“絮凝—?dú)飧　幚?UASB—A/O)—Fenton氧化”組合工藝處理丙烯酸酯橡膠生產(chǎn)廢水

楊興兵,邱 仁

(九江杜威橡膠科技有限公司,江西 九江 332700)

化工廢水成分復(fù)雜，有機(jī)物濃度較高，含大量難降解物，且流量和流速不穩(wěn)定［1］，處理難度較大［2-4］。橡膠生產(chǎn)工藝復(fù)雜，廢水產(chǎn)生量較大。采用乳液聚合法合成橡膠后需要凝膠破乳，產(chǎn)生的廢水不僅鹽分高，還含有大量的引發(fā)劑、表面活性劑、有機(jī)單體等，成分較為復(fù)雜［5］。已有相關(guān)研究采用Fenton氧化—混凝沉降、A/O—Fenton氧化—混凝等組合工藝處理丁苯、氯丁、丁腈等橡膠所產(chǎn)生的廢水［6-8］。

丙烯酸酯橡膠（ACM）具有耐熱、耐油、耐高溫的特性，多用于汽車行業(yè)。在其生產(chǎn)廢水中含有大量的有機(jī)化合物和懸浮物，無法達(dá)到國家法定排放標(biāo)準(zhǔn)，因此必須處理合格后才能排放［9］。ACM生產(chǎn)廢水的研究遠(yuǎn)不如其他橡膠廢水深入，僅有高明華［9］于2002年在實(shí)驗(yàn)室采用“沉淀—完全混合式活性污泥法”處理了ACM工業(yè)廢水，但未見有實(shí)際生產(chǎn)中處理ACM廢水的報(bào)道。

本工作采用“絮凝—?dú)飧　幚恚║ASB—A/O）—Fenton氧化”組合工藝處理5 000 t/a生產(chǎn)裝置的ACM生產(chǎn)廢水。主要介紹了各工藝段的設(shè)計(jì)參數(shù)及設(shè)備選型，并研究了厭氧/好氧污泥的篩選、馴化及培養(yǎng)條件。最終該工藝處理的廢水達(dá)到工業(yè)園區(qū)污水處理廠的接收指標(biāo)，且該工程已穩(wěn)定運(yùn)行1 a時(shí)間。

1 工程概況及總體工藝設(shè)計(jì)

本項(xiàng)目依托杜威橡膠科技有限公司5 000 t/a ACM生產(chǎn)廢水處理工程。ACM生產(chǎn)廢水的特性為：含有大量的乳化劑、絮狀懸浮物、細(xì)顆粒膠沫、丙烯酸酯單體、有機(jī)助劑和其他各類無機(jī)鹽類物質(zhì)。廢水水質(zhì)及排放見表1。

工程設(shè)計(jì)前對(duì)廢水樣品進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室小試，然后根據(jù)小試工藝進(jìn)行放大。設(shè)計(jì)處理廢水能力為300 t/d，瞬時(shí)最大流量為15 t/h。本工程主要工序?yàn)椋菏紫仁股a(chǎn)廢水及廢氣塔廢液進(jìn)入原水調(diào)節(jié)池，主要調(diào)節(jié)廢水溫度和pH；再依次進(jìn)入絮凝沉淀池及氣浮機(jī)，采用聚合氯化鋁 （PAC）及聚丙烯酰胺（PAM）凝聚除去橡膠顆粒；再經(jīng)過UASB—A/O生化池進(jìn)行生化處理；通過二沉池、調(diào)酸池后進(jìn)入Fenton氧化池進(jìn)行化學(xué)處理。出水經(jīng)三沉池到清水池，經(jīng)巴歇爾槽在線水質(zhì)檢測(cè)儀檢測(cè)合格后外排至工業(yè)園區(qū)的污水處理廠。ACM生產(chǎn)廢水處理工藝流程見圖1。

2 主要構(gòu)筑物設(shè)計(jì)

2.1 調(diào)節(jié)池

工藝尺寸：6.0 m×6.0 m×3.2 m。主要作用：調(diào)節(jié)廢水水質(zhì)、廢水溫度。

表1 廢水水質(zhì)及排放指標(biāo)

2.2 絮凝反應(yīng)沉淀池

工藝尺寸：6.0 m×6.0 m×6.0 m。主要作用：采用絮凝劑絮凝沉淀廢水中大量的懸浮物及ACM小顆粒，避免這些物質(zhì)對(duì)后續(xù)管道的堵塞。固態(tài)沉淀通過排泥的方式進(jìn)入污泥池，上清液進(jìn)入下一道工序。在加入絮凝劑的同時(shí)通過流量計(jì)調(diào)節(jié)加入少量氫氧化鈉溶液，調(diào)節(jié)pH至7~9，滿足后續(xù)工藝需要。

2.3 氣浮機(jī)

工藝尺寸：3.5 m×2.3 m×3.0 m。經(jīng)過絮凝沉淀處理的廢水不能直接進(jìn)入生化系統(tǒng)。由于絮凝池容積有限，絮凝劑與廢水中顆粒接觸的效率不可能達(dá)到100%［10］。由于藥劑過量、人工操作局限性、進(jìn)水濃度不一致等原因，絮凝出水還需進(jìn)一步氣浮處理，然后通過刮板機(jī)把上浮的懸浮物刮入污泥池，下清液進(jìn)入中間水池。

2.4 UASB池

工藝尺寸：7.0 m×8.0 m×8.5 m。氣浮出水在中間水池靜止后進(jìn)入U(xiǎn)ASB池。UASB池按照三相分離的原則構(gòu)筑，進(jìn)水用泵以連續(xù)或脈沖方式由反應(yīng)器底部均勻進(jìn)入污泥床區(qū)，與厭氧顆粒污泥充分接觸反應(yīng)，80%以上的有機(jī)物被厭氧微生物分解成沼氣［11］。液體、氣體與固體形成混合液流上升至裝配式三相分離器，使三者很好地分離，顆粒污泥回流到污泥床內(nèi)，沼氣通過導(dǎo)管進(jìn)入廢氣系統(tǒng)處理，處理過的廢水由出水槽排走。

2.5 A/O曝氣池

工藝尺寸：2個(gè)6.0 m×4.0 m×7.0 m反應(yīng)槽和4個(gè)6.0 m×3.5 m×7.0 m反應(yīng)槽。A/O系統(tǒng)具有硝化-反硝化的作用。硝化反應(yīng)是在好氧狀態(tài)下，將氨氮轉(zhuǎn)化為硝酸鹽氮的過程。反硝化反應(yīng)是由一群異養(yǎng)性微生物完成的生物化學(xué)過程，它的主要作用是在缺氧（無分子態(tài)氧）的條件下，將硝化過程中產(chǎn)生的亞硝酸鹽和硝酸鹽還原成氣態(tài)氮（N2）。

在活性污泥池中，活性污泥對(duì)廢水中的有機(jī)物進(jìn)一步生化降解。通過菌種自身代謝，把有機(jī)污染物部分轉(zhuǎn)化為菌種自身所需能量，分解成二氧化碳、水和氮?dú)?，達(dá)到有機(jī)物降解目的。菌種代謝的老化污泥，通過排泥進(jìn)行更新，確保系統(tǒng)處理的穩(wěn)定。

圖1 ACM生產(chǎn)廢水處理工藝流程

2.6 二沉池

工藝尺寸：φ5.0 m×4.5 m。在二沉池中，活性污泥與清液分離，污泥部分回流至A/O曝氣池，部分排放至污泥池。

2.7 Fenton氧化池

工藝尺寸：3.0 m×3.0 m×3.0 m，共5個(gè)單元。上述過程中因?yàn)楦鞣N原因還未達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)的廢水，采用Fenton氧化系統(tǒng)進(jìn)一步處理，加入氧化劑（w=27.5%的雙氧水）、還原劑（硫酸亞鐵）、硫酸溶液（w=10%）進(jìn)行處理，并調(diào)節(jié)處理后廢水的pH至符合排放標(biāo)準(zhǔn)，出水進(jìn)入三沉池。

2.8 三沉池

工藝尺寸：φ5.0 m×4.5 m。在三沉池中，F(xiàn)enton氧化污泥與上清液分離，污泥進(jìn)入污泥池，清水通過溢流槽進(jìn)入清水池再通過管道送到園區(qū)污水廠。

2.9 污泥池

工藝尺寸：5.0 m×3.0 m×3.2 m，共2個(gè)單元。污泥池1用于沉淀絮凝沉淀池的污泥；污泥池2用于沉淀氣浮機(jī)刮板機(jī)的懸浮物以及厭氧池、二沉池、三沉池排放的污泥。在每個(gè)污泥池的上端設(shè)置一個(gè)板框壓濾機(jī)（基座尺寸：1.3 m×4.5 m），采用壓縮空氣和隔膜泵抽取污泥，壓濾出水回流到氣浮機(jī)，污泥進(jìn)行無害處理。

3 調(diào)試及運(yùn)行

3.1 生化系統(tǒng)

3.1.1 厭氧/好氧污泥的馴化

本項(xiàng)目國內(nèi)未有成熟工藝和微生物菌種，故從生活污水廠購置60 t活性污泥，在UASB—A/O生化池中進(jìn)行馴化和培養(yǎng)［12］。按照體積容量將活性污泥分別加入各池，在厭氧和好氧環(huán)境下馴化厭氧菌群和好氧菌群。馴化期間的配水方法為在1 L自來水中按照C，N，P質(zhì)量比為100∶5∶1的比例投入淀粉（6.413g）、尿素（0.125g）、磷酸二氫鉀（0.057g）等營養(yǎng)物質(zhì)。在UASB—A/O生化池中注入配水2 d后，逐漸減少配水直至不加，再逐漸注入經(jīng)絮凝、氣浮后的ACM生產(chǎn)廢水，使生化進(jìn)水COD從50 mg/L逐漸提高到1 000 mg/L。馴化的效果通過觀察污泥外觀（淡黃色）、測(cè)定30 min污泥沉降比（SV=30%~50%）、顯微鏡觀察細(xì)菌活力等方法判斷。

3.1.2 生化進(jìn)水COD對(duì)污泥沉降比的影響

污泥初始馴化階段適宜的進(jìn)水COD較低，故實(shí)驗(yàn)選擇生化進(jìn)水COD為50~1 000 mg/L。在水溫為室溫、pH為8、進(jìn)水流量為6 m3/h的條件下，生化進(jìn)水COD對(duì)污泥沉降比的影響見圖2。由圖2可見，隨著進(jìn)水COD的增大，污泥沉降比先增大后減?。划?dāng)生化進(jìn)水COD達(dá)200 mg/L時(shí)，污泥沉降比達(dá)到最大值30%。因此生化系統(tǒng)在篩選、馴化污泥階段的進(jìn)水COD在200 mg/L左右最佳。

圖2 生化進(jìn)水COD對(duì)污泥沉降比的影響

3.1.3 生化進(jìn)水pH對(duì)污泥沉降比的影響

在水溫為室溫、生化進(jìn)水COD為200 mg/L、進(jìn)水流量為6 m3/h的條件下，生化進(jìn)水pH對(duì)污泥沉降比的影響見圖3。由圖3可見，當(dāng)生化進(jìn)水在強(qiáng)酸或者強(qiáng)堿條件下，污泥的沉降比較小，只有在弱堿性條件下污泥沉降比較大；當(dāng)生化進(jìn)水pH為8時(shí)污泥沉降比達(dá)到最大值30%。因此在實(shí)際運(yùn)行過程中考慮生化系統(tǒng)在篩選、馴化污泥階段的進(jìn)水pH控制在8左右最佳。

3.1.4 生化進(jìn)水流量對(duì)生化處理系統(tǒng)去除效果的影響

在污泥馴化后期，加大進(jìn)水COD，逐步滿足生產(chǎn)要求。現(xiàn)有裝置按照300 t/d的處理能力設(shè)計(jì)，瞬時(shí)最大流量為15 m3/h，足夠滿足污水處理的連續(xù)性，且保障廢水在生化系統(tǒng)有36 h的停留時(shí)間［13］，有足夠的時(shí)間去除COD、BOD5和NH3-N。在水溫為室溫、生化進(jìn)水COD為2 690 mg/L、BOD5為2 000 mg/L，ρ（NH3-N）為15 mg/L、pH為8的條件下，生化進(jìn)水流量對(duì)生化系統(tǒng)COD、BOD5、NH3-N去除效果的影響見圖4。由圖4可見：隨著生化進(jìn)水流量的增大，生化出水COD、BOD5、NH3-N的濃度也逐漸增大；當(dāng)生化進(jìn)水流量小于10 m3/h時(shí)，生化出水COD、BOD5上升較緩；當(dāng)生化進(jìn)水流量大于10 m3/h時(shí)，生化出水COD、BOD5急劇上升；為了滿足實(shí)際生產(chǎn)并使出水水質(zhì)達(dá)到工業(yè)園區(qū)污水處理廠的接納標(biāo)準(zhǔn)，選擇生化進(jìn)水流量為10 m3/h。此時(shí)生化出水COD為95 mg/L，BOD5為38 mg/L，ρ（NH3-N）為2.98 mg/L，各項(xiàng)指標(biāo)均達(dá)到工業(yè)園區(qū)的排放要求。

圖3 生化進(jìn)水pH對(duì)污泥沉降比的影響

圖4 生化進(jìn)水流量對(duì)生化處理系統(tǒng)去除效果的影響

3.2 組合工藝處理系統(tǒng)的運(yùn)行結(jié)果

在進(jìn)水COD為2 690 mg/L、BOD5為2 000 mg/L、ρ（NH3-N）為30 mg/L、pH為8、進(jìn)水流量為10 m3/h的條件下，組合工藝處理系統(tǒng)對(duì)ACM生產(chǎn)廢水的處理效果見圖5。由圖5可見：工程啟動(dòng)運(yùn)行前期，處理系統(tǒng)總出水的COD、NH3-N、BOD5、SS去除率均有小幅波動(dòng)；運(yùn)行60 d后，各項(xiàng)數(shù)據(jù)趨于穩(wěn)定，在為期1 a的運(yùn)行中，處理系統(tǒng)效果穩(wěn)定，NH3-N去除率在90%以上，COD、BOD5、SS的去除率均大于96%，其中SS去除率高達(dá)99%。經(jīng)過本組合工藝處理后，ACM生產(chǎn)廢水完全達(dá)到工業(yè)園區(qū)污水處理廠的接收指標(biāo)（COD≤100 mg/L，BOD5≤50 mg/L，ρ（NH3-N） ≤15 mg/L，SS≤50 mg/L）。

圖5 組合工藝處理系統(tǒng)對(duì)ACM生產(chǎn)廢水的處理效果

4 結(jié)論

a）本ACM生產(chǎn)廢水處理工程完全達(dá)到設(shè)計(jì)要求，根據(jù)目前運(yùn)行情況，設(shè)計(jì)方案完全能夠有效處理ACM生產(chǎn)廢水，滿足環(huán)保要求，順利排放。

b）生化系統(tǒng)在污泥篩選、馴化階段的進(jìn)水COD在200 mg/L左右為最佳，pH控制在8為佳。

c）在進(jìn)水COD為2 690 mg/L、BOD5為2 000 mg/L、ρ（NH3-N）為30 mg/L、pH為8、進(jìn)水流量為10 m3/h的條件下，組合工藝處理系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行1 a，NH3-N去除率在90%以上，COD、BOD5和SS的去除率均大于96%。

d）出水水質(zhì)完全達(dá)到工業(yè)園區(qū)污水處理廠的接收指標(biāo)（COD≤100 mg/L，BOD5≤50 mg/L，

ρ（NH3-N）≤15 mg/L，SS≤50 mg/L）。