電氣浮-微電解-生化組合工藝處理農(nóng)藥廢水

李 舵，王 祎，韓衛(wèi)清*，魏永軍，江 慧

（1.江蘇省生態(tài)環(huán)境評(píng)估中心，南京 210009；2.南京理工大學(xué)環(huán)境與生物工程學(xué)院，南京 210094）

我國(guó)是世界上最大的農(nóng)藥生產(chǎn)國(guó)和最大的農(nóng)藥出口國(guó)[1]。按照功用效能，農(nóng)藥可以主要分為殺菌劑、殺蟲(chóng)劑、除草劑和植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑。其生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的廢水會(huì)含有生產(chǎn)原藥和生產(chǎn)過(guò)程中的主要原料以及過(guò)程產(chǎn)生的中間體。由于其目標(biāo)靶向于特有生物（害蟲(chóng)、細(xì)菌等）的生長(zhǎng)抑制和扼殺作用，其廢水含有較高的生物毒性，會(huì)對(duì)傳統(tǒng)的生化處理方式造成較大的沖擊，同時(shí)由于縮合、洗脫等工藝的存在，會(huì)造成廢水中含鹽量較高，因此采取經(jīng)濟(jì)合適、效果好的工藝對(duì)農(nóng)藥化工生產(chǎn)廢水進(jìn)行有效處理，是目前需要解決的問(wèn)題。

江蘇某農(nóng)藥有限公司主要經(jīng)營(yíng)范圍是農(nóng)藥產(chǎn)品及精細(xì)化工產(chǎn)品的制造、加工和營(yíng)銷(xiāo)。生產(chǎn)的主要產(chǎn)品為四聚乙醛、稻瘟靈和殺螺胺，均為高效殺菌劑。其中，四聚乙醛廢水水量為24.5 t/d，該產(chǎn)品廢水COD質(zhì)量濃度達(dá)1 000～50 000 mg/L，NH3-N質(zhì)量濃度為300～500 mg/L，主要污染物為四聚乙醛、三聚乙醛、乙醛、吡啶鹽等。稻瘟靈廢水水量為26.5 t/d，該產(chǎn)品廢水中COD質(zhì)量濃度為500～30 000 mg/L，主要污染物為二氯乙烷、稻瘟靈等，并且鹽分較高。殺螺胺廢水水量60.3 t/d，該產(chǎn)品廢水中COD質(zhì)量濃度為10 000～91 600 mg/L，NH3-N質(zhì)量濃度為500～3 500 mg/L，總磷（TP）質(zhì)量濃度為200～10 000 mg/L，主要污染物為氯化苯、磷酸鹽、甲醇、殺螺胺等。該項(xiàng)目綜合廢水量為111.3 t/d，COD 質(zhì)量濃度達(dá)35 000～37 000 mg/L，NH3-N質(zhì)量濃度為800～900 mg/L，TP質(zhì)量濃度高達(dá)3 500 mg/L。由上可知，該項(xiàng)目廢水成分復(fù)雜，不但含乙醛和二氯乙烷等對(duì)生物有毒害作用的特征物質(zhì)，而且含雜環(huán)化合物和多環(huán)芳烴等生物難降解物質(zhì)，同時(shí)，高含鹽量、高COD、高NH3-N和高TP，屬于高濃度難處理農(nóng)藥廢水。

岳培恒等[2]研究表明，針對(duì)高濃度NH3-N廢水，采用氨吹脫技術(shù)，可顯著降低廢水的NH3-N濃度，NH3-N去除率可達(dá)90.73%。吳衛(wèi)丹[3]研究表明，F(xiàn)enton氧化技術(shù)廣泛應(yīng)用于一些難降解的有機(jī)廢水預(yù)處理中，這種技術(shù)操作簡(jiǎn)單，處理效率高，自動(dòng)化程度高，環(huán)境承載力小。Xu等[4-5]研究表明，F(xiàn)enton氧化技術(shù)可降低難降解有機(jī)廢水毒性，提高其生化性能，實(shí)用價(jià)值很高。賈艷萍等[6]研究表明利用鐵碳微電解工藝處理含生物毒性的印染廢水，可把廢水ρ（BOD5）/ρ（COD）（B/C）從0.151提高至0.416，顯著降低了廢水的生物毒性，提升了廢水的可生化性。

為了保證生化處理系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，對(duì)殺螺胺水解和胺化工段產(chǎn)生廢水進(jìn)行單獨(dú)處理，對(duì)水解廢水進(jìn)行三效蒸發(fā)除鹽，對(duì)胺化廢水進(jìn)行吹脫除NH3-N，對(duì)含磷廢水收集單獨(dú)沉淀除磷。經(jīng)預(yù)處理后，生化系統(tǒng)采用“厭氧＋接觸氧化＋硝化/反硝化”處理工藝。

1 設(shè)計(jì)水量及水質(zhì)

該項(xiàng)目綜合廢水量111.3 t/d，為了防止水量、水質(zhì)波動(dòng)及考慮企業(yè)后期的產(chǎn)能發(fā)展，提高污水處理系統(tǒng)的耐負(fù)荷沖擊能力，按照500 t/d設(shè)計(jì)，廢水水質(zhì)見(jiàn)表1。

表1 廢水水質(zhì)

本項(xiàng)目污水經(jīng)處理后排入集中式污水處理廠，執(zhí)行GB8978—1996《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》中三級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)、出水水質(zhì)見(jiàn)表2。

表2 生化系統(tǒng)進(jìn)水、出水水質(zhì)

2 工藝流程及說(shuō)明

生產(chǎn)廢水處理工藝流程見(jiàn)圖1。

2.1 預(yù)處理

殺螺胺水解廢水鹽分和TP含量較高，采用三效蒸發(fā)除磷除鹽；殺螺胺胺化廢水NH3-N含量較高，采用氣提蒸氨處理；經(jīng)處理后的殺螺胺水解和胺化廢水再同殺螺胺?；驼婵毡脧U水一起經(jīng)沉淀后進(jìn)一步除磷。預(yù)處理后的殺螺胺廢水與四聚乙醛、稻瘟靈廢水經(jīng)調(diào)節(jié)池后，通過(guò)微電解和電氣浮氧化，利用亞鐵離子作為催化劑產(chǎn)生高氧化能力自由基，以實(shí)現(xiàn)對(duì)難降解物質(zhì)的深度氧化，降低其生物毒性，為后續(xù)生化處理提供較好環(huán)境。

2.2 生化處理

經(jīng)預(yù)處理后的工藝廢水、生活污水和清下水一起混合后進(jìn)入生化系統(tǒng)。廢水經(jīng)綜合調(diào)節(jié)池進(jìn)入上流式厭氧污泥床（UASB），在無(wú)氧條件下難降解的有機(jī)污染物通過(guò)厭氧菌、兼性菌等厭氧微生物的水解酸化作用，將大分子分解為小分子，再在產(chǎn)乙酸菌和產(chǎn)甲烷菌等的作用下，把污染物轉(zhuǎn)化為二氧化碳和甲烷，從而達(dá)到去除水中有機(jī)污染物的目的[7-9]。污水經(jīng)UASB出水進(jìn)入中沉池進(jìn)行泥水分離，并將部分泥回流以維持UASB中的泥水比、污泥泥齡。出水再經(jīng)過(guò)兩級(jí)接觸氧化，在曝氣充分的條件下，有機(jī)污染物經(jīng)過(guò)活性污泥吸附、細(xì)胞內(nèi)合成、氧化作用，進(jìn)一步降低廢水中的COD濃度[10-12]。

圖1 廢水處理工藝流程示意圖

經(jīng)中沉池泥水分離后，廢水進(jìn)入反硝化池，在缺氧條件下，反硝化菌利用部分有機(jī)物將硝酸鹽（NO3-）和亞硝酸鹽（NO2-）作為電子受體還原為氮?dú)?，并且為硝化作用提供堿度。出水進(jìn)入硝化池，在好氧條件下，將NH4＋轉(zhuǎn)化為NO2-和NO3-，從而降低NH3-N濃度[13-14]。經(jīng)生化處理后的廢水進(jìn)入終沉池，泥水分離后，進(jìn)入絮凝沉淀池，加入燒堿和PAC，使廢水中的膠體物質(zhì)聚集成較大絮粒，以去除磷和懸浮物，出水達(dá)標(biāo)排放。剩余污泥經(jīng)污泥濃縮池后，通過(guò)壓濾機(jī)壓濾脫水成泥餅后外運(yùn)。

3 設(shè)計(jì)特點(diǎn)

（1）含乙醛、二氯乙烷生物毒性物質(zhì)在廢水微電解和電氣浮氧化預(yù)處理后，會(huì)被氧化成無(wú)機(jī)態(tài)和脫去氯離子，降低生物毒性。同時(shí)，部分含雜環(huán)化合物和多環(huán)芳烴等生物難降解物質(zhì)，會(huì)轉(zhuǎn)化成低分子有機(jī)酸，利于后續(xù)生化處理。電氣浮氧化采用不銹鋼板為電極，陽(yáng)極采用溶解性電極。通電時(shí)，鐵離子會(huì)在水池中溶解，形成電Fenton作用。經(jīng)前期小試已經(jīng)證明，其對(duì)于COD的去除、對(duì)B/C比的提高和對(duì)廢水毒性的削減效果穩(wěn)定而高效。與傳統(tǒng)的Fenton工藝相比，COD去除率提高40%，且極大地減少了Fenton過(guò)程物化污泥的產(chǎn)生量，較好地控制了企業(yè)危險(xiǎn)廢物處理成本。

（2）UASB適用于高濃度有機(jī)廢水的處理，并且設(shè)備簡(jiǎn)單，造價(jià)相對(duì)較低，易于現(xiàn)場(chǎng)操作。運(yùn)行良好的UASB可以達(dá)到很高的容積負(fù)荷，并有很高的有機(jī)物去除率，其污泥沉降比可以達(dá)到40%～50%，能適應(yīng)較大幅度的水力負(fù)荷沖擊、溫度和pH變化。同時(shí)，采用多點(diǎn)布水設(shè)計(jì)，不需要攪拌推流，脈沖式入水保證了污泥與廢水充分接觸。

（3）生化系統(tǒng)采用厭氧+接觸氧化+硝化/反硝化的生化處理流程，在厭氧微生物的作用下，降解經(jīng)預(yù)處理后的可生化性較好的有機(jī)物，再經(jīng)過(guò)二級(jí)好氧進(jìn)一步礦化，以此提高整個(gè)系統(tǒng)的COD去除效率。此外，廢水中的有機(jī)氮可在硝化/反硝化的作用下進(jìn)行轉(zhuǎn)化，以達(dá)到脫氮的目的。由于將接觸氧化段和硝化段分開(kāi)設(shè)置，減少了調(diào)試的難度，同時(shí)更便于好氧細(xì)菌和硝化菌的富集和群落構(gòu)建，確保出水NH3-N和TN指標(biāo)的達(dá)標(biāo)。

（4）PAC對(duì)各種水質(zhì)適應(yīng)能力強(qiáng)，對(duì)于高濁度水混凝沉淀效果尤為顯著，混凝過(guò)程中消耗堿量少，適用的pH范圍較廣，絮凝的礬花形成快，顆粒大且致密而重，易于沉降，可縮短沉淀時(shí)間；出水濁度低，色度小，過(guò)濾性能好，可增長(zhǎng)過(guò)濾周期；含氧化鋁高，投加量少，可降低治水成本；腐蝕性小，利于管道保護(hù)；使用操作方便，減少勞動(dòng)強(qiáng)度[15]。

（5）在硝化和反硝化池中使用組合式纖維填料，該填料具有以下特點(diǎn)：散熱性能高，阻力小，布水、布?xì)庑阅芎?，易長(zhǎng)膜，機(jī)械強(qiáng)度高，又有切割氣泡作用。

4 主要構(gòu)筑物及參數(shù)

該企業(yè)廢水主要處理設(shè)施及參數(shù)見(jiàn)表3。

5 運(yùn)行效果

項(xiàng)目于2019年5月建成并基本完成安裝開(kāi)始調(diào)試。經(jīng)過(guò)80 d的調(diào)試，各處理單元的處理效果達(dá)到設(shè)計(jì)水平，出水穩(wěn)定達(dá)標(biāo)。調(diào)試完成后，對(duì)出水水質(zhì)進(jìn)行了連續(xù)60 d的水質(zhì)監(jiān)測(cè)，不同時(shí)間各構(gòu)筑物出水COD和NH3-N情況見(jiàn)表4，連續(xù)60 d的在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)的水質(zhì)情況見(jiàn)圖2。從數(shù)據(jù)中可以看出，經(jīng)電氣浮-微電解工藝預(yù)處理后，COD的去除效率穩(wěn)定在40%左右，表明預(yù)處理可以有效控制高濃度難降解物質(zhì)對(duì)生化階段的沖擊。

廢水在綜合調(diào)節(jié)池與清下水、生活污水等匯總稀釋后，進(jìn)入U(xiǎn)ASB的COD質(zhì)量濃度控制在10 000 mg/L以下，經(jīng)厭氧產(chǎn)酸產(chǎn)甲烷階段之后，COD質(zhì)量濃度在7 000 mg/L左右，經(jīng)接觸氧化基本可以實(shí)現(xiàn)達(dá)標(biāo)。實(shí)際調(diào)試過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，硝化池中也有一定數(shù)量的好氧菌，對(duì)COD起到一定的脫除作用；NH3-N方面，預(yù)處理在去除NH3-N的同時(shí)實(shí)現(xiàn)了將有機(jī)氮轉(zhuǎn)化為NH3-N的過(guò)程，厭氧階段同樣有這樣的情況發(fā)生，硝化段對(duì)于水中NH3-N的去除效果好，經(jīng)硝化作用之后，廢水的NH3-N可以達(dá)到出水標(biāo)準(zhǔn)。連續(xù)60 d的數(shù)據(jù)也表明，其出水能夠長(zhǎng)期穩(wěn)定達(dá)標(biāo)。

表3 廢水主要處理設(shè)施及參數(shù)

表4 各構(gòu)筑物出水COD 和氨氮情況 mg/L

圖2 連續(xù)運(yùn)行的出水情況

綜上所示，經(jīng)過(guò)整套工藝系統(tǒng)的處理之后，該企業(yè)外排水水質(zhì)均達(dá)標(biāo)且運(yùn)行效果穩(wěn)定，滿(mǎn)足GB 8978—1996《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》三級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。

6 投資運(yùn)行成本

本項(xiàng)目投資1 442.12萬(wàn)元，廢水處理的運(yùn)行成本為47.81元/m3。

7 結(jié) 語(yǔ)

本項(xiàng)目采用三效蒸發(fā)除鹽、氣提蒸氨、電氣浮-微電解預(yù)處理聯(lián)合上流式厭氧污泥流化床、接觸氧化、硝化/反硝化生化處理和絮凝沉淀工藝對(duì)農(nóng)藥生產(chǎn)過(guò)程中的高濃度難降解殺菌劑廢水進(jìn)行處理，結(jié)果顯示，COD去除率可以達(dá)到99.1%，NH3-N去除率達(dá)到97.5%。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)，且系統(tǒng)長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行。