某化工廠生產(chǎn)廢水處理工程實(shí)踐*

唐寧遠(yuǎn)，付崢嶸，冉 陽，葉青勇，黎 源，王 冶

(1 株洲華晟環(huán)保技術(shù)有限公司，湖南 株洲 412007；2 湖南工業(yè)大學(xué)土木工程學(xué)院，湖南 株洲 412007；3 湖南智謀規(guī)劃工程設(shè)計(jì)咨詢有限責(zé)任公司，湖南 株洲 412007)

1 工程概況

湖南岳陽市某化工有限公司是一家從事精細(xì)化工及石化產(chǎn)品生產(chǎn)、銷售、儲運(yùn)一體化的化工企業(yè)。主要產(chǎn)品包括二氯丙烷、對甲苯磺酸巴馬丁、環(huán)氧樹脂固化劑、涂料助劑、環(huán)氧地坪涂料等。生產(chǎn)廢水主要來自回收分離、沖洗等工序過程，廢水中主要的污染物質(zhì)為有機(jī)物，比如苯類有機(jī)物、鹵代烴、酯、石油類、有機(jī)胺等，具有水質(zhì)復(fù)雜、污染物含量高、生物難降解物及有毒有害物多、可生化性差等特點(diǎn)，需要經(jīng)過處理達(dá)到納管標(biāo)準(zhǔn)后方能進(jìn)行排放至市政污水管網(wǎng)。該生產(chǎn)廢水中COD高達(dá)數(shù)萬毫克升，為穩(wěn)定滿足納管標(biāo)準(zhǔn)要求，結(jié)合我司相關(guān)化工廢水工程設(shè)計(jì)及運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，采用了預(yù)處理、生化處理和深度處理集成組合技術(shù)，可以為此類化工廠工業(yè)廢水處理設(shè)計(jì)后間接排放提供相關(guān)參考。

2 設(shè)計(jì)規(guī)模及參數(shù)

2.1 設(shè)計(jì)規(guī)模

根據(jù)該化工企業(yè)提供的現(xiàn)有資料，本次污水處理站設(shè)計(jì)規(guī)模為150 m3/d。

2.2 運(yùn)行參數(shù)

本工程進(jìn)水主要為氧化樹脂固化劑、二氯丙烷等產(chǎn)品在生產(chǎn)過程中所衍生的高濃度有機(jī)廢水和園區(qū)工作人員的生活污水，進(jìn)入園區(qū)污水處理廠進(jìn)一步處理，具體指標(biāo)如表1所示，使出水達(dá)到市政污水管網(wǎng)納管標(biāo)準(zhǔn)。

表1 設(shè)計(jì)進(jìn)、出水水質(zhì)

3 處理工藝

二氯丙烷精餾生產(chǎn)廢水成分復(fù)雜，有機(jī)物含量很高，含鹽量較高，含有石油類、揮發(fā)酚、鹽分和有機(jī)氯化物等可生化性較差污染成分，對生化有較強(qiáng)的抑制作用[1-2]；對甲苯磺酸巴馬丁生產(chǎn)廢水的水質(zhì)復(fù)雜，CODCr含量極高，主要污染成分包括苯、酚、酯和甲醇等，可生化性較差；環(huán)氧樹脂固化劑、涂料助劑、環(huán)氧地坪涂料生產(chǎn)廢水含苯酚、二乙烯三胺、二甲苯、乙二胺、二氯丙烷、三乙烯四胺、苯甲醇、酯、有機(jī)酸、醚等及低聚物，NH3-N、TN、CODCr含量高，導(dǎo)致色度較高且廢水可生化性差[3]。目前，對該類化工廢水多采用物化與生化相結(jié)合的處理工藝，國內(nèi)外大多以生化處理為主[4-7]。針對廢水難降解有機(jī)物多、種類復(fù)雜、可生化性差等特性，采用電催化氧化的強(qiáng)化預(yù)處理工藝，首先采用電催化氧化作用進(jìn)行針對性的強(qiáng)化預(yù)處理，大量大分子或雜環(huán)類物質(zhì)開環(huán)斷鏈成小分子，廢水可生化性和生物毒性得到大幅度改善，為后續(xù)生化處理的高效、穩(wěn)定運(yùn)行奠定基礎(chǔ)。針對預(yù)處理出水中的有機(jī)污染物和氨氮、有機(jī)氮采用技術(shù)成熟、穩(wěn)定可靠的“UASB+兩級A/O”組合工藝，針對生化尾水中的不可生化污染物，尤其是COD和氨氮采用技術(shù)可靠、經(jīng)濟(jì)合理、運(yùn)行靈活多變的次氯酸鈉酸氧化末端把關(guān)工藝。本工程采用以“電催化氧化+UASB+兩級A/O+次氯酸鈉酸氧化”為主的組合處理工藝，具體的工藝流程見圖1。

圖1 廢水處理工藝流程

來自生產(chǎn)裝置的廢水首先進(jìn)入均質(zhì)池，保證廢水進(jìn)入后續(xù)處理時(shí)水質(zhì)和水量的相對穩(wěn)定。 在生產(chǎn)廢水進(jìn)水管上分別設(shè)置在線智能閥門和監(jiān)測儀表，當(dāng)智能監(jiān)測儀表所傳遞的指標(biāo)與正常工況偏離相對較大時(shí)，通過及時(shí)反饋信息的智能閥門將異常廢水自動(dòng)排入事故池。待來水恢復(fù)正常后，再通過智能切換閥將該股廢水排入均質(zhì)池，開始后續(xù)的相應(yīng)處理。事故池中設(shè)置提升泵為小流量，將事故池內(nèi)廢水提升至均質(zhì)池。事故池和均質(zhì)池內(nèi)均設(shè)有機(jī)械攪拌機(jī)，以保證各種廢水混合均勻，防止池內(nèi)懸浮物的沉積。均質(zhì)池出水泵入電催化氧化裝置，通過電催化氧化體系產(chǎn)生大量羥基自由基，通過羥基自由基的無差別強(qiáng)氧化性，極大的降低廢水中有機(jī)物濃度和生物毒性，同時(shí)提高了廢水的可生化性。電催化氧化系統(tǒng)出水經(jīng)緩沖和混凝沉淀后，有機(jī)污染物濃度仍較高，為此采用升流式厭氧處理法，排入U(xiǎn)ASB設(shè)備后，經(jīng)兼性菌、水解和酸化菌的代謝作用降解廢水中的有機(jī)污染物，分解大分子有機(jī)物轉(zhuǎn)化為小分子有機(jī)酸類。水解酸化出水自流進(jìn)入一級A/O池，A池和O池均為完全混合池型，能較好的抵抗沖擊負(fù)荷的影響。在一級A/O池內(nèi)，在好氧池內(nèi)廢水中大部分有機(jī)污染物被降解、 氨氮硝化成亞硝酸鹽和硝酸鹽，通過內(nèi)循環(huán)系統(tǒng)，回流混合液中硝酸鹽在缺氧池反硝化成氮?dú)狻?一級A/O池出水依靠重力自流進(jìn)入中間沉淀池，在中間沉淀池內(nèi)進(jìn)行泥水分離，所產(chǎn)生的污泥回流至缺氧池前端，剩余污泥提升至污泥脫水干化間進(jìn)行相應(yīng)處理。經(jīng)過中沉池后的出水進(jìn)入二級A/O池，A池和O池仍為完全混合池型，但池內(nèi)懸掛內(nèi)置微孔填料的球形填料，提高系統(tǒng)容積負(fù)荷和去除率。在二級A/O池內(nèi)進(jìn)一步去除廢水中攜帶的氮素和CODCr，帶有循環(huán)系統(tǒng)的二級A/O池，可用于混合液回流。經(jīng)過二級A/O池后的出水進(jìn)入終沉池開始進(jìn)行泥水分離，部分沉淀污泥回流至二級A/O池的前端，剩余污泥提升至污泥脫水干化間處理。經(jīng)過終沉池后的出水進(jìn)入次氯酸鈉氧化池，通過曝氣和次氯酸鹽共同作用，進(jìn)一步去除廢水中的氨氮和有機(jī)物，使得出水氨氮和CODCr穩(wěn)定達(dá)標(biāo)，最終的出水通過污水水泵送至園區(qū)污水處理廠得以進(jìn)一步處理。

4 主要構(gòu)筑物及設(shè)計(jì)參數(shù)

(1)均質(zhì)池。1座, 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)水量為7.5 m3/h，尺寸為 6.0 m×5.0 m×5.5 m，有效水深為5.0 m，水力停留時(shí)間為24.0 h。設(shè)立式雙曲面攪拌機(jī)1臺，功率為 2.2 kW；耐酸堿提升泵2臺，流量為7.5 m3/h，揚(yáng)程為15 m，功率為1.0 kW。

(2)事故池。1座，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，分兩格設(shè)計(jì)水量為25 m3/h，12.0 m×5.0 m×5.5 m，有效水深為5.0 m，水力停留時(shí)間為48.0 h。設(shè)立式雙曲面攪拌機(jī)1臺，功率為2.5 kW； 耐酸堿提升泵2臺，流量為5 m3/h，揚(yáng)程為10 m，功率為1.0 kW。

(3)電催化氧化設(shè)備。1套，采用成套設(shè)備，單套處理能力為7.0 m3/h，設(shè)備水力停留時(shí)間為1.0 h，設(shè)備尺寸為8.0 m×2.4 m×2.4 m，由電源控制柜、預(yù)催化反應(yīng)器、催化氧化反應(yīng)器，加藥裝置四部分組成，本體采用碳鋼防腐，內(nèi)襯玻璃鋼，功率為130 kW，內(nèi)設(shè)耐酸耐堿提升泵2臺，流量為7.5 m3/h，揚(yáng)程為5 m，功率為0.75 kW。

(4)緩沖池。1座, 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)水量為7.5 m3/h，尺寸為 6.0 m×5.0 m×5.5 m，有效水深為5.0 m，水力停留時(shí)間為24.0 h。耐酸堿提升泵2臺，流量為7.5 m3/h，揚(yáng)程為10 m，功率為1.0 kW。

(5)混凝沉淀池。1座，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)水量為7.5 m3/h，尺寸為Φ5.0 m ×4.0 m，池邊有效水深3.5 m，內(nèi)設(shè)立式雙曲面攪拌機(jī)1臺，功率為 2.2 kW；污泥泵2臺，流量為5 m3/h，揚(yáng)程為15 m，功率為1.5 kW。

(6)UASB反應(yīng)器。1座，碳鋼防腐，設(shè)計(jì)水量為7.5 m3/h，尺寸為Φ8.0 m ×12.5 m，容積負(fù)荷為5 kg[CODCr]/(m3·d)，溫度為35～40 ℃，污泥濃度為8～15 g/L，上升流速為3.1 m/h。設(shè)潛水?dāng)嚢铏C(jī)2臺，功率為3.5 kw；厭氧供料泵2臺，流量為7.5 m3/h，揚(yáng)程為15 m，功率為1.5 kW；循環(huán)泵2臺，流量為25 m3/h，揚(yáng)程為5 m，功率為2.0 kW；厭氧污泥泵1臺，流量為5 m3/h，揚(yáng)程為15 m，功率為1.0 kW；水封罐補(bǔ)水泵1臺，流量為5 m3/h，揚(yáng)程為15 m，功率為1.0 kW；沼氣燃燒器1臺, 燃燒能力為75 m3/h； 板式換熱器1臺, 換熱面積為50 m2；蒸汽噴射器2臺，單臺蒸汽噴射量為60 kg/h。

(7)一級A/O池。1座，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)水量為7.5 m3/h，其中A尺寸為6.0 m×4.0 m×4.5 m，O尺寸為12.0 m×4.0 m×4.5 m，有效水深3.5 m，A池水力停留時(shí)間為13.4 h，O池水力停留時(shí)間為26.9 h，污泥濃度為3.5 g/L，污泥負(fù)荷為0.35 kg[CODCr]/(m3·d)，溫度為20～30 ℃，pH范圍為6～9，混合液回流比為200%～400%，污泥回流比為75%～125%。設(shè)潛水推流器2臺，功率為2.0 kW；混合液回流泵2臺，流量為25 m3/h，揚(yáng)程為1.5 m，功率為 1.5 kW；鼓風(fēng)機(jī)2臺，為兩座O池、電催化反應(yīng)器、次氯酸鈉氧化池提供風(fēng)量為8.0 m3/min，風(fēng)壓為45 kPa，功率為4.0 kW。

(8)中沉池。1座，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)水量為7.5 m3/h，尺寸為Φ5.0 m×4.0 m，池邊有效水深3.5 m，表面水力負(fù)荷為0.4 m3/(m2·d)。設(shè)中心傳動(dòng)半橋刮泥機(jī)1臺， 功率為0.50 kW； 污泥泵2臺，流量為10 m3/h，揚(yáng)程為25 m，功率為2.0 kW。 剩余污泥泵2臺，流量為10m3/h， 揚(yáng)程為25 m，功率為2.5 kW；回流污泥泵2臺，流量為40 m3/h，揚(yáng)程為10 m，功率為3.0 kW。

(9)二級A/O池。1座，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)水量為7.5 m3/h，其中A尺寸為5.0 m ×4.0 m×4.5 m，O尺寸為10.0 m×4.0 m×4.5 m，有效水深3.5 m，A池水力停留時(shí)間為11.2 h，O池水力停留時(shí)間為22.4 h，污泥濃度為3.5 g/L，污泥負(fù)荷為0.35 kg[CODCr]/(m3·d)，溫度為20～30 ℃，pH范圍為6～9，混合液回流比為250%～450%，污泥回流比為75%～125%，填料填充率約為30%。設(shè)潛水推流器2臺，功率為2.0 kW；混合液回流泵2臺，流量為25 m3/h，揚(yáng)程為1.5 m，功率為1.5 kW。

(10)終沉池。1座，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)水量為7.5 m3/h，尺寸為Φ5.0 m×4.0 m，池邊有效水深為3.5 m，表面水力負(fù)荷為0.4 m3/(m2·d)。配置1臺中心傳動(dòng)半橋刮泥機(jī)，功率為0.50 kW；配置2臺污泥泵，流量為10 m3/h，功率為2.0 kW，揚(yáng)程為25 m。剩余污泥泵2臺，流量為10 m3/h，功率為2.5 kW，揚(yáng)程為25 m；回流污泥泵2臺，流量為40 m3/h，功率為3.5 kW，揚(yáng)程為10 m。

(11)次氯酸氧化池。1座，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，內(nèi)襯玻璃鋼防腐，設(shè)計(jì)水量為7.5 m3/h，尺寸為 4.0 m×2.0 m×3.0 m，水力停留時(shí)間為3.2 h，內(nèi)設(shè)耐酸耐堿提升泵2臺，流量為7.5 m3/h，揚(yáng)程為5 m，功率為0.75 kW。

(12)外排水池。1座，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)水量為7.5 m3/h，尺寸為 4.0 m×3.0 m×2.0 m，出水自流排入園區(qū)污水處理廠。

5 工程設(shè)計(jì)特點(diǎn)

(1)本工程采用電催化氧化技術(shù)對高濃度有機(jī)廢水進(jìn)行預(yù)處理，再滿足去除大量有機(jī)污染物的同時(shí)，極大地提高了廢水的可生化性，為后續(xù)生化處理過程的高效、穩(wěn)定運(yùn)行提供了有利條件。

(2)UASB反應(yīng)器能高效降解高濃度有機(jī)廢水，同時(shí)可回收大量的沼氣，冬季低溫環(huán)境下，可為反應(yīng)器的高效運(yùn)行提供熱量，實(shí)現(xiàn)環(huán)境效益與經(jīng)濟(jì)效益的統(tǒng)一。

(3)廢水生化處理采用以 UASB-兩級A/O的組合工藝， 處理效率高， 便于運(yùn)行維護(hù)， 出水穩(wěn)定達(dá)標(biāo)，運(yùn)行成本適中。

(4)生化處理后，增加次氯酸鈉氧化處理環(huán)節(jié)，保證了廢水中氨氮濃度穩(wěn)定達(dá)到園區(qū)污水處理廠的納管標(biāo)準(zhǔn)，起到了很好的把關(guān)作用。

6 工程運(yùn)行效果

該工程自2020年8月開始， 2021年3月完成工程建設(shè)，進(jìn)行現(xiàn)場調(diào)試及微生物馴化培養(yǎng)，其中，在電催化氧化處理過程，27.5%的H2O2投加量為4.5 mL/L時(shí)，可穩(wěn)定去除廢水中有機(jī)污染物，CODCr去除率達(dá)到60%，同時(shí)極大地提高了廢水的B/C比，廢水可生化性改善效果很明顯。經(jīng)過半年穩(wěn)定運(yùn)行，各處理單元出水水質(zhì)均值如表2所示(數(shù)據(jù)為2021年4-6月連續(xù)12周監(jiān)測平均值)。

表2 各處理單元運(yùn)行效果

本工藝采用電催化氧化預(yù)處理提高了廢水B/C比，是本工藝能成功穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵。從表1可以看出，電催化氧化的B/C值為0.54，CODCr去除率達(dá)到50.2%，表明在實(shí)際運(yùn)行中，廢水經(jīng)過電催化氧化處理后，可生化性明顯提高，再經(jīng)UASB反應(yīng)器處理后，CODCr去除率達(dá)到80.2%，B/C值進(jìn)一步提高為0.51，但是廢水中NH3-N濃度經(jīng)電催化氧化和UASB處理后，濃度有所上升，可能歸因于廢水中有機(jī)胺的解離，后經(jīng)兩級A/O缺氧好氧生化處理去除大部分有機(jī)物和NH3-N，最后經(jīng)次氯酸鈉結(jié)合微曝氣氧化把關(guān)處理，確保出水水質(zhì)達(dá)到并優(yōu)于園區(qū)污水廠納管標(biāo)準(zhǔn)。

7 投資及運(yùn)行成本

本工程總投資約為750萬元?？傔\(yùn)行成本為109.33元/m3，具體費(fèi)用組成如下。

(1)人工費(fèi)。廠內(nèi)設(shè)操作人員2名，管理和技術(shù)人員各1名，合計(jì)4名工作人員，平均工資為4500元/(人·月) ，則每噸廢水處理人工費(fèi)4.00元/m3。

(2)電費(fèi)。用電設(shè)備為電催化氧化設(shè)備、提升水泵、攪拌機(jī)、供料泵、循環(huán)泵、回流水泵、鼓風(fēng)機(jī)、污泥泵、計(jì)量泵等，則 24 h開機(jī)總功率約為 180.4 kW，電耗為28.86 kW·h/m3，園區(qū)電價(jià)為0.8元/(kW·h)，則電費(fèi)為23.09元/m3。

(3)藥劑費(fèi)。主要為H2O2、液堿、濃硫酸、PAC、PAM、次氯酸鈉等，H2O2藥耗為49.5 kg/m3，費(fèi)用為54.45元/m3，液堿為0.20元/m3，濃硫酸為0.15元/m3，PAC為0.12元/m3，PAM為0.07元/m3，次氯酸鈉為0.20元/m3，總藥劑費(fèi)約55.24元/m3。

(4)污泥處置費(fèi)。本工程產(chǎn)生含水率約80%物化污泥量約1.8噸/天，按危廢處置，處置費(fèi)暫按2000元/噸，產(chǎn)生含水率約80%生化污泥量約0.75噸/天，按一般固廢處置，處置費(fèi)暫按600元/噸，污泥處置費(fèi)約27元/m3。

8 結(jié) 語

(1)精細(xì)化工及石化產(chǎn)品綜合生產(chǎn)廢水具有污染物濃度很高，可生化較差，還有一定的生物毒性，處理難度很大，采用電催化氧化+UASB+兩級A/O+次氯酸鈉酸氧化組合工藝處理該類廢水，處理效果良好，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，出水水質(zhì)達(dá)到園區(qū)污水處理廠納管標(biāo)準(zhǔn)。

(2)整個(gè)工藝操作簡單，調(diào)整靈活，且能耐受一定的沖擊負(fù)荷，工程實(shí)際運(yùn)行結(jié)果表明，電氧化催化預(yù)處理設(shè)備是保證整個(gè)工藝系統(tǒng)穩(wěn)定、高效運(yùn)行的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，通過調(diào)整H2O2投放量和設(shè)備參數(shù)，可適應(yīng)較大范圍的水質(zhì)波動(dòng)，提高廢水的可生化性，降低生物毒性，確保系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定達(dá)標(biāo)。

(3)該改造工程的基建投資較少，工藝緊扣精細(xì)化工及石化產(chǎn)品綜合生產(chǎn)廢水水質(zhì)特點(diǎn)及充分利用已有成熟工藝或設(shè)備，出水水質(zhì)穩(wěn)定達(dá)標(biāo)，綜合建造、運(yùn)行費(fèi)用較低，實(shí)現(xiàn)了良好的經(jīng)濟(jì)效益、環(huán)境效益和社會(huì)效益，對以后處理類似廢水提供了借鑒。