的氧來氧化廢水中的溶解和懸浮的有機物和還原性物質[12]。

圖6的裝置已廣泛應用，本流程采用此裝置后可將大分子有機物分解為小分子，還原性物質得到氧化，為下一步沉淀做出準備，同時實驗室里的微生物也會被消滅。此裝置出水具有良好的沉淀分離性能，且具有尺寸小、能耗低、二次污染小等特點。

2.2.5沉淀池

沉淀池采用橫向流斜板斜管式，占地更小、效率更高、停留時間更短。絮凝劑、氧化鈣、硫化鈉的加入使重金屬等物質沉淀。

經過以上工藝(物化處理)出水水質達到與生活廢水混合后可生化處理的標準。

2.2.6A2/O工藝

考慮到某校的氮磷排放量較大，A2/O工藝不僅達到脫氮除磷的目的，而且同時COD及BOD也得到下降[13]。它是由厭氧池、缺氧池、好氧池和沉淀池組成(見圖7)，該工藝已廣泛應用。

2.2.7壓力濾罐

經過A2/O處理的廢水最后通過壓力濾罐的吸附將廢水中不能處理的物質吸附，出水可排入人工濕地(一般高校都有)，也可排入河流當中(見圖8)。

以上流程在實際中動力來源可用泵提供，由于廢水水質復雜，建議使用真空泵。物化部分沉淀池和生化部分A2/O產生的污泥和沉淀可經過PAM脫水、壓濾機脫水后進行安全填埋。經過此流程處理的廢水出水可以達到國家排放標準。研究表明，濕地可以有效處理低濃度廢水[14-15]，高校大多以建設人工濕地，南方高?？梢钥紤]不采用壓力濾罐，而直接排放到人工濕地，北方高?？梢灾辉诙静捎脡毫V罐，或排放不達標時開啟壓力濾罐，達到節(jié)能的目的。

3 結 語

根據某石油高校實驗室廢水的水量和水質設計了實驗室廢水處理的工藝流程，首先經過細格流入調節(jié)沉淀池Ⅰ，出水經過吹脫隔油塔(分離出的氣體和油點燃)，處理后的水經濕式氧化工藝處理，最后通過沉淀池完成非化處理工藝，物化處理廢水與生活用水混合經A2/O工藝脫氮除磷和降低BOD，最后通過壓力濾罐去除水中無法處理的物質，整個流程產生的污泥及沉淀物經脫水后衛(wèi)生填埋。對流程中的每一工藝裝置做了說明，流程中調節(jié)沉淀池、吹脫浮油塔等構筑物均為作者自行設計，希望可以對我國石油石化類教學科研單位實驗室廢水處理提供一定參考和啟迪。

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