預(yù)處理/UASB/MSBR/Fenton/混凝組合工藝處理磺化油廢水工程實(shí)例

羅 燦，顏智勇，蔡意祥，向 萍，顏鳴揚(yáng)，謝 軍

(1.湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院，湖南長(zhǎng)沙 410128；2.冷水江市環(huán)境保護(hù)監(jiān)測(cè)站，湖南冷水江 417500)

某工業(yè)園區(qū)磺化油生產(chǎn)廠家利用非食用植物油經(jīng)催化發(fā)生酯化反應(yīng)，再中和形成磺化油[1]。酯化廢水是聚酯過程中產(chǎn)生的各類廢水，成分復(fù)雜、pH低、COD高、油類高[2]。 廢水中碳氮磷比值與生化處理理想比值相差較大，且難生物降解的有機(jī)物較多，單純采用生物法處理該廢水，無法達(dá)到排放要求，還需進(jìn)一步處理[3]。高級(jí)氧化工藝深度處理廢水反應(yīng)速率快，不產(chǎn)生二次污染物。通常高級(jí)氧化法有濕式氧化法、臭氧氧化法、Fenton氧化法、光催化氧化等。濕式氧化法反應(yīng)需在高溫、高壓條件以及催化劑的作用下才能高效進(jìn)行[4]；臭氧氧化法處理廢水的投資大，運(yùn)行成本高[5]；光催化氧化法反應(yīng)條件光能利用率較低，實(shí)際操作困難[6]。Fenton氧化法能高效處理難生物降解有機(jī)物而不產(chǎn)生二次污染物，反應(yīng)條件相對(duì)溫和，操作簡(jiǎn)單，且反應(yīng)速度快，工藝占地面積小[7-9]。因此采用Fenton氧化法作為磺化油廢水生化處理后的進(jìn)一步處理。

1 廢水水質(zhì)、水量及排放標(biāo)準(zhǔn)

磺化油廢水排放量為120 m3/d，出水水質(zhì)要求達(dá)到《污水排入城鎮(zhèn)下水道水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T 31962—2015)C級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，廢水水質(zhì)和排放標(biāo)準(zhǔn)如表1所示。

表1 廢水水質(zhì)和排放標(biāo)準(zhǔn)

2 廢水處理工藝流程

磺化油生產(chǎn)廢水有機(jī)污染物濃度高、有一定浮油及懸浮物，且污染物中含有一定濃度的難生物降解有機(jī)物?；腔蜕a(chǎn)廢水預(yù)處理先經(jīng)隔油池去除大部分浮油，再自流進(jìn)調(diào)節(jié)池對(duì)廢水pH進(jìn)行調(diào)節(jié)，后用泵提升入U(xiǎn)ASB反應(yīng)池進(jìn)行厭氧處理，廢水中大部分COD在厭氧池中去除；厭氧池處理后的水自流至MSBR反應(yīng)池，污水在MSBR反應(yīng)池進(jìn)行好氧處理，以降低廢水中部分COD和氨氮；好氧處理完畢后將上清液泵入Fenton混凝池，主要去除MSBR池出水中難以被生化處理的COD。Fenton混凝池中先進(jìn)行Fenton氧化反應(yīng)，反應(yīng)完全后進(jìn)行混凝，沉淀出水無異味且達(dá)標(biāo)排放。具體工藝流程如圖1所示。

圖1 廢水處理工藝流程Fig.1 Wastewater Treatment Processes

3 主要構(gòu)筑物及設(shè)備參數(shù)

3.1 隔油池

尺寸為4.0 m×1.5 m×4.0 m，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。既能有效隔油，也能緩沖廢水流量帶來的沖擊，對(duì)SS有一定的去除。收集的浮油可作為磺化油生產(chǎn)的原料被回收利用。

3.2 調(diào)節(jié)池

調(diào)節(jié)池尺寸為 8.5 m×4.0 m×4.0 m，由鋼筋混凝土構(gòu)造而成，采用玻璃鋼防腐。提升泵兩臺(tái)(一備一用)，泵的型號(hào)為WQK15-15-1.5。調(diào)節(jié)池內(nèi)布有曝氣裝置，通過加入氫氧化鈉，用曝氣攪拌調(diào)節(jié)pH，保證后續(xù)工藝高效穩(wěn)定運(yùn)行。

3.3 UASB反應(yīng)池

UASB反應(yīng)池尺寸為10.0 m×7.0 m×7.0 m，由鋼筋混凝土構(gòu)造而成的密閉池體，有效容積為480 m3，HRT為4 d，內(nèi)設(shè)兩臺(tái)回流泵(一備一用)，回流泵型號(hào)為IRG80-100。UASB反應(yīng)池主要去除廢水中部分的有機(jī)物，反應(yīng)池內(nèi)采用分散的布水管道，管道在UASB池底鋪設(shè)均勻，進(jìn)水后開啟回流泵使泥水充分混合，增大污泥與污水反應(yīng)的接觸面積，使處理效率大大提升[10]。

3.4 MSBR曝氣池

MSBR曝氣池尺寸為10.0 m×6.0 m×4.0 m，池體是鋼混結(jié)構(gòu)，有效容積為240 m3，兩臺(tái)羅茨鼓風(fēng)機(jī)(一備一用)，鼓風(fēng)機(jī)型號(hào)為L(zhǎng)SR80WD(一備一用)，排水泵型號(hào)WQ80-10-5.5(一備一用)。MSBR反應(yīng)池內(nèi)部裝有組合填料，提高氧在水中的轉(zhuǎn)移速率，使水中的有機(jī)物能被微生物高效處理[11]。

3.5 Fenton反應(yīng)池

Fenton反應(yīng)池尺寸為6 m×6 m×4 m，池體是鋼混結(jié)構(gòu)，池壁利用防腐材料，安裝一臺(tái)攪拌機(jī)，用于Fenton反應(yīng)攪拌。Fenton氧化反應(yīng)3 h完全后，再加堿調(diào)節(jié)pH，并加入少量PAC混凝沉淀。

4 工程調(diào)試及運(yùn)行結(jié)果分析

4.1 生化處理部分調(diào)試

污泥馴化是工程調(diào)試中重要的一部分。UASB反應(yīng)池與MSBR反應(yīng)池之間是自流，UASB反應(yīng)器與MSBR反應(yīng)器調(diào)的試可同時(shí)進(jìn)行。

4.1.1 UASB反應(yīng)池啟動(dòng)與調(diào)試

UASB反應(yīng)池內(nèi)接種污水廠30 t含水率大約80%的消化污泥，加水并開啟內(nèi)回流泵，混勻。考慮到原水的COD濃度高，稀釋原水進(jìn)水，保證回流泵至少12 h的運(yùn)行時(shí)間，待反應(yīng)器處理穩(wěn)定后，逐步提高反應(yīng)器內(nèi)負(fù)荷。此階段反應(yīng)器通過提高進(jìn)水COD從而提高負(fù)荷，負(fù)荷每次增加大約20%，每增加一次負(fù)荷，著重注意池內(nèi)pH，使pH值控制在6.5～7.5，以防止反應(yīng)器酸化給厭氧微生物活性帶來不可恢復(fù)的影響。每日監(jiān)測(cè)項(xiàng)目一次，根據(jù)檢測(cè)結(jié)果及時(shí)調(diào)整。UASB反應(yīng)器高效穩(wěn)定的運(yùn)行，可使調(diào)試周期變短，能更快地投入磺化油生產(chǎn)廢水的處理。

4.1.2 MSBR反應(yīng)池啟動(dòng)與調(diào)試

MSBR反應(yīng)池內(nèi)接種污水廠15 t含水率約85%的好氧活性污泥，加水開啟鼓風(fēng)機(jī)曝氣，混勻。MSBR反應(yīng)池內(nèi)曝氣量不宜過多或過少，DO控制在2～3 mg/L。因UASB反應(yīng)池處理后的污水自流入MSBR反應(yīng)池，兩池調(diào)試可以同步進(jìn)行，逐步增加負(fù)荷的同時(shí)每日監(jiān)測(cè)，根據(jù)檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行分析。

4.2 非生化處理部分調(diào)試

經(jīng)預(yù)處理/UASB/MSBR生化處理后的廢水，含有的難生物降解的有機(jī)物較多，故采用Fenton反應(yīng)將其去除。在調(diào)試過程中，通過實(shí)際處理效果確定最適宜反應(yīng)條件：pH值為4，反應(yīng)時(shí)間為3 h，硫酸亞鐵投加量為0.8 kg/m3，30%雙氧水投加量為1 kg/m3，F(xiàn)enton反應(yīng)后，加堿將pH值調(diào)至7.5～9，加入少量PAC混凝沉淀后將上清液排出，沉淀污泥用泵抽入污泥濃縮池。

4.3 運(yùn)行效果

該污水處理工程經(jīng)過兩個(gè)多月的調(diào)試，優(yōu)化了各個(gè)工藝的條件。當(dāng)進(jìn)水pH值為7～8，UASB反應(yīng)池進(jìn)完水后，需保證回流泵至少運(yùn)行12 h。在MSBR反應(yīng)池中每次進(jìn)水后需曝氣15 h。在Fenton反應(yīng)池中，需先將pH值調(diào)至4，硫酸亞鐵投加量為0.8 kg/m3，30%雙氧水投加量為1 kg/m3，反應(yīng)3 h。各個(gè)工藝的運(yùn)行趨于穩(wěn)定，工程實(shí)踐效果好，穩(wěn)定運(yùn)行后，經(jīng)當(dāng)?shù)丨h(huán)保監(jiān)測(cè)站監(jiān)測(cè)，各項(xiàng)指標(biāo)30 d監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)平均值如表2所示。

表2 各處理單元處理效果

由穩(wěn)定運(yùn)行后數(shù)據(jù)可知：在適宜條件下，UASB/SBR工藝能去除大部分的有機(jī)物，難生物降解的有機(jī)物通過Fenton氧化反應(yīng)去除，出水水質(zhì)能達(dá)到《污水排入城鎮(zhèn)下水道水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T 31962—2015)C級(jí)標(biāo)準(zhǔn)要求。

5 經(jīng)濟(jì)效益分析

根據(jù)各處理設(shè)備的運(yùn)行時(shí)長(zhǎng)，耗電約為145 kW·h/d，按照當(dāng)?shù)毓I(yè)用電0.6元/(kW·h)計(jì)算，每日電費(fèi)為87元。藥劑消耗主要來自pH調(diào)節(jié)用氫氧化鈉2 kg/m3和98%工業(yè)硫酸1.4 kg/m3以及Fenton氧化反應(yīng)需硫酸亞鐵的量0.8 kg/m3和30%雙氧水量1 kg/m3，PAC消耗30 g/m3，參考市場(chǎng)價(jià)(氫氧化鈉2 800元/t，98%工業(yè)硫酸600元/t，硫酸亞鐵500元/t，30%雙氧水1 600元/t，PAC 2 000元/t)，處理120 m3廢水藥劑費(fèi)用為1 020元，合計(jì)電費(fèi)和藥劑費(fèi)為1 107元/d，折合為9.2元/m3。污泥托運(yùn)費(fèi)用以及無害處理折合水費(fèi)大約為0.3元/m3。兼職定員2人，按照每人每月工資1 000元，則每日人工費(fèi)為0.56元。在不計(jì)項(xiàng)目折舊費(fèi)和設(shè)備維修費(fèi)的情況下，處理120 m3廢水運(yùn)行費(fèi)用為1 107.86元/d，折合水費(fèi)為9.23元/m3。

6 結(jié)論

(1)實(shí)際穩(wěn)定運(yùn)行數(shù)據(jù)表明，預(yù)處理/UASB/MSBR/Fenton/混凝組合工藝處理磺化油生產(chǎn)廢水效果良好，CODCr、NH3-N、TP、動(dòng)植物油、色度去除率分別為98%、87%、75%、98%、71%。出水各項(xiàng)指標(biāo)達(dá)到《污水排入城鎮(zhèn)下水道水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T 31962—2015)C級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。

(2)為了生化處理系統(tǒng)能穩(wěn)定運(yùn)行，在廢水進(jìn)入生化反應(yīng)器前需進(jìn)行隔油預(yù)處理，防止油類物質(zhì)與微生物結(jié)合上浮，影響污泥的沉淀。

(3)Fenton氧化法的控制條件：反應(yīng)pH值為4，反應(yīng)時(shí)間為3 h，硫酸亞鐵投加量為0.8 kg/m3，30%雙氧水投加量為1 kg/m3。