某化工企業(yè)廢水處理工程設(shè)計(jì)

王忠敏， 孫國(guó)亮， 周晟葆， 孫永軍

（1.中冶華天工程技術(shù)有限公司， 南京 210019； 2.信息產(chǎn)業(yè)電子第十一設(shè)計(jì)研究院科技工程股份有限公司，南京 210012； 3.南京工業(yè)大學(xué) 城市建設(shè)學(xué)院 江蘇省工業(yè)節(jié)水減排重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 南京 211800）

化工企業(yè)生產(chǎn)廢水具有水質(zhì)成分復(fù)雜、 有機(jī)污染物濃度高、 水質(zhì)水量變化大、 難降解大分子有機(jī)物含量高等特性［1］， 處理難度較大。 目前， 國(guó)內(nèi)外對(duì)該類廢水主要采取分質(zhì)處理原則， 并選用物化處理與生化處理相結(jié)合的處理方法［2］。 本文介紹了某化工企業(yè)生產(chǎn)廢水的處理工藝流程及主要構(gòu)筑的設(shè)計(jì)參數(shù)， 以期為同類廢水的處理提供參考。

1 工程概況

某化工企業(yè)主要從事精細(xì)化工產(chǎn)品研發(fā)和生產(chǎn)， 包括醫(yī)農(nóng)藥原料甲苯和羧酸等、 中間體庚烯酮以及除草劑烯草酮等。 廢水主要由庚烯酮酸水、 洗甲苯水、 脫羧酸水、 烯草酮酸水以及廠區(qū)生活污水組成， 成分復(fù)雜， 芳環(huán)有機(jī)物濃度高， COD、 氨氮濃度高， 水力負(fù)荷大， 宜通過預(yù)處理來減輕后續(xù)處理單元的負(fù)荷。 經(jīng)預(yù)處理工藝和生化處理工藝后，符合GB／T 31962—2015《污水排入城鎮(zhèn)下水道水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》B 級(jí)標(biāo)準(zhǔn)， 達(dá)到園區(qū)污水管網(wǎng)的接管要求。

2 設(shè)計(jì)規(guī)模及水質(zhì)

該項(xiàng)目的廢水主要為生產(chǎn)廢水和生活污水，預(yù)處理設(shè)計(jì)規(guī)模為400 m3／d， 包括一般廢水約220 m3／d， 高氨氮廢水約30 m3／d， 高鹽廢水約150 m3／d； 生化處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)模為1 000 m3／d。 出水水質(zhì)要求達(dá)到GB／T 31962—2015 中B 級(jí)標(biāo)準(zhǔn)， 設(shè)計(jì)進(jìn)出水水質(zhì)如表1 所示。

由表1 可知， 該項(xiàng)目廢水主要分為合成和脫羧工段的高氨氮酸水（約30 m3／d）、 高含鹽的中間體酸水和洗甲苯水（約150 m3／d）以及水洗水等一般廢水（約220 m3／d）。 這些廢水具有COD 濃度高， 氨氮和TN 濃度大， 含鹽量大， pH 值范圍較廣等特點(diǎn)， 普通一級(jí)A／O 工藝的處理效果難以滿足排放要求， 因此需做強(qiáng)化處理。

表1 設(shè)計(jì)水量和水質(zhì)Tab. 1 Design water quantity and quality

3 廢水處理工藝

該項(xiàng)目廢水的主要污染物有COD、 氨氮、 油、硫酸鹽等， 處理手段應(yīng)采取分類分質(zhì)的形式。 庚烯酮酸水、 洗甲苯水、 合成酸水等均屬于高鹽廢水，部分廢水含鹽量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于2%， 對(duì)廢水中的微生物具有較強(qiáng)抑制作用， 宜采用蒸餾工藝析鹽。 廢水中的芳環(huán)有機(jī)物濃度高， 難降解， 本項(xiàng)目選用鐵碳微電解結(jié)合Fenton 反應(yīng)， 利用Fe－C 組成的無數(shù)微電池還原破壞廢水中的芳環(huán)支鏈， 由于微電解過程產(chǎn)生Fe2＋， 催化H2O2生成強(qiáng)氧化性·OH［3］， 進(jìn)而氧化破壞芳環(huán)； 經(jīng)過上述工藝處理后， 廢水COD 得到大幅削減， 可生化性提高， 但是廢水中殘留的Fe2＋和Fe3＋不利于后續(xù)生化處理， 利用混凝沉淀將其轉(zhuǎn)化為沉淀并吸附去除。 針對(duì)該廢水中污染物不易降解， 氨氮和TN 濃度均較高的特點(diǎn)， 考慮選用具有較好脫氮能力且耐沖擊負(fù)荷能力強(qiáng)， 有利于系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的工藝。 A／O 工藝具有高效的脫氮功能， 在實(shí)際應(yīng)用中較為普遍， 有許多成功的案例［4-5］。 考慮到該廢水中存在較多難降解大分子污染物， 采用水解酸化和IC 厭氧組合的工藝， 先利用水解酸化池中微生物將大分子有機(jī)物降解為小分子有機(jī)質(zhì)［6］， 提高廢水可生化性， 然后進(jìn)入IC 厭氧反應(yīng)器， 通過布水管路和厭氧污泥充分混勻， 在厭氧產(chǎn)甲烷菌的作用下， 降解廢水中難降解有機(jī)質(zhì)［7］， 再次提高廢水可生化性， 降低后續(xù)處理的難度。 最后， 為保證整個(gè)處理系統(tǒng)出水達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)， 選用Fenton 氧化工藝作為深度處理方法。 具體流程見圖1。

圖1 廢水處理系統(tǒng)工藝流程Fig. 1 Process flow of wastewater treatment system

來自廠區(qū)的一般廢水、 高氨氮廢水和高鹽廢水分別進(jìn)入調(diào)節(jié)池1、 調(diào)節(jié)池2 和調(diào)節(jié)罐， 以調(diào)節(jié)水質(zhì)水量， 保證后續(xù)處理系統(tǒng)的水量均勻、 水質(zhì)穩(wěn)定以及工藝安全穩(wěn)定運(yùn)行； 調(diào)節(jié)池1 的廢水進(jìn)入隔油氣浮池進(jìn)行油水分離， 調(diào)節(jié)池2 的廢水經(jīng)兩級(jí)氨氮吹托塔將氨吹出， 投加PAC 輔助氨氮的去除， 以上過程需要投加堿調(diào)節(jié)pH 值， 調(diào)節(jié)罐出水經(jīng)油水分離后進(jìn)入蒸發(fā)釜， 處理后的殘鹽作為危廢進(jìn)一步處理， 冷凝液和其他2 種廢水匯入調(diào)節(jié)池3； 調(diào)節(jié)池3 的廢水依次進(jìn)入pH 調(diào)節(jié)反應(yīng)釜、 鐵碳微電解反應(yīng)釜、 Fenton 反應(yīng)釜、 穩(wěn)定罐、 pH 中和反應(yīng)釜、混凝槽和沉淀罐進(jìn)行預(yù)處理， 降解有機(jī)物， 提高廢水的可生化性， 減少對(duì)后續(xù)處理單元的沖擊負(fù)荷。廢水經(jīng)沉淀池泥水分離后進(jìn)入綜合調(diào)節(jié)池， 與生活污水一起調(diào)節(jié)水量水質(zhì)， 出水進(jìn)入水解酸化池， 利用水解酸化菌的水解酸化作用將部分大分子有機(jī)物降解為小分子， 提高廢水的可生化性， 處理后的廢水排入沉淀池1 進(jìn)行泥水分離， 出水進(jìn)入兩級(jí)IC厭氧反應(yīng)器， 污泥流入污泥池； IC 厭氧反應(yīng)器反應(yīng)器出水自流進(jìn)入缺氧池1 與好氧池1 回流混合液混合， 缺氧池1 內(nèi)反硝化細(xì)菌利用廢水中的有機(jī)物做碳源， 將好氧池1 回流混合液中帶入的大量NO3-－N 和NO2-－N 還原為N2釋放至空氣， 降低BOD5及NO3-－N 濃度， 減輕好氧池1 的有機(jī)負(fù)荷， 減少好氧池1 有機(jī)物氧化和硝化的需氧量。 好氧池1 出水自流進(jìn)入缺氧池2 與好氧池2 回流混合液混合， 去除有機(jī)物和氨氮， 好氧池2 出水自流進(jìn)入二沉池， 在二沉池實(shí)現(xiàn)泥水分離； 出水自流進(jìn)入尾水排放反應(yīng)池中， 氧化劑（H2O2）、 催化劑（Fe2＋）與廢水經(jīng)螺旋狀流態(tài)旋轉(zhuǎn)前進(jìn)， 良好的均質(zhì)效果極大地提升了氧化劑的利用效率。

沉淀罐、 沉淀池1、 兩級(jí)IC 厭氧反應(yīng)器和二沉池的污泥經(jīng)回流泵送至污泥池， 污泥通過自流進(jìn)入污泥調(diào)節(jié)池， 通過投加PAM 增加污泥絮凝效果，污泥調(diào)節(jié)池中的污泥最終經(jīng)過疊螺式污泥脫水機(jī)處理后產(chǎn)生泥餅并外運(yùn)， 壓濾出水回流調(diào)節(jié)池。

4 主要構(gòu)筑物及設(shè)計(jì)參數(shù)

（1） 調(diào)節(jié)池。 3 座， 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。 調(diào)節(jié)池1的設(shè)計(jì)進(jìn)水量為220 m3／d， 尺寸為8.5 m×6.0 m ×4.5 m， 有效水深為4.0 m， 水力停留時(shí)間為22.3 h，設(shè)潛水?dāng)嚢铏C(jī)2 臺(tái)， 功率為1.5 kW； 電磁流量計(jì)1臺(tái)； 污水提升泵2 臺(tái)， 流量為10 m3／h， 揚(yáng)程為12 m， 功率為0.75 kW。 調(diào)節(jié)池2 的設(shè)計(jì)進(jìn)水量為30 m3／d， 尺寸為4.0 m × 2.0 m × 4.5 m， 有效水深為4.0 m， 水力停留時(shí)間為25.6 h， 設(shè)潛水?dāng)嚢铏C(jī)1臺(tái)， 功率為0.75 kW； 電磁流量計(jì)1 臺(tái)； pH 在線儀1 臺(tái)； 槳式攪拌機(jī)1 臺(tái)， 功率為0.55 kW； 污水提升泵2 臺(tái)， 流量為2 m3／h， 揚(yáng)程為12 m， 功率為0.75 kW。 調(diào)節(jié)池3 的設(shè)計(jì)進(jìn)水量為400 m3／d，尺寸為10.5 m× 3.5 m×4.5 m， 有效水深為4.0 m，水力停留時(shí)間為8.9 h， 設(shè)潛水?dāng)嚢铏C(jī)2 臺(tái)， 功率為1.5 kW； 電磁流量計(jì)2 臺(tái)； 污水提升泵3 臺(tái)，流量為10 m3／h， 揚(yáng)程為12 m， 功率為0.75 kW。

（2） 調(diào)節(jié)罐。 碳鋼襯塑結(jié)構(gòu)， 設(shè)計(jì)進(jìn)水流量為150 m3／d， 尺寸為10.0 m × 3.0 m × 3.0 m， 有效水深為2.7 m， 水力停留時(shí)間13.0 h。 設(shè)潛水?dāng)嚢铏C(jī)1臺(tái)， 功率為0.75 kW； 電磁流量計(jì)1 臺(tái)； pH 在線儀1 臺(tái)； 污水提升泵2 臺(tái)， 流量為10 m3／h， 揚(yáng)程為15 m， 功率為0.75 kW。

（3） 兩級(jí)氨氮吹脫塔。 碳鋼襯塑結(jié)構(gòu)， 尺寸為φ1.5 m × 7.5 m， 有效水深為7.0 m， 流量為30 m3／d。 一級(jí)氨氮吹脫塔pH 值調(diào)節(jié)為6 ～9， 二級(jí)調(diào)節(jié)pH 值為11， 氣水比均取3 500， 吹脫40 min，均采用聚丙烯階梯環(huán)填料， 填料高1.8 m。

（4） pH 調(diào)節(jié)反應(yīng)釜。 2 座， 碳鋼襯塑結(jié)構(gòu)，每座設(shè)計(jì)進(jìn)水流量為200 m3／d， 尺寸為R 1.5 m ×5.0 m， 有效水深為4.7 m， 水力停留時(shí)間為4.0 h。設(shè)pH 在線儀2 臺(tái)， 配套攪拌機(jī)。

（5） 鐵碳微電解反應(yīng)釜。 2 座， 碳鋼襯塑結(jié)構(gòu)， 每座設(shè)計(jì)進(jìn)水流量為200 m3／d， 尺寸為R 3.0 m × 5.0 m， 有效水深為4.7 m， 水力停留時(shí)間為16.0 h。 設(shè)曝氣裝置2 套， 鐵碳填料23 m3。

（6） Fenton 反應(yīng)釜。 2 座， 碳鋼襯塑結(jié)構(gòu)， 每座設(shè)計(jì)進(jìn)水流量為200 m3／d， 尺寸為R 3.0 m×5.0 m， 有效水深為4.7 m， pH 值調(diào)節(jié)為3～4， Fe2＋和H2O2的物質(zhì)的量比為1 ∶10， 水力停留時(shí)間為16.0 h。 設(shè)配套攪拌機(jī)。

（7） 穩(wěn)定罐。 2 座， 碳鋼襯塑結(jié)構(gòu)， 每座設(shè)計(jì)進(jìn)水流量為200 m3／d， 尺寸為R 2.1 m×5.0 m， 有效水深為4.7 m， 水力停留時(shí)間為7.5 h。 設(shè)配套攪拌機(jī)。

（8） pH 中和反應(yīng)釜。 2 座， 碳鋼襯塑結(jié)構(gòu)， 每座設(shè)計(jì)進(jìn)水流量為200 m3／d， 尺寸為R 1.5 m×5.0 m， 有效水深為4.7 m， 水力停留時(shí)間為4.0 h。 設(shè)pH 在線儀2 臺(tái)， 漿式攪拌機(jī)2 臺(tái)， 功率為0.55 kW。

（9） 混凝槽。 2 座， 碳鋼襯塑結(jié)構(gòu)， 每座設(shè)計(jì)進(jìn)水流量為200 m3／d， 尺寸為R 1.5 m×4.0 m， 水力停留時(shí)間為3.2 h。 設(shè)管式靜態(tài)混合器2 臺(tái)， 流量為14～28 m3／h， 管徑為100 mm； 漿式攪拌機(jī)2臺(tái)， 功率為0.55 kW。

（10） 沉淀罐。 2 座， 碳鋼襯塑結(jié)構(gòu)， 每座設(shè)計(jì)進(jìn)水流量為200 m3／d， 尺寸為R 3.0 m × 4.0 m，有效水深3.5 m， 水力停留時(shí)間為11.5 h。 設(shè)配套中心筒。

（11） 綜合調(diào)節(jié)池。 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)， 設(shè)計(jì)進(jìn)水流量為1 000 m3／d， 分3 格， 單格尺寸為11.0 m×10.7 m×5.5 m， 有效水深為5.0 m， 水力停留時(shí)間為42.5 h。 設(shè)潛水?dāng)嚢铏C(jī)6 臺(tái)， 功率為3.0 kW； 污水提升泵6 臺(tái)， 流量為25 m3／h， 揚(yáng)程為10 m， 功率為2.2 kW。

（12） 水解酸化池。 2 座， 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，每座尺寸為15.5 m × 6.5 m × 5.5 m， 有效水 深為5.0 m， 組合填料500 m3， 污泥容積負(fù)荷為5.0 kg［COD］／（m3·d）。 設(shè)pH 在線儀2 臺(tái)； 潛水推流器4臺(tái)， 功率為3.0 kW； 配套填料支架400 m2。

（13） 沉淀池1。 2 座， 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)， 每座尺寸為5.0 m× 5.0 m×5.5 m， 有效水深為5.0 m，表面負(fù)荷為1.0 m3／（m2·h）， 水力停留時(shí)間為4.0 h。設(shè)污水提升泵4 臺(tái)， 流量為12.5 m3／h， 揚(yáng)程為25 m， 功率為3.0 kW。

（14） IC 厭氧反應(yīng)器。 2 組4 臺(tái)， 碳鋼襯塑結(jié)構(gòu)， 單臺(tái)尺寸為R 8.2 m×24.0 m， 流量為1 200 m3／d， 進(jìn)水溫度為37 ℃， 第一反應(yīng)室容積負(fù)荷為22.0 kg［COD］／（m3·d）， 第二反應(yīng)室容積負(fù)荷為7.0 kg［COD］／（m3·d）， 組合填料1 200 m3。 設(shè)脈沖布水器4 套； 中間提升罐2 座， 每座尺寸為R 3.0 m × 3.0 m； 沼液分離器8 套； ORP 在線儀4 臺(tái)； 污水提升泵4 臺(tái)， 流量為23 m3／h， 揚(yáng)程為35 m， 功率為4.0 kW； 污水回流泵8 臺(tái)， 流量為30 m3／h， 揚(yáng)程為20 m， 功率為4.0 kW。

（15） 缺氧池1。 2 座， 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)， 每座設(shè)計(jì)進(jìn)水流量為500 m3／d， 尺寸為20.0 m×8.0 m×6.0 m， 有 效 水 深 為5.5 m， 污 泥 負(fù) 荷 為0.09 kg［COD］／（kg［MLSS］·d）， 水力停留時(shí)間為42.3 h，溶解氧質(zhì)量濃度為0.25 mg／L。 設(shè)DO 在線儀2 臺(tái)。

（16） 好氧池1。 2 座， 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)， 每座設(shè)計(jì)進(jìn)水流量為500 m3／d， 尺寸為25.0 m×20.0 m×6.0 m， 有 效 水 深 為5.0 m， 容 積 負(fù) 荷 為0.09 kg［COD］／（m3·d）， 水力停留時(shí)間為120 h， 混合液污泥質(zhì)量濃度為3 000 mg／L， 溶解氧質(zhì)量濃度為4.0 mg／L， 污泥回流比為100%， 混合液污泥回流比控制在200%～300%， 組合填料2 000 m3。 設(shè)DO 在線儀2 臺(tái)； MLSS 在線儀2 臺(tái)； 微孔曝氣系統(tǒng)3 840套； 內(nèi)回流泵4 臺(tái)， 流量為65 m3／h， 揚(yáng)程為15 m，功率為5.5 kW。

（17） 缺氧池2。 2 座， 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)， 每座設(shè)計(jì)進(jìn)水流量為500 m3／d， 尺寸為20.0 m×4.0 m×6.0 m， 有 效 水 深 為5.5 m， 容 積 負(fù) 荷 為0.09 kg［COD］／（m3·d）， 水力停留時(shí)間為21.2 h， 溶解氧質(zhì)量濃度為0.25 mg／L。 設(shè)DO 在線儀2 臺(tái)； 潛水推流器2 臺(tái)， 功率為3.0 kW。

（18） 好氧池2。 2 座， 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)， 每座設(shè)計(jì)進(jìn)水流量為500 m3／d， 尺寸為20.0 m×9.5 m×6.0 m， 有 效 水 深 為5.0 m， 容 積 負(fù) 荷 為0.09 kg［COD］／（m3·d）， 水力停留時(shí)間為45 h， 混合液污泥質(zhì)量濃度為3 000 mg／L， 溶解氧質(zhì)量濃度為4.0 mg／L， 污泥回流比為75%， 混合液回流比控制在200%～300%， 組合填料760 m3。 設(shè)DO 在線儀2臺(tái)； MLSS 在線儀2 臺(tái)； 微孔曝氣系統(tǒng)1 440 套；內(nèi)回流泵4 臺(tái)， 流量為65 m3／h， 揚(yáng)程為15 m， 功率為5.5 kW。

（19） 二沉池。 2 座， 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)， 每座尺寸為6.0 m×5.0 m×6.0 m， 池邊水深為5.5 m， 表面負(fù)荷為0.80 m3／（m2·h）。 設(shè)污泥泵4 臺(tái)， 流量為5.0 m3／h， 揚(yáng)程為15 m， 功率為0.75 kW， 斜板填料44 m3。

（20） 尾水排放池。 2 格， 碳鋼襯塑結(jié)構(gòu)， 單格尺寸為20.0 m×3.0 m×6.0 m。 設(shè)廢水排放泵2 臺(tái)，流量為45 m3／h， 揚(yáng)程為20 m， 功率為3.7 kW。

5 工程設(shè)計(jì)特點(diǎn)

（1） 廢水預(yù)處理采用蒸餾、 鐵碳微電解、Fenton 氧化和混凝沉淀工藝， 提高了廢水的可生化性， 保證了后續(xù)生化處理系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

（2） 生化處理采用以水解酸化池、 IC 厭氧反應(yīng)器和兩級(jí)A／O 為主的處理工藝， 對(duì)有機(jī)物、COD、 氨氮以及總氮具有較高的去除率。 其中A／O工藝好氧池分為3 格， 容積比為1 ∶2 ∶3， 可根據(jù)實(shí)際情況， 將后一級(jí)好氧池改建為MBBR 工藝，該工藝耐沖擊負(fù)荷能力強(qiáng)， 系統(tǒng)運(yùn)行安全穩(wěn)定， 工程案例較多， 且運(yùn)行費(fèi)用低。

（3） 深度處理利用尾水預(yù)排放池， 尾水排放池設(shè)置反應(yīng)池與穩(wěn)定池。 反應(yīng)池可利用氧化劑（H2O2）和催化劑（Fe2＋）的作用進(jìn)一步地將有機(jī)物氧化分解為小分子， 達(dá)到進(jìn)一步凈化水質(zhì)的目的， 穩(wěn)定地實(shí)現(xiàn)固液分離， 上清液自流出水， 達(dá)標(biāo)排放。

6 工程運(yùn)行效果

本工程自2018 年7 月運(yùn)行后， 系統(tǒng)運(yùn)行可靠，耐沖擊負(fù)荷， 自動(dòng)化程度高， 各項(xiàng)出水水質(zhì)達(dá)到GB／T 31962—2015 中B 級(jí)標(biāo)準(zhǔn)要求。 實(shí)測(cè)綜合調(diào)節(jié)池和系統(tǒng)排水水質(zhì)如表2 所示。

本工程總投資約4 217 萬元， 總運(yùn)行成本（電費(fèi)、 藥劑費(fèi)、 維護(hù)費(fèi)、 人工費(fèi)）為9.97 元／m3。

表2 實(shí)測(cè)進(jìn)出水水質(zhì)Tab. 2 Actual influent and effluent water quality

7 結(jié)論

（1） 該工程實(shí)踐表明， 采用蒸餾、 鐵碳微電解、Fenton 反應(yīng)和混凝沉淀預(yù)處理和生化處理（水解酸化池-兩級(jí)厭氧-兩級(jí)A／O）工藝處理高鹽、 高氨氮、高COD 化工廢水是有效可行的， 出水符合GB／T 31962—2015 中B 級(jí)標(biāo)準(zhǔn)， 達(dá)到園區(qū)污水管網(wǎng)接管要求。 該工藝運(yùn)行穩(wěn)定可靠， 耐沖擊負(fù)荷， 自動(dòng)化程度高。

（2） 該化工企業(yè)生產(chǎn)廢水的含鹽量、 氨氮和COD濃度均較高， 且水質(zhì)水量變化大， 因此， 調(diào)節(jié)池應(yīng)設(shè)計(jì)有足夠容積， 保證達(dá)到調(diào)節(jié)水質(zhì)水量的要求。