尼龍66 切片生產(chǎn)廢水處理工程實踐與優(yōu)化

王海攀， 董建勛

（1.河南平煤神馬環(huán)保節(jié)能有限公司， 河南 平頂山 467000；2.平頂山工業(yè)尾廢綜合利用工程技術(shù)研究中心， 河南 平頂山 467000）

1 工程概況

某工程塑料公司位于平頂山市中國尼龍城， 是以己二胺、 己二酸為原料， 經(jīng)成鹽、 聚合、 制粒等工段生產(chǎn)聚合尼龍66 切片， 生產(chǎn)規(guī)模為4 萬t／a。廢水包括生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的己二胺儲罐廢水、 成鹽及聚合反應廢水、 制粒廢水、 洗滌塔廢水、 真空系統(tǒng)廢水和生活污水。 根據(jù)環(huán)保主管部門對該公司《環(huán)境影響評價報告書》的批復， 經(jīng)處理的廢水在園區(qū)污水處理廠未投入運行前直接排放， 執(zhí)行GB 18918—2002《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》中的一級A 標準， 在園區(qū)污水處理廠建成并具備接收條件后間接排放， 執(zhí)行園區(qū)污水處理廠接收標準。 工程原采用水解酸化-A／O-深度處理工藝， 鑒于排放標準的變化， 本文主要對排放標準降低后的工程優(yōu)化進行研究， 考察了球形組合填料強化廢水水解酸化預處理的可行性， 探索該類廢水的處理核心， 以期在達標排放前提下實現(xiàn)縮短廢水處理工藝流程、 提升工程耐沖擊負荷能力的目的。

2 設計規(guī)模與水質(zhì)

本項目設計規(guī)模為400 m3／d， 廢水成分復雜，可生化性差， 具有毒性， 含有較高濃度的氨氮和有機氮， 主要污染物為己二胺。 廢水處理的重難點在于如何高效降低廢水的毒性及提升廢水的可生化性。 本項目出水水質(zhì)按照GB 18918—2002 中一級A 標準進行設計， 廢水水質(zhì)及不同階段的排放標準如表1 所示。

表1 廢水水質(zhì)及排放標準Tab. 1 Wastewater quality and discharge standard

3 廢水處理工藝

在借鑒類似廢水處理經(jīng)驗［1－2］的基礎上， 廢水原處理工藝為水解酸化-A／O-深度處理， 具體流程如圖1 所示。

圖1 廢水處理工藝流程Fig. 1 Process flow of wastewater treatment

該廢水的己二胺含量較高， 先采用水解酸化將有機氮轉(zhuǎn)化為氨氮， 并將難降解有機物分解為易降解短鏈有機物， 然后在生化階段進行硝化、 反硝化及脫碳反應以去除大部分污染物， 廢水經(jīng)上述流程處理后， 廢水中可生化、 易生化的有機污染物大部分已去除， 剩余的污染物采用臭氧氧化-BAF-絮凝沉淀砂濾的深度處理工藝保證出水達標。

4 主要構(gòu)筑物及設備

（1） 調(diào)節(jié)池。 鋼筋砼結(jié)構(gòu)， 半地下式， 尺寸為14.0 m×10.5 m×6.0 m， 有效容積為800 m3， 停留時間為48 h。 配套： 離心泵2 臺（1 用1 備）， 流量為18 m3／h， 揚程為20 m， 功率為3 kW。

（2） 水解酸化池。 鋼筋砼結(jié)構(gòu)， 半地下式， 尺寸為7.0 m×6.0 m×6.5 m， 有效容積為240 m3， 停留時間為14.4 h， 污泥濃度為2 000 mg／L， 上升流速為1.15 m／h， 污泥負荷為0.25 kg［BOD5］／（kg［MLSS］·d）。 配套： QDTA 系列潛水攪拌器1 臺，葉輪直徑為1.8 m， 轉(zhuǎn)速為34 r／min， 功率為3 kW，材質(zhì)SS304。

（3） 缺氧池。 鋼筋砼結(jié)構(gòu)， 半地下式， 尺寸為10.0 m×7.0 m×6.5 m， 有效容積為450 m3， 停留時間為27 h， 污泥濃度為3 500 mg／L， 污泥負荷為0.20 kg［BOD5］／（kg［MLSS］·d）， 總氮負荷為0.04 kg［TN］／（kg［MLSS］·d）， ρ（DO）＜0.5 mg／L。 配套：QDTA 系列潛水攪拌器1 臺， 葉輪直徑為1.8 m，轉(zhuǎn)速為34 r／min， 功率為3 kW， 材質(zhì)SS304； 有機碳源投加裝置1 套， 儲罐1 m3， 攪拌機（N ＝1.1 kW）1 臺， 加藥計量泵2 臺（1 用1 備）。

（4） 好氧池。 鋼筋砼結(jié)構(gòu)， 半地下式， 尺寸為23.0 m×7.0 m×6.5 m， 有效容積為950 m3， 停留時間為57 h， 污泥濃度為3 000 mg／L， 總氮負荷為0.02 kg［TN］／（kg［MLSS］·d）。 配套： 硝化液回流泵2 臺（1 用1 備）， 流量為50 m3／h， 揚程為20 m，功率為5.5 kW； 無機碳源投加裝置1 套， 儲罐1 m3， 攪拌機（N ＝1.1 kW）1 臺， 加藥計量泵2 臺（1用1 備）。

（5） 二沉池。 鋼筋砼結(jié)構(gòu)， 半地下式， 輻流式， 尺寸為φ6.0 m × 4.1 m， 水力負荷為0.6 m3／（m2·h）。 配套： 中心傳動刮泥機1 臺， N ＝0.75 kW； 污泥回流泵2 臺（1 用1 備）， 流量為15 m3／h， 揚程為20 m， 功率為2.2 kW。

（6） 高級氧化池。 鋼筋砼結(jié)構(gòu)， 半地下式， 尺寸為5.0 m×5.0 m×5.5 m， 有效容積為125 m3， 停留時間為7.5 h。 配套： 臭氧發(fā)生器1 臺， 臭氧產(chǎn)量為1.5 kg／h； 臭氧曝氣系統(tǒng)1 套； 臭氧尾氣破壞系統(tǒng)1 套； 臭氧監(jiān)測系統(tǒng)1 套。

（7） 曝氣生物濾池（BAF）。 鋼筋砼結(jié)構(gòu)， 地上式， 尺寸為9.0 m×4.5 m×6.5 m， 有效容積為250 m3， 停留時間為15 h。 配套： 提升泵2 臺（1 用1備）， 流量為18 m3／h， 揚程為20 m， 功率為3 kW。

（8） 絮凝沉淀砂濾池。 一體化鋼制成套設備，尺寸為6.0 m×4.0 m×4.5 m， 有效容積為100 m3，停留時間為6 h。 配套： PAC 投加裝置1 套， 儲罐1 m3， 攪拌機（N ＝1.1 kW） 1 臺， 加藥計量泵2 臺（1 用1 備）。

（9） 監(jiān)測水池。 鋼筋砼結(jié)構(gòu)， 半地下式， 尺寸為6.0 m×6.0 m×5.0 m， 有效容積為162 m3， 停留時間為10 h。 配套： COD 在線監(jiān)測儀1 套， 氨氮在線監(jiān)測儀1 套， 在線pH 計1 套。

5 原工藝處理效果

原工藝正常運行期間， 二沉池出水不能達到一級A 標準， 而廢水經(jīng)深度處理后總排口出水能夠達到一級A 標準， 具體進出水數(shù)據(jù)如表2 所示。

表2 原工藝出水水質(zhì)Tab. 2 Effluent water quality of original process

6 工藝優(yōu)化與實施

6.1 優(yōu)化背景與思路

2019 年， 平頂山化工產(chǎn)業(yè)集聚區(qū)污水處理廠建成投入使用， 因此本項目廢水的排放標準由GB 18918—2002 中一級A 標準降到園區(qū)污水處理廠接收標準。 為降本增效， 在該企業(yè)2021 年停產(chǎn)檢修期間， 對該公司廢水處理工藝流程進行了優(yōu)化改造。

廢水含有較高濃度的氨氮及有機氮， 其主要污染物是己二胺， 毒性大， 并且碳氮比低， 需要外加碳源。 有研究結(jié)果表明， 水解酸化能夠?qū)㈦y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)， 不僅能提高廢水的可生物降解性， 還可以減少外加碳源的投加量［3－4］。 由于廢水含有有毒物質(zhì)， 廢水的水解酸化作用顯得尤為重要。 填料對不斷攪動的廢水有水力切割作用， 可使懸浮狀態(tài)的污泥與水充分混合， 利于在填料載體上馴化和培養(yǎng)高濃度有針對性降解功能的微生物， 能夠強化水解酸化功能［5－8］。鑒于此， 本研究考察了球形組合填料強化高氨氮尼龍化工廢水水解酸化處理的可行性。

6.2 優(yōu)化實施

在不改變水解酸化池容積的前提下， 在池中增加新型球狀組合填料， 該組合填料外部為中空漁網(wǎng)狀球體， 內(nèi)部為轉(zhuǎn)型球體， 由纖維束、 塑料環(huán)片、套管和中心繩子組成， 填料主要性能如表3 所示，填料實物如圖2 所示， 填料安裝現(xiàn)場照片如圖3 所示， 工藝優(yōu)化后的流程如圖4 所示。

表3 填料主要性能Tab. 3 Main properties of fillers

圖2 填料實物Fig. 2 Photos of fillers

圖3 填料安裝現(xiàn)場照片F(xiàn)ig. 3 Fillers after installation

圖4 優(yōu)化后的工藝流程Fig. 4 Optimized process flow of wastewater treatment

7 運行效果與分析

該優(yōu)化工程于2021 年7 月中旬安裝完畢后，正式開始運行調(diào)試。 調(diào)試成功后， 對進出水情況進行了跟蹤分析， 具體結(jié)果如圖5、 圖6 所示。

圖5 COD 濃度及去除率Fig. 5 Concentrations and removal rate of COD

圖6 NH3-N 濃度及去除率Fig. 6 Concentrations and removal rate of NH3-N

從圖5、 圖6 可以看出， 系統(tǒng)調(diào)試成功后， 二沉池出水COD 的質(zhì)量濃度能夠維持在50 mg／L 以下， COD 去除率在96% 以上； 二沉池出水NH3－N的質(zhì)量濃度能夠維持在5 mg／L 以下， NH3－N 去除率在98% 以上， 出水達到GB 18918—2002 中一級A 標準， 優(yōu)于工業(yè)園區(qū)污水處理廠接收標準。

為進一步了解廢水生化處理的原理， 對生化系統(tǒng)各工段的COD、 NH3－N、 TN 及活性污泥濃度進行了監(jiān)測， 具體結(jié)果如圖7、 圖8 所示。

從圖7 可以看出， 隨著生化過程的推進， COD濃度逐漸降低， 而NH3－N、 TN 濃度先上升后下降， 并且在缺氧池COD、 NH3－N、 TN 3 個指標均出現(xiàn)下降較快的現(xiàn)象。 從圖8 可以看出， 從水解酸化池到好氧池， 各工段的污泥濃度逐漸增大， 并且其變化先快后慢， 水解酸化池的活性污泥濃度最小。 水解酸化池NH3－N、 TN 濃度的上升可能是因為廢水進入水解酸化池后， 廢水中的有機物污染物己二胺發(fā)生了氨化反應， 有一部分有機氮轉(zhuǎn)化為了氨氮， 同時廢水的生物毒性降低， 使得大部分COD、 NH3－N、 TN 在缺氧池被去除、 缺氧池的活性污泥濃度大大增加。 水解酸化池填料的添加為微生物的生長提供了條件， 使反應器的總生物量（生物膜＋活性污泥）大大增加， 從而提升了水解酸化的效能［9－10］。

圖7 生化系統(tǒng)各工段COD、 NH3-N、 TN 濃度Fig. 7 Concentrations of COD, NH3-N and TN of each section in biochemical system

圖8 活性污泥濃度Fig. 8 Concentrations of activated sludge in different sections of biochemical system

8 結(jié)語

安裝球形組合填料能夠強化廢水的水解酸化處理效果， 同時縮短廢水處理的工藝流程， 使工藝流程由原來的水解酸化-A／O-深度處理縮短成高效水解酸化-A／O。 穩(wěn)定運行期間， COD、 NH3－N 的去除率分別在96%、 98% 以上。 出水水質(zhì)能夠達到GB 18918—2002 中一級A 標準， 優(yōu)于工業(yè)園區(qū)污水處理廠接收標準。 水解酸化能夠降低廢水的毒性， 提高后續(xù)生化處理的效率， 是該類廢水處理的關鍵。