氣浮-內(nèi)循環(huán)微電解-Fenton-水解-A2/O工藝處理精細(xì)化工廢水

崔慶蘭， 王開春， 郭 濤， 劉 娟， 陳添敏， 戴 緣， 孟慶強(qiáng)

（中藍(lán)連海設(shè)計(jì)研究院, 江 蘇 連云港 222004）

0 引言

江蘇某精細(xì)化工有限公司是一家集開發(fā)、生產(chǎn)、營銷為一體的高科技企業(yè)，其主要化工產(chǎn)品為醫(yī)藥、農(nóng)藥中間體，高性能聚合引發(fā)劑等。該企業(yè)廢水主要來源于藥劑制備過程中產(chǎn)生的工藝廢水及水洗廢水，具有排放量小、有機(jī)物濃度高、色度高、毒性大、難生物降解化合物含量高等特點(diǎn)［1］。

現(xiàn)階段，精細(xì)化工廢水的處理方法主要分為物化法和生物法。微電解法具有應(yīng)用廣泛、設(shè)備簡單、成本較低、易于同其他方法聯(lián)合使用等特點(diǎn)[2]。Fenton高級(jí)氧化技術(shù)是利用Fe2+和H2O2作為芬頓試劑，生成具有高度活性的羥基自由基，氧化廢水中的大多數(shù)有機(jī)物，該技術(shù)已廣泛應(yīng)用于難降解、高濃度有機(jī)廢水預(yù)處理中［3-4］。預(yù)處理后的廢水可生化性提高，采用水解酸化-A2/O 處理［5］。

為滿足環(huán)保要求，本文根據(jù)江蘇某精細(xì)化工有限公司提供的水量、水質(zhì)資料、廢水試驗(yàn)結(jié)果、國內(nèi)外相關(guān)的最新技術(shù)和研究成果，結(jié)合多年來處理類似廢水的經(jīng)驗(yàn)，提出以下廢水處理工藝方案。

1 水量、水質(zhì)

該企業(yè)主要產(chǎn)品為醫(yī)藥、農(nóng)藥中間體。廢水來源于某些醫(yī)藥、農(nóng)藥中間體的生產(chǎn)過程，該類產(chǎn)品主要包括4,6-二甲氧基-2-甲基磺?；奏?、2-氨基-4,6-二甲氧基嘧啶、二氯異氰尿酸鈉及鄰甲酸甲酯芐磺酰胺等。根據(jù)企業(yè)生產(chǎn)運(yùn)行穩(wěn)定后提供的廢水水量、水質(zhì)，該項(xiàng)目設(shè)計(jì)進(jìn)、出水水質(zhì)見表1，總設(shè)計(jì)規(guī)模為75 m3/d，設(shè)計(jì)出水水質(zhì)達(dá)到GB 8978—1996《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》三級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。

表1 設(shè)計(jì)進(jìn)、出水水質(zhì)

2 工藝流程及說明

2.1 工藝流程

精細(xì)化工廢水是一種典型的可生化性較差的有機(jī)廢水，目前常采用電化學(xué)法、生物法及其組合工藝進(jìn)行處理，其中電化學(xué)法-生物法組合工藝應(yīng)用較為廣泛［5］。該企業(yè)廢水CODCr含量較高，設(shè)計(jì)采用以氣浮、內(nèi)循環(huán)微電解-Fenton，A2/O及過濾的組合工藝進(jìn)行處理。工藝流程見圖1。

2.2 工藝說明

2.2.1 氣浮

廢水經(jīng)過調(diào)節(jié)池，進(jìn)入氣浮池，向氣浮池前段加入絮凝劑及助凝劑，混凝反應(yīng)后再進(jìn)行曝氣氣浮處理，去除大部分顆粒及部分有機(jī)物，降低后續(xù)微電解填料板結(jié)的可能性。

2.2.2 內(nèi)循環(huán)微電解

首先加入H2SO4調(diào)節(jié)廢水pH值 至4，然后將廢水提升至微電解反應(yīng)器，與鐵碳填料混合。本項(xiàng)目采用內(nèi)循環(huán)微電解工藝增加內(nèi)反應(yīng)器，該反應(yīng)器增加內(nèi)循環(huán)系統(tǒng)，提高傳質(zhì)效果、原電池效應(yīng)及廢水的B/C比值。內(nèi)循環(huán)微電解反應(yīng)器（Internal Circulation Micro-electrolysis Reactor）作為一種新型、高效的反應(yīng)器在預(yù)處理方面有著其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)［6］。

圖1 廢水處理工藝流程

（1）原電池效應(yīng)的強(qiáng)化。鐵-碳-水三者豎向混流，接觸效果更好。

（2）攪拌機(jī)功率的降低。豎向內(nèi)反應(yīng)器利用水的循環(huán)往復(fù)，使得攪拌機(jī)功率有所降低。

（3）固液分離的高效性。內(nèi)部結(jié)構(gòu)及出水部件能更好的實(shí)現(xiàn)填料-水的分離。

（4）運(yùn)行穩(wěn)定，耐沖擊負(fù)荷大。反應(yīng)器受廢水有機(jī)負(fù)荷和水力負(fù)荷波動(dòng)的影響較小，且極少發(fā)生填料板結(jié)等現(xiàn)象。

微電解法預(yù)處理精細(xì)化工廢水的反應(yīng)時(shí)間一般采用1～2 h［7-8］，本項(xiàng)目根據(jù)其它類似工程設(shè)計(jì)參數(shù)及前期小試實(shí)驗(yàn)的結(jié)果，綜合分析了停留時(shí)間與出水COD及B/C比值的關(guān)系，選取最優(yōu)微電解反應(yīng)時(shí)間為1.5 h。

2.2.3 Fenton

繼續(xù)加入H2SO4調(diào)節(jié)pH值至4，利用微電解后廢水中的Fe2+的同時(shí)補(bǔ)充H2O2和FeSO4，農(nóng)藥廢水中部分低價(jià)態(tài)的難降解有機(jī)污染物被氧化為高價(jià)態(tài)有機(jī)分子，實(shí)現(xiàn)有機(jī)物的開環(huán)斷鏈，提高廢水的可生化性[9]。Fenton試劑應(yīng)用于精細(xì)化工廢水時(shí)，尤其是制藥廢水時(shí)，其中H2O2的一般投加質(zhì)量濃度為300～500 mg/L[9-10]，本項(xiàng)目根據(jù)其它類似工程設(shè)計(jì)參數(shù)及工程實(shí)際運(yùn)行的結(jié)果，綜合分析了H2O2投加量與出水COD及B/C比值的關(guān)系，選取最優(yōu)投加質(zhì)量濃度為450 mg/L。

2.2.4 中和沉淀

在調(diào)節(jié)pH值為堿性后，微電解產(chǎn)生的Fe2+，F(xiàn)e3+可變成Fe(OH)2和Fe(OH)3，可利用其混凝作用，去除廢水中部分有機(jī)污染物及SS。

2.2.5 水解酸化

水解酸化主要用于有機(jī)物濃度較高、SS較高的污水處理工藝，它是利用厭氧消化過程的前2個(gè)階段即水解和酸化，水中有機(jī)物為復(fù)雜結(jié)構(gòu)時(shí)，可以將其進(jìn)一步開環(huán)斷鏈，提高廢水的可生化性。

2.2.6 A2/O工藝

A2/O工藝是厭氧/缺氧/好氧工藝，是一種帶混合液回流的前置反硝化生物脫氮除磷工藝，其中反硝化主要在缺氧池中進(jìn)行，硝化主要在好氧池中進(jìn)行，A2/O工藝不但具有穩(wěn)定的脫氮功能，而且對(duì)CODCr，BOD5、磷酸鹽等有較高的去除率，處理深度較高，剩余污泥量較少。A1區(qū)控制ρ（DO）≤0.2 mg/L，A2區(qū)控制 ρ（DO） ≤ 0.5 mg/L，O 區(qū)控制 ρ（DO）約 3 mg/L。

3 主要處理構(gòu)筑物設(shè)計(jì)參數(shù)

3.1 調(diào)節(jié)池

調(diào)節(jié)池1座，尺寸5.0 m×4.0 m×3.3 m，鋼砼。HRT=18 h。內(nèi)設(shè)提升泵 2 臺(tái)：WQ10-10-1.1，Q=10 m3/h，H=10 m，N=1.1 kW，1用1備。 潛水?dāng)嚢杵?臺(tái)：QJB0.85/8-260/3-740，N=0.85 kW。

3.2 氣浮池

氣浮池1座，尺寸4.3 m×1.5 m×2.5 m，碳鋼。混凝池：HRT=15 min，每格 0.625 m3，有效容積 1.25 m3；接觸室：HRT=1 min，V上升=20 mm/s，有效容積1.25 m3；分離室：HRT=20 min，V=2.0 mm/s，有效容積 6.0 m3；貯水池：HRT=2 h，V=0.5 m/s，有效容積5.0 m3。內(nèi)設(shè)攪拌機(jī) 1臺(tái)：ZJ-470,N=1.1 KW；容氣釋放器2個(gè)：TJ-Ⅰ,0.35 MPa；珩車式刮渣機(jī) 1臺(tái)，L=1.5 m，N=0.75 kW；出水堰1套。配套空壓機(jī)臺(tái)：Z-0.025/6，N=0.375 kW；全自動(dòng)加藥裝置2套。

3.3 內(nèi)循環(huán)微電解反應(yīng)器

內(nèi)循環(huán)微電解反應(yīng)器1座，尺寸D1.5 m×3.0 m，碳鋼。HRT=1.5 h，有效容積4.5 m3。內(nèi)設(shè)攪拌機(jī)1臺(tái)：ZJ-470,N=1.1 kW；pH在線監(jiān)測(cè)儀1套。

3.4 Fenton氧化反應(yīng)釜

Fenton氧化反應(yīng)釜1座，尺寸D2.0 m×3.0 m，碳鋼。HRT=2 h，有效容積6.3 m3。內(nèi)設(shè)攪拌機(jī)1臺(tái)：ZJ-470,N=1.1 kW；pH在線監(jiān)測(cè)儀1套，全自動(dòng)加藥裝置1套。

3.5 中和沉淀池

沉淀池2座，尺寸1.5 m×1.0 m×4.5 m，碳鋼。表面負(fù)荷 1.1 m3/（m2·h），面積 1.5 m2。 內(nèi)設(shè)斜管及出水堰各1套。

3.6 水解酸化池

水解酸化池2座，單格尺寸5 m×1.0 m×4.5 m，鋼砼。HRT=11 h，有效容積35 m3。內(nèi)設(shè)潛水?dāng)嚢铏C(jī)2 臺(tái)：QJB0.85/8-260/3-740C（N=0.85kW）；提升泵 4臺(tái) ：WQ10-10-1.1，Q=10 m3/h，H=10 m，N=1.1 kW，2用2備。ORP在線分析儀1臺(tái)，控制工段的ORP＜-250 mV。

3.7 A2/O池

A2/O池2座，單格尺寸6.6 m×1.0 m×4.5 m（鋼砼）：其中A1區(qū)1.2 m×1.0 m×4.5 m，HRT=3 h；A2區(qū)1.6 m×1.0 m×4.5 m，HRT=4 h；O區(qū)4.0 m×1.0 m×4.5 m，HRT=10 h。混合液回流比為200%，污泥回流比為100%，MLSS取2 000～3 000 mg/L，污泥負(fù)荷取 0.24 ～ 0.35 kg/（kg·d）。

A1區(qū)內(nèi)設(shè)潛水?dāng)嚢铏C(jī)2臺(tái)，N=0.85 kW；A2區(qū)內(nèi)設(shè)潛水?dāng)嚢铏C(jī)2臺(tái)，N=0.85 kW；O區(qū)配套鼓風(fēng)機(jī)2臺(tái)，風(fēng)量2 m3/min，壓力70 kPa，功率 7.5 kW，1用1備，消泡系統(tǒng)1套。A2/O工藝內(nèi)配置ORP在線監(jiān)測(cè)儀，控制厭氧段的ORP＜-250 mV，缺氧段在-100 mV左右，好氧段在40mV以上，保證系統(tǒng)運(yùn)行的安全和穩(wěn)定。

污泥回流泵 2 臺(tái)：WQ10-10-1.1，Q=10m3/h，H=10 m，N=1.1kW，1用1備?；旌弦夯亓鞅?臺(tái)：WQ10-10-1.1，Q=10m3/h，H=10m，N=1.1kW，1 用 1 備。

3.8 二沉池

沉淀池2座，尺寸1.5 m×1.0 m×4.5 m，鋼砼。表面負(fù)荷 1.1 m3/（m2·h），面積 1.5 m2。 內(nèi)設(shè)斜管及出水堰各1套。

3.9 消毒/出水池

消毒/出水池1座，尺寸2.0 m×2.0 m×4.5 m，鋼砼。HRT=5 h，有效容積14.4 m3。內(nèi)設(shè)提升泵2臺(tái)：WQ10-10-1.1，Q=10 m3/h，H=10 m，N=1.1 kW，1用1備；液位控制器1套。配套消毒劑加藥裝置1套。

3.10 污泥儲(chǔ)池

污泥儲(chǔ)池1座，尺寸1.0 m×2.0 m×4.5 m，鋼砼。 HRT=2.5 h，有效容積8 m3。

4 運(yùn)行效果

本工程經(jīng)過調(diào)試運(yùn)行穩(wěn)定后，處理效果見圖2～圖5。

圖2 進(jìn)出口實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)（CODCr）

圖3 進(jìn)出口實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)（BOD5）

圖4 進(jìn)出口實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)（SS）

圖5 進(jìn)出口實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)（NH3-N）

結(jié)果表明，該處理工藝對(duì) CODCr，BOD5，SS，NH3-N的平均去除率分別為97.6%，94.3%，81.6%，94.6%，出水水質(zhì)均可達(dá)到GB 8978—1996《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》三級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，運(yùn)行穩(wěn)定后能保證一定的出水水質(zhì)。

5 運(yùn)行成本

運(yùn)行穩(wěn)定后，設(shè)備運(yùn)行功率為560 kW·h/d,電費(fèi)約4.5元/t；藥劑費(fèi)約3.2元/t；人工費(fèi)2.1元/t；總運(yùn)行成本約9.8元/t。

6 結(jié) 語

（1）以氣浮-內(nèi)循環(huán)微電解-Fenton法作為預(yù)處理工藝能夠有效地去除精細(xì)化工廢水中的SS，顯著地提高其可生化性，且內(nèi)循環(huán)微電解工藝與傳統(tǒng)微電解工藝相比，具有傳質(zhì)效果好、填料不易板結(jié)的特點(diǎn)。

（2）經(jīng)預(yù)處理后的廢水通過水解酸化-A2/O作為主體的生化處理工藝，運(yùn)行穩(wěn)定后，出水水質(zhì)可達(dá)到GB 8978—1996《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》三級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。