甲胺生產(chǎn)廢水治理工程實例

王 寧，阮志偉，張煒銘,2

（1.江蘇南大環(huán)?？萍加邢薰?國家環(huán)境保護有機化工廢水處理與資源化工程技術(shù)中心，江蘇 南京 210046；2.南京大學(xué)環(huán)境學(xué)院 污染控制與資源化研究國家重點實驗室，江蘇 南京 210023）

0 引言

甲胺生產(chǎn)主要以液氨和甲醇為原料，在催化條件下通過加壓精餾分離而制得不同結(jié)構(gòu)系列產(chǎn)品（一甲胺、二甲胺、三甲胺）。精餾步驟分為脫氨、萃取、脫水、分離等。甲胺生產(chǎn)廢水主要來源于精餾過程中，其中COD 和TN 含量較高，同時由于原料主要通過運輸車拉運，運輸過程中罐中攜帶的芳香類有機物，易進入生產(chǎn)工藝中，從而導(dǎo)致廢水中含有一定量芳香類污染物，廢水處理難度較大[1]。目前該類廢水的處理方法主要有吸附法、離子交換法、化學(xué)氧化法、生化法等[2-4]。其中雖然對吸附法有較多理論研究，但實際工程中所用的吸附材料易存在對特征污染物（甲胺類、芳香類有機物）吸附處理量低、再生不徹底、運行費用高等問題。

研究采用吸附法耦合生化法集成處理技術(shù)路線。吸附法采用兩級吸附方式，第1 級采用納米超高交聯(lián)吸附材料對廢水中芳香類有機物進行分離；第2 級采用除胺特異性吸附材料進行分離，該吸附工藝具有處理效果穩(wěn)定、抗沖擊能力強、易于再生、使用壽命長等優(yōu)點。經(jīng)兩級吸附處理后，廢水的生物毒性物質(zhì)得到有效控制，后續(xù)生化系統(tǒng)主要將廢水中甲醇引起的高濃度COD 進行分解代謝處理，最終出水水質(zhì)優(yōu)于當(dāng)?shù)貓@區(qū)納管排放標準。本文主要針對高COD、高有機胺的廢水進行研究，為同類廢水的治理提供一種解決思路。

1 工程概況

某甲胺生產(chǎn)企業(yè)排放廢水主要為甲胺精餾工段產(chǎn)生的廢水、地面沖洗水、生活污水、初期雨水等，項目需要預(yù)處理廢水量：甲胺生產(chǎn)廢水為350 m3/d，其他廢水水量為150 m3/d，污水處理系統(tǒng)綜合處理能力為500 m3/d，出水達到當(dāng)?shù)毓I(yè)園區(qū)的接管標準。具體水質(zhì)狀況見表1。

表1 設(shè)計進、出水水質(zhì) mg·L-1

2 處理工藝

2.1 廢水處理工藝流程

根據(jù)甲胺廢水的水質(zhì)特征及處理要求，按照分類收集處理、集中綜合處理的思路，采用“兩級樹脂吸附+水解酸化+UASB+A/O”組合處理工藝，各單元的工藝參數(shù)情況如下：

（1）一級樹脂吸附采用單塔吸附、單塔脫附的運行模式，單塔樹脂裝填量為3.0 m3，合計樹脂用量為6.0 m3，吸附系統(tǒng)核心吸附材料為納米超高交聯(lián)吸附樹脂，型號為NDA-100，吸附流速為3.5 BV/h（BV為樹脂裝填床層體積單位），樹脂工作吸附周期為1 000 BV/批，樹脂再生周期為24 h。

（2）二級樹脂吸附采用單塔吸附、單塔脫附的運行模式，單塔樹脂裝填量為3.0 m3，合計樹脂用量為6.0 m3，吸附系統(tǒng)核心吸附材料為除胺特異性吸附樹脂，型號為NDA-66，吸附流速為3.5 BV/h，樹脂工作吸附周期為300 BV/批，樹脂再生周期為12 h。

（3）調(diào)節(jié)池主要對預(yù)處理后的甲胺廢水、地面沖洗水、生活污水、初期雨水等進行混合均質(zhì)，混合方式為穿孔曝氣，水力停留時間為18 h。

（4）水解酸化采用完全混合式水解酸化反應(yīng)器，利用潛水?dāng)嚢铏C對泥水進行混合，設(shè)計攪拌功率為8.0～10.0 W/m3，水力停留時間為10 h。

（5）UASB 厭氧反應(yīng)器COD容積負荷為3.0kg/（m3·d），設(shè)計上升流速為0.8 m/h，布水方式采用穿孔管布水，布水孔流速為3.0 m/s，三項分離器沉淀區(qū)的表面負荷為0.75 m3/（m2·h）。

（6）A/O 生化反應(yīng)池中缺氧段停留時間為4.0 h，好氧區(qū)停留時間為16 h，容積負荷為0.25 kg/（m3·d），污泥回流比為50%，混合液回流比為200%。

（7）二沉池采用幅流式沉淀池，沉淀池表面負荷為0.8 m3/（m2·h）。

項目廢水處理工藝流程詳見圖1。

圖1 廢水處理工藝流程

2.2 主要構(gòu)筑物設(shè)計及設(shè)備選型

（1）甲胺生產(chǎn)廢水一級吸附預(yù)處理系統(tǒng)1 套，主要用于吸附回收廢水中苯系有機污染物，主要配套設(shè)備為：一級吸附塔2 臺，1 用1 備，SUS304 材質(zhì)，尺寸為Φ1.2 m×5.4 m；冷凝器1 臺，SUS304 材質(zhì)，換熱面積為30m2；提升泵2 臺，1 用1 備，流量為12.5 m3/h。

（2）甲胺生產(chǎn)廢水二級吸附預(yù)處理系統(tǒng)1 套，主要用于吸附回收廢水中甲胺類有機污染物，主要配套設(shè)備為：二級吸附塔2 臺，1 用1 備，SUS316 材質(zhì)，尺寸為Φ1.2 m×5.4 m；脫附槽4 個，PP 材質(zhì)，有效容積為4.0 m3；脫附泵2 臺，1 用1 備，流量為6.3 m3/h。

（3）調(diào)節(jié)池1 座，主要用于預(yù)處理后甲胺廢水及廠區(qū)其他廢水混合均質(zhì)。設(shè)計尺寸：L×B×H=10.0 m×7.5 m×5.5 m，有效容積為375 m3；調(diào)節(jié)池提升泵2 臺，1 用1 備，流量為12.5 m3/h；酸堿加藥系統(tǒng)各1 套；在線pH 計1 套；穿孔曝氣管1 套。

（4）水解酸化池1 座，主要將廢水中大分子有機物進行水解，提高廢水的可生化性。設(shè)計尺寸：L×B×H=10.0 m×4.5 m×5.5 m，有效容積為210 m3；潛水?dāng)嚢铏C2 臺，額定功率為1.1 kW。

（5）UASB 反應(yīng)罐1 座，主要用于降解廢水中大部分的COD。設(shè)計尺寸：D×H=6.0 m×12 m，有效容積為250 m3；三項分離器1 套；布水系統(tǒng)1 套。

（6）A/O 生化反應(yīng)池1 座，主要用于進一步降低廢水的COD。設(shè)計尺寸：L×B×H=10.0 m×8.5 m×5.5 m，有效容積為425 m3；曝氣風(fēng)機2 臺，1 用1 備，流量為8.5 m3/h，進、出口壓差為49 kPa，額定功率為10 kW；回流泵2 臺，流量為40 m3/h；潛水?dāng)嚢铏C1 臺，額定功率為1.1 kW。

（7）二沉池1 座，用于A/O 生化反應(yīng)混合液的泥水分離，分離后的上清液達標排放。設(shè)計尺寸：D×H=12 m×5.0 m，有效容積為460 m3；刮泥機1臺，額定功率0.55 kW；污泥回流泵2 臺，流量為12.5 m3/h。

（8）污泥濃縮池1 座，主要用于生化污泥的濃縮。設(shè)計尺寸：D×H=4.0 m×5.0 m，有效容積為64 m3；污泥泵2 臺，流量為6.3 m3/h。

（9）污泥脫水間1 座，主要用于污泥脫水。設(shè)計尺寸為L×B×H=5.0 m×5.0 m×4.5 m，板框壓濾機1 臺，過濾面積為50 m2。

3 處理效果與經(jīng)濟分析

3.1 處理效果

本項目建成投運后，經(jīng)過一段調(diào)試期后，實現(xiàn)穩(wěn)定達標排放，最終出水COD 質(zhì)量濃度可穩(wěn)定低于100 mg/L，氨氮質(zhì)量濃度穩(wěn)定低于5.0 mg/L，污水系統(tǒng)各單元的處理效果見表2。

表2 各單元處理效果監(jiān)測數(shù)據(jù)（均值） mg·L-1

3.2 經(jīng)濟分析

本項目實際工程投資額約490 萬，占地面積約400 m2，甲胺廢水預(yù)處理吸附系統(tǒng)的運行費用為2.5元/m3，苯系物的資源回收價值為1.0 元/m3，甲胺類的回收量約1.15 kg/m3，資源回收價值約4.5 元/m3，總回收價值為5.5 元/m3。綜合廢水運行費用約0.6元/m3，有機物資源回收價值完全可抵消綜合廢水的直接運行費用，實現(xiàn)了環(huán)境效益與經(jīng)濟效益的有效統(tǒng)一。

4 結(jié)論

（1）選擇NDA-100 納米超高交聯(lián)吸附樹脂及ND-66 除氨特性吸附樹脂分別吸附分離廢水中苯系污染物及甲胺類有機物，并實現(xiàn)資源回收利用，吸附處理后廢水的可生化性大幅提高，為后續(xù)生化處理創(chuàng)造良好的條件；

（2）采用“兩級樹脂吸附+水解酸化+UASB+A/O”組合工藝，資源回收價值可抵消綜合廢水的運行費用，最終出水水質(zhì)優(yōu)于園區(qū)接管標準，取得較好的處理效果。