高濃度化工廢水處理工藝設(shè)計(jì)
——以某新材料公司二期污水處理工程為例

藺羿

（首控環(huán)境科技（上海）有限公司，上海 201100）

由于廢水中伴有多種元素，因此大大增加了廢水處理工作的難度，如何進(jìn)行高濃度廢水的處理也成為了業(yè)界關(guān)注的焦點(diǎn)。為了實(shí)現(xiàn)高濃度廢水的有效處理，規(guī)劃設(shè)計(jì)了二期污水處理工程。

1 項(xiàng)目概況

項(xiàng)目為某新材料科技股份有限公司二期污水處理工程。該公司所排放廢水分為2 股，二元廢水和三元廢水。為了有效處理廢水，企業(yè)設(shè)有一期廢水處理工程，規(guī)模為450m3/d 的污水預(yù)處理設(shè)施，該污水設(shè)施建設(shè)時(shí)統(tǒng)籌考慮了一期年產(chǎn)10 萬噸/年氯乙烯-醋酸乙烯共聚樹脂產(chǎn)量下所排放的全部污水。該公司計(jì)劃再實(shí)施年產(chǎn)6 萬噸水性工業(yè)涂料基料-氯乙烯共聚乳液項(xiàng)目，此6 萬噸項(xiàng)目投產(chǎn)后產(chǎn)生一定量工業(yè)廢水，雖然6 萬噸項(xiàng)目污水可排入一期處理，其規(guī)模、處理工藝、以及停留時(shí)間均符合設(shè)計(jì)要求，但考慮到一期三元廢水CODcr濃度高，治理難度較大，為做到萬無一失，該企業(yè)計(jì)劃在廠區(qū)內(nèi)擇地新建1 套預(yù)處理設(shè)施。二期污水處理工程建設(shè)中，仍然采用HUBF 厭氧反應(yīng)器，經(jīng)過不斷試驗(yàn)、調(diào)試，最終完成了該項(xiàng)目的建設(shè)，取得各方一致的滿意。

2 廢水特點(diǎn)分析

從公司實(shí)際的生產(chǎn)情況來看，規(guī)劃了6 萬噸水性工業(yè)涂料基料——氯乙烯共聚乳液項(xiàng)目，項(xiàng)目內(nèi)容中包括3 萬噸/年氯乙烯-醋酸乙烯-丙烯酸丁酯、1 萬噸/年氯乙烯-丙烯酸丁酯-環(huán)氧樹脂、2 萬噸/年氯乙烯-丙烯酸丁酯-聚硅氧烷。生產(chǎn)規(guī)劃莫較大，因此也會(huì)排放出大量的污水。結(jié)合廢水排放的特點(diǎn)來看，主要分為2 股，涉及二元廢水和三元廢水。其中三元廢水的具有一定復(fù)雜性，給予科學(xué)合理的處理方式、方法尤為必要。而針對(duì)處理后的污水若能夠有機(jī)重復(fù)利用，對(duì)于企業(yè)的發(fā)展也能夠給予積極的幫助。廢水特點(diǎn)為：（1）三元廢水濃度高，CODcr含量高達(dá)40000mg/L，但水中BOD5很低，B/C 比約0.1 左右，生化性非常差；（2）據(jù)了解生產(chǎn)原材料為氯乙烯、醋酸乙烯、馬來酸、異丙醇等，但是經(jīng)過化學(xué)反應(yīng)釜合成以后，變成了其他不可知的化工合成物，特性不明；（3）排放至污水處理站的廢水為反應(yīng)釜清洗水，含有大量細(xì)微的白色顆粒，在自然條件下長期漂浮在水中不沉淀；（4） 二元廢水濃度低一些，CODcr約8000mg/L 左右[1]。

3 處理工藝設(shè)計(jì)

3.1 設(shè)計(jì)水質(zhì)水量

污水處理工藝設(shè)計(jì)過程中，充分考慮污水處理后的無污染性，使其達(dá)到有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，這利于避免造成環(huán)境的污染。具體而言，根據(jù)國家有關(guān)規(guī)定，工業(yè)廢水必須在廠內(nèi)進(jìn)行預(yù)處理，出水達(dá)到（GB8978-1996）《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》三級(jí)標(biāo)準(zhǔn)和《污水排入城市下水道水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》（CJ343-2010），方可排入城市下水道；在企業(yè)領(lǐng)導(dǎo)高度重視下以及當(dāng)?shù)丨h(huán)保部門的關(guān)心支持下，加大了對(duì)處理工藝的規(guī)劃、設(shè)計(jì)，針對(duì)廢水特點(diǎn)，給予了系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，確保廢水處理符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定[2]。進(jìn)出水標(biāo)準(zhǔn)如表1、表2所示。

表1 6 萬噸項(xiàng)目污水進(jìn)出水標(biāo)準(zhǔn)

表2 三元廢水進(jìn)出水標(biāo)準(zhǔn)

3.2 處理工藝設(shè)計(jì)

處理工藝流程如圖1 所示。

圖1 處理工藝流程

3.2.1 工藝流程設(shè)計(jì)

工藝流程設(shè)計(jì)討論階段，對(duì)原有工藝進(jìn)行了分析，原工藝三元廢水采用鐵碳反應(yīng)器+芬頓氧化+UASB+接觸氧化池+ABR 折板反應(yīng)器+活性污泥池+二沉池+氣浮，在一定程度上而言能夠有效處理廢水，但呈現(xiàn)出一些問題，如鐵碳反應(yīng)器容易堵塞，表層鈍化后短流，基本已失效；芬頓反應(yīng)污泥量太大，運(yùn)行成本高，每天噸水藥劑成本約30 元m3；芬頓反應(yīng)投加的雙氧水有很濃刺鼻味，周圍居民堵門投訴。另外，還存在長期出水不達(dá)標(biāo)經(jīng)被環(huán)保部門處罰的情況。對(duì)此，給予了優(yōu)化設(shè)計(jì)，采用《HUBF 厭氧反應(yīng) 器 》（ 專 利 號(hào) ZL.2016207619676），替換鐵碳反應(yīng)器+芬頓，運(yùn)行效果非常好[3]。

3.2.2 HUBF 厭氧高塔反應(yīng)器

本次采用HUBF 厭氧高塔反應(yīng)器（專利號(hào)ZL.2016207619676），HUBF 厭氧高塔反應(yīng)器利用復(fù)雜的多層三相分離器，將厭氧過程越過厭氧初級(jí)階段，提升至產(chǎn)甲烷階段。三相分離器用于分離泥、水、甲烷氣和分離二氧化碳、硫化氫氣體，如產(chǎn)氣量大同時(shí)需要配套甲烷氣回收凈化、能源利用裝置。該廢水處理過程，不需要使用藥劑，用電能即可，同時(shí)電能耗用較少，可大幅度減少運(yùn)行費(fèi)用，為后續(xù)好氧生化提供有利條件。其能始終如一確保廢水處理系統(tǒng)內(nèi)活性污泥的高度生物活性，始終保持著很高的有機(jī)物降解效率和最佳的處理效果。

3.2.3 生化剩余污泥減量

對(duì)剩余污泥減量進(jìn)行了分析，單獨(dú)的減量單元都存在一定的弊端，為了提升減量效率，需要與其他工藝單元優(yōu)化組合。具體為利用沼氣罐厭氧消解的原理，來降解污水處理過程中產(chǎn)生的剩余污泥，生化段剩余污泥實(shí)則為大量有機(jī)物的聚合，具有可降解特性。設(shè)計(jì)采用生化段剩余污泥，在污泥濃縮池降低含水率后，底部高濃度剩余污泥，泵入HUBF 厭氧罐，通過污泥厭氧消解的原理，來達(dá)到污泥減量的目的。（1）生化段剩余污泥，須經(jīng)過中間池儲(chǔ)存消解，濃縮后再進(jìn)入?yún)捬豕?，避免大量氧氣隨污泥帶入?yún)捬豕?，避免大水量沖擊厭氧罐進(jìn)水；（2）相同水質(zhì)系統(tǒng)內(nèi)的好氧污泥，排入?yún)捬豕?，?duì)厭氧污泥培養(yǎng)有好處。未能減量的生化剩余污泥會(huì)進(jìn)入污泥脫水池處理。

3.3 主要構(gòu)筑物及設(shè)計(jì)參數(shù)

3.3.1 三元廢水處理系統(tǒng)

三元廢水設(shè)計(jì)每天處理量80m3/d，每天24 小時(shí)連續(xù)進(jìn)水，每小時(shí)進(jìn)水量3.5m3/h；6 萬噸項(xiàng)目設(shè)計(jì)每天處理量50m3/d，每天24 小時(shí)連續(xù)進(jìn)水，每小時(shí)進(jìn)水量2.1m3/h。合計(jì)系統(tǒng)處理水量為130 m3/d。系統(tǒng)主要包括物化預(yù)處理單元，設(shè)計(jì)處理規(guī)模：80m3/d；地下蓄水池，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，全地下，總?cè)莘e：59.72m3，深2.7m；三元HUBF 厭氧反應(yīng)罐，總?cè)莘e：883m3，有效容積：861 m3，停留時(shí)間10.8d；接觸氧化池，鋼筋混凝土，地下3 米，地上5 米，池頂玻璃鋼板蓋板，總?cè)莘e：483m3；接觸氧化沉淀池，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，地下3 米，地上5 米，池頂設(shè)有玻璃鋼板蓋板。

3.3.2 6 萬噸項(xiàng)目廢水處理系統(tǒng)

包括地下調(diào)節(jié)池，設(shè)計(jì)規(guī)格：9.0×5.0×3.0m，調(diào)節(jié)池內(nèi)做防腐、防滲處理，頂部混凝土蓋板后做附屬用房，有效水深：2.7m?？?cè)莘e為124.69m3；物化反應(yīng)桶，規(guī)格為Φ1.5×1.5m，內(nèi)做環(huán)氧煤瀝青防腐處理，鋼板結(jié)構(gòu)，有效水深為1.2m；單座容積為2.65m3；6 萬噸項(xiàng)目廢水沉淀池，規(guī)格為3.5×3.5×8.0m，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，地下3 米，地上5 米，池頂玻璃鋼板蓋板，有效水深為7.7m；綜合廢水中間蓄水池，設(shè)計(jì)規(guī)格為3.5×2.375×8.0m、鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)、總?cè)莘e為55.25m3、有效水深：7.7m。用于儲(chǔ)存混合后的廢水，供持續(xù)進(jìn)入EGSB 厭氧池中間蓄水池，遵循提升泵高開低停原則；EGSB 厭氧反應(yīng)池，處理對(duì)象為經(jīng)過固液分離預(yù)處理后的6 萬噸項(xiàng)目廢水50m3/d+經(jīng)過HUBF厭氧罐及接觸氧化法處理后的三元廢水80m3/d，合計(jì)進(jìn)水處理量130m3/d。規(guī)格為Φ8.5×11.5m，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。總?cè)莘e為623.88 m3，有效容積：595.52 m3。

3.3.3 綜合匯總生化處理系統(tǒng)

包括接觸氧化池3 座，接觸氧化池（1）：6.375×5.0×8.0m，接觸氧化池；（2）：4.625×5.0×8.0m，接觸氧化池；（3）：11.0×3.375×8.0m。有效水深：7.7m，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，地下3 米，地上5 米，總?cè)莘e：667.75m3，有效容積：642.71m3；綜合生化沉淀池1 座，規(guī)格為4.5×3.5×8.0m，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，地下3 米，地上5 米，頂部混凝土蓋板做附屬用房，有效水深：7.7m；氣浮設(shè)備1 套，設(shè)計(jì)處理量：20m3/h。組合氣浮包含全套設(shè)施，加藥系統(tǒng)，反應(yīng)區(qū)，空壓機(jī)，釋放器，刮渣等；尾水排放池1 座，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，規(guī)格為9.0×5.0×3.0m，深度2.7m；生化污泥池1 座，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，規(guī)格為4.5×3.5×3.0m，水深2.7m。主要作用為用于收集儲(chǔ)存自然排放的生化污泥，降低污泥含水率，然后提升至HUBF 厭氧罐和EGSB 厭氧池污泥減量

[4]。

4 調(diào)試運(yùn)行情況

根據(jù)工程實(shí)際，對(duì)該公司二期污水的特性進(jìn)行了分析，先對(duì)原水進(jìn)行若干試驗(yàn)，通過試驗(yàn)來驗(yàn)證一期二期污水特性區(qū)別，再結(jié)合各種方式對(duì)比結(jié)果，確定最終的污水處理工藝，具體工作如下：（1）采用臭氧催化氧化方式，來提高三元廢水的可生化性，B/C 比從0.114 提高至0.13 效果有限；（2）進(jìn)行二元廢水和三元廢水物化試驗(yàn)，采用投加各種鋁鹽、鐵鹽，效果都不好，最終經(jīng)過試驗(yàn)，采用先調(diào)節(jié)PH 值至10，再投加三氯化鐵藥劑，可以將污水中懸浮物變成絮體，泥水快速分層，二元廢水經(jīng)過物化后，CODcr可以除去70%左右，三元廢水經(jīng)過物化后，CODcr可以除去30%左右[5]。

之后，對(duì)試驗(yàn)進(jìn)行了不斷地修改工作，以確定該項(xiàng)目的可靠，在充分分析了一期和二期的生產(chǎn)工藝區(qū)別，以及原材料區(qū)別后，決定二期污水項(xiàng)目，仍然沿用一期經(jīng)過實(shí)踐檢驗(yàn)后的工藝路線并加以優(yōu)化，工藝如下：三元廢水原水——三氯化鐵物化預(yù)處理-HUBF 厭氧罐（Φ8.0*21m）——接觸氧化池-沉淀池，然后出水與物化后的二元廢水混合，——EGSB 厭氧反應(yīng)器-接觸氧化池-沉淀池-氣浮-出水達(dá)標(biāo)排放，出水達(dá)到《污水排入城市下水道水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》（CJ343-2010），COD≤500 mg/L，BOD5≤300mg/L SS≤400 mg/L PH 6.0～9.0 總磷≤8mg/L，總氮≤70mg/L，氨氮≤45mg/L。去除效果數(shù)據(jù)如表3、表4 所示。

表3 三元廢水HUBF+接觸氧化法去除效果 單位：mg/L

表4 混合污水去除效果 單位：mg/L

5 工程經(jīng)濟(jì)分析

該公司二期項(xiàng)目施工周期約6 個(gè)月，在2018 年初開始進(jìn)水開展污水處理工作，經(jīng)過一個(gè)月調(diào)試，達(dá)到預(yù)期目的，尤其是HUBF 厭氧罐的運(yùn)行效果很好，遠(yuǎn)超預(yù)期，原設(shè)計(jì)HUBF 厭氧罐進(jìn)水CODcr≤40000mg/L, 去除率80%，實(shí)際運(yùn)行中去除率達(dá)到95%，厭氧罐出水CODcr經(jīng)常維持1000-2000 mg/L 左右。具體經(jīng)濟(jì)性分析如下：廢水處理工程新增占地面積：450m2；廢水處理系統(tǒng)的總裝機(jī)容量：131.4KW；廢水處理系統(tǒng)的運(yùn)行功率：50.7KW；6萬噸項(xiàng)目改擴(kuò)建項(xiàng)目廢水處理系統(tǒng)處理能力：50m3/d。

三元廢水新建系統(tǒng)處理能力：80 m3/d；每日去除CODcr:3835kg/d；6 萬噸項(xiàng)目擴(kuò)建項(xiàng)目設(shè)施投產(chǎn)后，不會(huì)產(chǎn)生很多生化剩余污泥。

6 結(jié)論

本文基于高濃度廢水處理問題進(jìn)行了探究，結(jié)合某新材料科技股份有限公司二期污水處理工程，就一期廢水處理工藝優(yōu)化進(jìn)行了深入分析，最終通過對(duì)一期工程的優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)了二期廢水處理工程的優(yōu)化設(shè)計(jì)，并提出采用新型HUBF 厭氧高塔反應(yīng)器的建議，取得了良好的污水處理成果。