基于電催化絮凝的洗護(hù)用品生產(chǎn)廢水處理改造工程

饒俊元， 黃弦， 侯明才， 王萬證， 楊遠(yuǎn)秀， 姚創(chuàng)

（廣東省工程技術(shù)研究所 廣東省污水處理提標(biāo)增效及資源化利用工程技術(shù)研究中心， 廣州 510440）

日用化工品生產(chǎn)企業(yè)在日常生產(chǎn)經(jīng)營中， 排放出含有陰離子表面活性劑（LAS）的廢水， 此類廢水成分復(fù)雜， 除含有LAS 和其乳化攜帶的膠體污染物外， 還含有助劑、 漂白劑和油類物質(zhì)， 水量小、濃度高。 LAS 廢水通常分為兩類： 一類為弱堿性，pH 值為8 ～11， 一類為弱酸性， pH 值為4 ～6；LAS 質(zhì)量濃度為100 ～500 mg／L， COD 質(zhì)量濃度為2 000 ～5 000 mg／L， 色度為200 ～400 NTU。 目前，對于LAS 廢水的處理， 主要方法有： 氣浮法［1］、 吸附法［2］、 混凝沉淀法［3］、 催化氧化法［4］、 生物法［5-6］等。 然而， 常規(guī)方法均存在一定缺點(diǎn)， 如氣浮和混凝沉淀法的處理效果不理想； 吸附法只適合低濃度LAS 廢水的深度處理， 存在處理時間長、 易飽和、再生難等問題； 催化氧化法運(yùn)行成本高、 易產(chǎn)生二次污染； 生物法占地面積大、 效果不穩(wěn)定。 尤其是在高濃度LAS 廢水中， 常規(guī)方法的弊端更加明顯。

本工程采用電催化絮凝技術(shù)處理高濃度LAS廢水， 出水穩(wěn)定達(dá)到廣東省DB 44／26—2001《水污染物排放限值》第二時段一級標(biāo)準(zhǔn)， 旨在為類似廢水的處理提供借鑒。

1 原廢水處理工程概況

廣東某日化用品廠廢水主要來源于嬰童洗發(fā)水、 沐浴露等洗護(hù)用品的生產(chǎn)過程， 產(chǎn)品所需原料均為外購， 在廠內(nèi)進(jìn)行混合、 分裝， 排放的廢水主要為清洗容器產(chǎn)生的清洗廢水和少量生活污水， 其主要污染物為COD、 色度、 懸浮物、 油類物質(zhì)、LAS 及氮、 磷等。 廢水產(chǎn)生量約為20 m3／d。 該廠原有廢水處理工藝為調(diào)節(jié)－混凝沉淀－厭氧－好氧（接觸氧化）－沉淀， 以一體化設(shè)備實(shí)施。 按照該廠所在地環(huán)保部門的要求， 該廢水經(jīng)處理后需達(dá)到廣東省DB 44／26—2001 第二時段一級標(biāo)準(zhǔn)。 設(shè)計(jì)進(jìn)出水水質(zhì)見表1。

表1 設(shè)計(jì)進(jìn)出水水質(zhì)Tab. 1 Design influent and effluent water quality

2 存在問題分析及改造方案

該廢水有機(jī)物含量高， 富含油類、 LAS 等， 尤其是LAS 的存在， 廢水進(jìn)入好氧池后， 在曝氣條件下會產(chǎn)生大量的泡沫， 將廢水與生物污泥一起帶出系統(tǒng)， 易導(dǎo)致原系統(tǒng)無法正常運(yùn)行， 出水碳、氮、 磷濃度超標(biāo)。 同時， 分析現(xiàn)有廢水處理設(shè)施發(fā)現(xiàn)還存在以下問題：

（1） 進(jìn)水水質(zhì)波動大， 不穩(wěn)定， 系統(tǒng)的沖擊負(fù)荷大。

（2） 現(xiàn)有簡易混凝沉淀裝置效率低。

（3） 對油類及LAS 等難生物降解物質(zhì)的預(yù)處理效果差， 導(dǎo)致生化系統(tǒng)不能正常運(yùn)行。

（4） 厭氧停留時間短， 無法最大程度將難降解有機(jī)物（尤指LAS）水解酸化或去除。

考慮到現(xiàn)場的土地及資金有限等因素， 本著高效、 低投入的原則， 在盡可能利用現(xiàn)有設(shè)備設(shè)施基礎(chǔ)上， 進(jìn)行了如下工藝改造：

（1） 采用電催化絮凝一體化設(shè)備， 用于生化前預(yù)處理。 該設(shè)備不僅具有電絮凝的功能， 同時加入部分氧化性極板， 可提高設(shè)備對廢水中有機(jī)物的催化氧化去除能力。

（2） 新增高效混凝沉淀單元， 強(qiáng)化電催化絮凝處理后的固液分離。

（3） 將原有混凝沉淀池改為厭氧池， 并投加生物填料， 強(qiáng)化厭氧水解和有機(jī)物去除效果。

3 改造后的工藝流程說明

改造后的廢水處理工藝流程如圖1 所示。

圖1 改造后的廢水處理工藝流程Fig. 1 Process flow of reconstructed wastewater treatment project

廢水經(jīng)提升泵進(jìn)入調(diào)節(jié)池進(jìn)行水質(zhì)水量調(diào)節(jié)后， 出水進(jìn)入電催化絮凝設(shè)備， 利用電催化氧化及絮凝作用， 去除大部分的油類及LAS、 COD、 SS，并改善廢水的可生化性。 電催化絮凝反應(yīng)過程中極板釋放鐵系絮凝離子／絡(luò)合物等， 將大部分懸浮性污染物絮凝去除， 同時鐵系離子與磷酸鹽形成磷酸鐵沉淀； 與此同時， 由于氧化性極板的配置， 通過陽極催化氧化作用將部分溶解性有機(jī)污染物去除［7－11］。 電催化絮凝處理后的出水經(jīng)提升泵提升進(jìn)入混凝沉淀池， 完成固液分離， 出水進(jìn)入?yún)捬醭?。在厭氧水解酸化作用下?難生物降解的大分子物質(zhì)轉(zhuǎn)化為易生物降解的小分子物質(zhì)， 進(jìn)一步提高廢水的可生化性， 并實(shí)現(xiàn)部分COD 的去除。 厭氧池出水泵入到好氧池， 同時進(jìn)行硝化反硝化， 完成COD、 氮、 磷的去除， 出水經(jīng)沉淀池固液分離后，最終達(dá)標(biāo)排放。 系統(tǒng)中所產(chǎn)生的污泥均排入污泥濃縮池， 然后經(jīng)板框壓濾機(jī)脫水處理， 脫水污泥委外處理。

4 主要構(gòu)筑物及設(shè)計(jì)參數(shù)

（1） 調(diào)節(jié)池（利舊）。 1 座， 鋼結(jié)構(gòu)防腐， 尺寸為4.0 m×2.0 m×2.8 m， 有效容積為20.0 m3。 配置提升泵、 攪拌器及浮球液位計(jì)等。

（2） 模塊化電催化絮凝設(shè)備（新增）。 1 套， 外形尺寸為0.6 m×0.8 m×1.2 m， 處理水量為20 m3／d， 有效電解容積為0.125 m3， 電解時間為5 min。配套電源控制器及提升泵等。 模塊化電催化絮凝設(shè)備采用下進(jìn)上出的方式， 設(shè)備內(nèi)的電極板為復(fù)合極板， 包括鐵系電極、 貴金屬Ti 電極。 設(shè)計(jì)電流與電壓分別為4 A、 55 V。

（3） 混凝沉淀池（新增）。 1 座， 鋼結(jié)構(gòu)防腐，尺寸為1.3 m×2.8 m×2.5 m。 混凝沉淀池分2 個區(qū)，前端設(shè)有一個混凝攪拌區(qū)（分2 格）， 后端設(shè)有斜管沉淀區(qū)。 混凝攪拌區(qū)采用全混中心攪拌形式， 尺寸為1.3 m×0.6 m×1.0 m（混凝攪拌區(qū)上端與斜管沉淀區(qū)平齊， 下端懸空）， 有效容積為0.43 m3， 停留時間為31 min。 斜管沉淀區(qū)的設(shè)計(jì)表面水力負(fù)荷為0.58 m3／（m2·h）， 池內(nèi)有效停留時間為2.08 h， 斜管高度為1 m， 斜管傾角為60°， 斜管上部水深為0.33 m。 混凝沉淀池配有pH 在線監(jiān)控及自動投加PAC 及PAM 裝置， 用于將電催化絮凝出水調(diào)控至弱堿性（pH 值為8.5）， 并實(shí)現(xiàn)泥水分離。

（4） 厭氧池（改造）。 1 座， 鋼結(jié)構(gòu)防腐， 根據(jù)同類廢水處理經(jīng)驗(yàn)， 設(shè)計(jì)停留時間為30 h。 尺寸為6.0 m×2.0 m×2.8 m， 有效容積為30.0 m3。 池體內(nèi)設(shè)組合填料， 填料直徑為150 mm， 間距為80 mm。 池底設(shè)置潛水推流器實(shí)現(xiàn)良好的固液混合條件。

（5） 好氧池（利舊）。 1 座， 鋼結(jié)構(gòu)防腐， 尺寸為2.0 m×2.0 m×2.8 m， 有效容積為10 m3， 停留時間為12 h。 內(nèi)設(shè)組合填料， 填料直徑為150 mm，間距為80 mm。 MLSS 質(zhì)量濃度控制在3 ～4 g／L，溶解氧質(zhì)量濃度控制在2.5 ～3.5 mg／L。

（6） 沉淀池（利舊）。 1 座， 鋼結(jié)構(gòu)防腐， 尺寸為2.0 m×2.0 m×2.8 m， 有效容積為10 m3， 池內(nèi)停留時間為9.6 h， 斜管高度為1 m， 斜管區(qū)上部水深為1 m， 斜管傾角為60°。

5 工程調(diào)試及運(yùn)行結(jié)果

5.1 主要污染物過程去除情況

該廢水處理改造工程于2019 年5 月初完成，隨后經(jīng)過半個多月的調(diào)試， 包括電絮凝參數(shù)控制與調(diào)整、 菌種培養(yǎng)馴化等， 直至出水穩(wěn)定達(dá)標(biāo)。 其主要污染物過程去除情況如表2 所示。

表2 主要污染物過程去除情況Tab. 2 Situation of main pollutants removal

由表2 可以看出， 電催化絮凝預(yù)處理對COD、TP、 LAS、 SS 的去除效果均很好， 去除率分別達(dá)到52.57%、 99.07%、 94.99%和90.74%。 厭氧－好氧生物系統(tǒng)則實(shí)現(xiàn)了對氨氮的硝化去除。 值得一提的是， 厭氧單元對LAS 的去除效果亦很明顯， 保證了廢水進(jìn)入好氧曝氣后不會產(chǎn)生大量泡沫而影響好氧池的正常運(yùn)行。 這也說明， 強(qiáng)化厭氧處理是保證LAS 去除的重要步驟。

5.2 工藝出水情況

系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定后， 經(jīng)電催化絮凝-A／O 工藝處理的洗護(hù)用品廢水出水水質(zhì)情況良好， 出水COD質(zhì)量 濃度為43.12 ～82.16 mg／L， 氨氮質(zhì)量濃度為0.10 ～0.89 mg／L， TP 質(zhì)量濃度為0.03 ～0.13 mg／L，LAS 為0.04 ～1.26 mg／L， SS 質(zhì) 量 濃 度 為2.64 ～5.93 mg／L， 均達(dá)到廣東省DB 44／26—2001 第二時段一級標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)計(jì)要求。

6 運(yùn)行成本分析

該工程運(yùn)行成本主要包括電費(fèi)、 藥劑費(fèi)及污泥處置費(fèi)。 由于整套處理設(shè)施機(jī)械化、 自動化程度高， 只需配置1 名兼職管理員， 因此， 人工費(fèi)可忽略不計(jì)。 電費(fèi)按0.8 元／（kW·h）計(jì)算， 則電費(fèi)成本為1.6 元／t； 藥劑費(fèi)主要是少量PAM 絮凝劑、 電導(dǎo)率調(diào)節(jié)劑， 費(fèi)用約為0.3 元／t； 污泥處置費(fèi)用約2.2元／t（折合噸水處理費(fèi)用）。 因此， 該廢水處理工程的運(yùn)行成本約為4.1 元／t。

7 結(jié)語

電催化絮凝－A／O 組合工藝可以實(shí)現(xiàn)對含高濃度LAS 的洗護(hù)用品生產(chǎn)廢水的良好處理， 出水各項(xiàng)指標(biāo)均可達(dá)廣東省DB 44／26—2001 第二時段一級標(biāo)準(zhǔn)。 該組合工藝對LAS 有優(yōu)異的去除效果，可以很好地克服常規(guī)工藝無法解決的泡沫問題。 同時工藝兼具占地面積小、 運(yùn)行成本低的優(yōu)點(diǎn)。 該工程的成功實(shí)施， 可為洗護(hù)用品生產(chǎn)廢水的處理提供技術(shù)參考。