某功能性特種樹(shù)脂生產(chǎn)企業(yè)廢水處理工程實(shí)例

何 銳， 夏晨嬌， 劉西中， 張煒銘

（1.江蘇南大環(huán)保科技有限公司 國(guó)家環(huán)境保護(hù)有機(jī)化工廢水處理與資源化工程技術(shù)中心， 江蘇 南京 210046；2.江蘇省如東沿海經(jīng)濟(jì)開(kāi)發(fā)區(qū)環(huán)保局， 江蘇 如東 226400；3.南京大學(xué)環(huán)境學(xué)院污染控制與資源化研究國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 江蘇 南京 210023）

0 引言

樹(shù)脂屬于一種功能化的高分子材料，其產(chǎn)品種類(lèi)繁多，應(yīng)用領(lǐng)域廣泛，主要應(yīng)用于水處理、醫(yī)藥、食品、冶金、化學(xué)合成等行業(yè)。某公司投資實(shí)施功能性特種樹(shù)脂生產(chǎn)項(xiàng)目，產(chǎn)品分為陽(yáng)離子交換樹(shù)脂、陰離子交換樹(shù)脂和吸附樹(shù)脂3個(gè)系列，每個(gè)系列又包含凝膠型、大孔型等多個(gè)產(chǎn)品。該類(lèi)樹(shù)脂生產(chǎn)廢水具有高分子有機(jī)物含量高、難降解的特點(diǎn)[1-2]。為此，公司針對(duì)生產(chǎn)廢水，在試驗(yàn)研究的基礎(chǔ)上，采用了采用“芬頓氧化 +混凝沉淀 +水解酸化 +好氧+缺氧 +接觸氧化 +末端氧化”組合處理工藝，設(shè)計(jì)出該生產(chǎn)廢水的處理工程。實(shí)際運(yùn)行結(jié)果證明，該廢水處理設(shè)施排放可滿足所在工業(yè)園區(qū)廢水接管標(biāo)準(zhǔn)要求，可為類(lèi)似廢水處理工程設(shè)計(jì)提供一定的參考依據(jù)。

1 工程概況

其排放的廢水包括生產(chǎn)廢水和生活污水2部分，其中生產(chǎn)廢水主要包括產(chǎn)品沖洗工藝廢水、水環(huán)真空泵排污水、廢氣凈化系統(tǒng)排污水、地面及設(shè)備沖洗廢水、鍋爐排污水、純水制備排污水等，廢水污染物以COD，SS，BOD5，NH3-N為主。廢水處理工程設(shè)計(jì)規(guī)模為500 m3/d，分為物化處理和生化處理。排水執(zhí)行GB 8978—1996《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》表4二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)后接入園區(qū)污水廠處理，廢水水質(zhì)、水量及排放標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表1。

表1 廢水水質(zhì)、水量及排放標(biāo)準(zhǔn)

2 處理工藝

2.1 廢水水質(zhì)分析

本項(xiàng)目廢水中主要包含有機(jī)物、NH3-N以及SS等污染物，其中：工藝廢水是主要廢水來(lái)源，來(lái)自樹(shù)脂生產(chǎn)過(guò)程中的白球和產(chǎn)品沖洗工序，屬于高濃度有機(jī)廢水，污染物以有機(jī)物、廢酸、NH3-N為主；廢氣凈化系統(tǒng)排污水、地面及設(shè)備沖洗廢水中，污染物以有機(jī)物、SS為主；純水制備排污水中，含鹽量較高，其它污染物含量低；設(shè)備循環(huán)冷卻排污水、水環(huán)真空泵排污水、鍋爐排污水的廢水水質(zhì)成分較為簡(jiǎn)單，污染物含量低。

樹(shù)脂生產(chǎn)原料包括氯甲醚、甲醇、乙醇、異丁醇、苯乙烯、二乙烯苯、二甲胺、三甲胺等，且主要以苯乙烯、二乙烯苯、氯甲醚原料為主，系芳香烴及鹵代烴，屬于難降解有機(jī)物，生物毒性較大、生物抑制濃度較低。而廢水污染物主要以上述有機(jī)物及產(chǎn)品中間體所組成，可生化性差，有一定處理難度。

2.2 廢水處理工藝流程

從類(lèi)似廢水處理的研究報(bào)導(dǎo)中發(fā)現(xiàn)，此類(lèi)廢水處理主要以“物化預(yù)處理 +組合生化處理”工藝為主[3-4]。根據(jù)廢水的水質(zhì)特點(diǎn)和處理目標(biāo)，設(shè)計(jì)采用了成熟可靠的“芬頓氧化 +混凝沉淀”物化處理工藝、“水解酸化 +好氧 +缺氧+接觸氧化”生化處理工藝，以及“末端氧化”深度處理工藝。廢水處理工藝流程見(jiàn)圖1。

圖1 廢水處理工藝流程

2.3 處理單元的功能分析

（1）物化預(yù)處理單元：主要目標(biāo)是提高廢水可生化性，同時(shí)降低廢水中的COD和SS等污染物濃度，減輕后續(xù)生化處理壓力。

催化氧化法是利用催化劑改變氧化劑對(duì)有機(jī)物的氧化速度，使氧化反應(yīng)更溫和、更快地完成。氧化劑在催化劑的作用下可產(chǎn)生氧化能力極強(qiáng)的基團(tuán)或離子，如羥基自由基（·HO）等，去攻擊廢水中的有機(jī)物，是處理此類(lèi)難降解樹(shù)脂廢水的一種很好的預(yù)處理方法。Fenton試劑法是一種比較成熟的技術(shù)[5]，能氧化多種有機(jī)分子，對(duì)苯環(huán)類(lèi)有較好的氧化效果，可大幅提高廢水的可生化性[6]。

不同種類(lèi)、不同水質(zhì)的廢水首先進(jìn)入調(diào)節(jié)池，調(diào)節(jié)水量、均化水質(zhì)。之后提升至芬頓氧化池，廢水經(jīng)過(guò)芬頓氧化后，廢水可生化性得以提高，進(jìn)入后續(xù)混凝沉淀池，混凝反應(yīng)后，懸浮物和部分有機(jī)污染物通過(guò)沉淀分離去除。

（2）生化處理單元：主要目標(biāo)是通過(guò)水解酸化處理，進(jìn)一步提高廢水可生化性，再經(jīng)過(guò)活性污泥法處理，以降解廢水中的COD和NH3-N等污染物。

水解酸化是利用厭氧或兼氧微生物來(lái)降解廢水中的有機(jī)物，同時(shí)將大分子、難降解有機(jī)物轉(zhuǎn)化為小分子、可降解的有機(jī)物，提高廢水的可生化性[7-8]。缺氧池的設(shè)計(jì)目的是為了脫氮，內(nèi)設(shè)置潛水?dāng)嚢铏C(jī)，有研究表明，缺氧池放置水力循環(huán)攪拌器，溶解氧含量較低，系統(tǒng)的脫氮效果優(yōu)于放置微孔曝氣頭時(shí)的效果[9]。接觸氧化池中，懸掛組合生物填料以增大微生物量，本項(xiàng)目中采用特種組合填料，該填料具有比表面積大空隙率高、生物附著能力強(qiáng)生物量大、水力條件好的特性。

廢水經(jīng)水解酸化后，廢水可生化性得以提高，再經(jīng)好氧、缺氧及生物接觸氧化處理，使剩余污染物得到有效降解。最后進(jìn)入二沉池，使污泥與廢水分離，部分污泥回流到生物處理單元，剩余污泥排至污泥處理系統(tǒng)。

（3）末端處理單元：主要目標(biāo)是對(duì)生化處理出水進(jìn)行把關(guān)，確保達(dá)標(biāo)排放。

在末端氧化池中，根據(jù)前端廢水處理情況，靈活調(diào)節(jié)氧化劑的投加量，氧化殘留有機(jī)物，保障廢水達(dá)標(biāo)排放。

2.4 主要構(gòu)筑物功能及參數(shù)

（1）調(diào)節(jié)池：底部采用穿孔曝氣管曝氣攪拌。

設(shè)計(jì)尺寸：L×B×H=7.6 m×21.0 m×5.5 m；數(shù)量：1 座；有效容積：798 m3；停留時(shí)間：38.3 h；結(jié)構(gòu)：鋼砼，玻璃鋼加強(qiáng)防腐。

配套設(shè)備：穿孔曝氣管若干，材質(zhì)ABS；污水提升泵 2臺(tái)，1用 1備，型號(hào)Q=22 m3/h，Hd=16 m，N=3.7 kW；鼓風(fēng)機(jī) 2臺(tái)，1用 1備，Q=9.15 m3/min，P=0.06 MPa，N=15 kW。

（2）芬頓氧化池：設(shè)計(jì)為 4格，1，2格進(jìn)行芬頓氧化反應(yīng)，3，4格進(jìn)行絮凝反應(yīng)，底部采用穿孔曝氣管曝氣攪拌。

設(shè)計(jì)尺寸：L×B×H=7.0 m×7.0 m×5.7 m；數(shù)量：1 座；有效容積：255 m3；停留時(shí)間：12.2 h；結(jié)構(gòu)：鋼砼，玻璃鋼加強(qiáng)防腐。

配套設(shè)備：穿孔曝氣管若干，材質(zhì)ABS；鼓風(fēng)機(jī)與調(diào)節(jié)池共用。

（3）一沉池：設(shè)計(jì)為豎流式沉淀池。

設(shè)計(jì)尺寸：L×B×H=7.0 m×7.0 m×7.4 m；數(shù)量：1 座； 沉淀區(qū)表面負(fù)荷：0.43 m3/（m2·h）； 停留時(shí)間：12.0 h；結(jié)構(gòu)：鋼砼，玻璃鋼加強(qiáng)防腐。

配套設(shè)備：排泥泵2臺(tái)，1用1備，型號(hào)Q=15 m3/h，Hd=16 m，N=1.5 kW。

（4）中間水池。

設(shè)計(jì)尺寸：L×B×H=7.0 m×7.0 m×5.7 m；數(shù)量：1 座；有效容積：255 m3；停留時(shí)間：12.2 h；結(jié)構(gòu)：鋼砼，環(huán)氧樹(shù)脂普通防腐。

配套設(shè)備：污水提升泵2臺(tái)，1用1備，型號(hào)Q=25 m3/h，Hd=24 m，N=4 kW。

（5）水解酸化池：設(shè)計(jì)為復(fù)合式水解酸化池形式，共2層填料，填料層總高度為5.4 m。

設(shè)計(jì)尺寸：L×B×H=12.0 m×12.0 m×9.1 m；數(shù)量：1 座；有效容積：1 224 m3；停留時(shí)間：58.8 h；結(jié)構(gòu)：鋼砼，玻璃鋼加強(qiáng)防腐。

配套設(shè)備：內(nèi)循環(huán)泵2臺(tái)，1用1備，型號(hào)Q=80 m3/h，Hd=24 m，N=11 kW。

（6）好氧池：設(shè)計(jì)為6格，中間采用穿墻孔過(guò)水，增強(qiáng)混合效果。

設(shè)計(jì)尺寸：L×B×H=15.4 m×21.8 m×5.7 m；數(shù)量：1 座；有效容積：1 746 m3；停留時(shí)間：83.8 h；結(jié)構(gòu)：鋼砼，環(huán)氧樹(shù)脂普通防腐。

配套設(shè)備：旋流混合擴(kuò)散曝氣器1 164套；在線溶氧儀1套；鼓風(fēng)機(jī)2臺(tái)，1用1備，Q=59.6 m3/min，P=0.06 MPa，N=90 kW。

（7）中沉池：設(shè)計(jì)為豎流式沉淀池。

設(shè)計(jì)尺寸：L×B×H=7.0 m×7.0 m×7.4 m；數(shù)量：1 座；沉淀區(qū)表面負(fù)荷：0.43 m3/（m2·h）；結(jié)構(gòu)：鋼砼，環(huán)氧樹(shù)脂普通防腐。

配套設(shè)備：污泥回流泵2臺(tái)，1用1備，型號(hào)Q=30 m3/h，Hd=15 m，N=3 kW。

（8）缺氧池。

設(shè)計(jì)尺寸：L×B×H=14.4 m×7.0 m×5.7 m；數(shù)量：1 座；有效容積：524 m3；停留時(shí)間：25.0 h；結(jié)構(gòu)：鋼砼，環(huán)氧樹(shù)脂普通防腐。

配套設(shè)備：潛水?dāng)嚢铏C(jī)4臺(tái)，N=1.5 kW。

（9）接觸氧化池：設(shè)計(jì)為2格，中間采用穿墻孔過(guò)水，增強(qiáng)混合效果。

設(shè)計(jì)尺寸：L×B×H=15.4 m×6.0 m×5.7 m；數(shù)量：1 座；有效容積：480 m3；停留時(shí)間：23.0 h；結(jié)構(gòu)：鋼砼，環(huán)氧樹(shù)脂普通防腐。

配套設(shè)備：旋流混合擴(kuò)散曝氣器304套；在線溶氧儀1套；鼓風(fēng)機(jī)與好氧池共用。

（10）二沉池：設(shè)計(jì)為輻流式沉淀池形式，采用機(jī)械刮泥。

設(shè)計(jì)尺寸：Φ×H=10 m×5.5 m；數(shù)量：1座；沉淀區(qū)表面負(fù)荷：0.27 m3/（m2·h）；結(jié)構(gòu)：鋼砼，環(huán)氧樹(shù)脂普通防腐。

配套設(shè)備：污泥回流泵2臺(tái)，1用1備，Q=30 m3/h，Hd=15 m，N=3 kW；排泥泵2臺(tái)，1用1備，Q=15 m3/h，Hd=16 m，N=1.5 kW；中心傳動(dòng)懸掛式刮泥機(jī)1臺(tái)，直徑為10 m，N=0.55 kW。

（11）末端氧化池：設(shè)計(jì)為2格，中間采用穿墻孔過(guò)水，增強(qiáng)混合效果。

設(shè)計(jì)尺寸：L×B×H=5.5 m×5.5 m×5.5 m；數(shù)量：1 座；有效容積：151 m3；停留時(shí)間：7.2 h；結(jié)構(gòu)：鋼砼，玻璃鋼加強(qiáng)防腐。

配套設(shè)備：多曲面攪拌機(jī)2臺(tái)，N=1.1 kW。

（12）排放水池。

設(shè)計(jì)尺寸：L×B×H=10.1 m×5.5 m×5.5 m；數(shù)量：1 座； 有效容積：277 m3； 停留時(shí)間：13.3 h；結(jié)構(gòu)：鋼砼，環(huán)氧樹(shù)脂普通防腐。

配套設(shè)備：污水提升泵2臺(tái)，1用1備，型號(hào)Q=40 m3/h，Hd=60 m，N=15 kW。

（13）污泥濃縮池。

設(shè)計(jì)尺寸：Φ×H=6 m×5.8 m；數(shù)量：1座；有效容積：140 m3；結(jié)構(gòu)：鋼砼，環(huán)氧樹(shù)脂普通防腐。

配套設(shè)備：排泥泵2臺(tái)（變頻），1用1備，型號(hào)Q=40 m3/h，Hd=60 m，N=15 kW。

（14）其它配套構(gòu)建筑物包括：綜合用房（含配電室、控制室及污泥脫水間），風(fēng)機(jī)房，污泥堆放間，加藥間，各1座。污泥脫水間內(nèi)設(shè)置板框壓濾機(jī)2臺(tái)，單臺(tái)過(guò)濾面積 80 m2，濾室容量 1.56 m3，N=4 kW；加藥間內(nèi)設(shè)置 H2SO4，NaOH，H2O2，F(xiàn)eSO4，Ca(OH)2，PAM等藥劑投加系統(tǒng)。

3 處理效果分析

3.1 運(yùn)行效果分析

工程建成后，已實(shí)現(xiàn)連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行，各單元出水水質(zhì)見(jiàn)表2。實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，為保證進(jìn)水水質(zhì)均勻，調(diào)節(jié)池采用高液位運(yùn)行，水溫較低的情況下，在調(diào)節(jié)池通入蒸汽，保證水溫在18℃以上。物化處理單元需根據(jù)進(jìn)水情況，靈活調(diào)節(jié)FeSO4，H2O2等藥劑投加量，控制好反應(yīng)過(guò)程的pH值（調(diào)節(jié)池pH值控制在3～4，混凝沉淀池pH值控制在7.5～8.5），處理后廢水水質(zhì)變化明顯，完全滿足生化處理要求。調(diào)試期間，共向水解酸化池投加了30 t含水率為80%的新鮮污泥，由于廢水中缺少磷元素，定期向生化各個(gè)構(gòu)筑物中投加少量磷酸二氫鈣。實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，好氧池的SV30控制在30%～45%，DO質(zhì)量濃度控制在2～4 mg/L，接觸氧化池的SV30控制在15%～20%，其末端的DO質(zhì)量濃度控制在1～2 mg/L。末端氧化池根據(jù)水質(zhì)情況，靈活調(diào)節(jié)氧化藥劑的投加量，保證出水水質(zhì)達(dá)標(biāo)。

表2 各處理單元出水水質(zhì)

3.2 技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析

廢水處理裝置投資約為688萬(wàn)元，包含了設(shè)計(jì)、設(shè)備和電氣儀表采購(gòu)、土建工程、安裝工程等。藥劑費(fèi)和電費(fèi)占據(jù)了廢水處理站運(yùn)行費(fèi)用的絕大部分，根據(jù)運(yùn)行數(shù)據(jù)計(jì)算：藥劑費(fèi)約為7.1元/m3；用電量約為 2 800 kW·h/d，以電價(jià) 0.7 元/（kW·h）計(jì)，電費(fèi)約為3.92元/m3。合計(jì)運(yùn)行費(fèi)用約為11.02元/m3（不含污泥處置費(fèi)用和人工費(fèi)用）。

4 結(jié)論

（1）采用“芬頓氧化 +混凝沉淀 +水解酸化 +好氧+缺氧 +接觸氧化+末端氧化”組合工藝處理樹(shù)脂廢水，工藝合理成熟，設(shè)施運(yùn)行簡(jiǎn)便，廢水處理系統(tǒng)的COD去除率高達(dá)98.5%，出水能穩(wěn)定達(dá)到GB 8978—1996《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》表4中的二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)類(lèi)似廢水治理工程具有一定的參考價(jià)值。

（2）芬頓預(yù)處理法存在運(yùn)行費(fèi)用較高的問(wèn)題，且運(yùn)行費(fèi)用與進(jìn)水水質(zhì)密切相關(guān)，因此，在確保反應(yīng)達(dá)到預(yù)期效果的情況下，根據(jù)進(jìn)水水質(zhì)靈活調(diào)整加藥量，降低運(yùn)行費(fèi)用。同時(shí)與企業(yè)協(xié)商，在不影響生產(chǎn)的條件下，采取清潔工藝，盡量從源頭削減有機(jī)物的排放量。