橡膠助劑CBS 生產(chǎn)廢水處理工程實(shí)例

朱亞飛， 李文達(dá)， 楊偉納， 劉峻

（1.鄭州億眾環(huán)境科技有限公司， 鄭州 450006； 2.江蘇潤環(huán)環(huán)境科技有限公司河南分公司， 鄭州 450006）

1 工程概況

橡膠助劑CBS 是一種硫化促進(jìn)劑， 規(guī)模生產(chǎn)中常以促進(jìn)劑2－巰基苯并噻唑（以下簡稱M）與環(huán)己胺為原料， 在氧化劑作用下反應(yīng)制得［1］。 CBS 生產(chǎn)廢水普遍特點(diǎn)為含鹽量高、 COD 含量高、 可生化性差， 導(dǎo)致廢水處理成本高， 企業(yè)廢水處理壓力較大。 河南某橡膠助劑生產(chǎn)企業(yè)年產(chǎn)3 萬t 橡膠助劑CBS 項(xiàng)目， 廢水中主要污染物有M、 苯并噻唑類、 環(huán)己胺、 樹脂（原料M 中帶入， 絕大部分為苯并噻唑）、 氯化鈉等， 主要污染物分子結(jié)構(gòu)復(fù)雜，污染物濃度高， 廢水含鹽量高， 直接生化處理效果較差。 廢水經(jīng)生產(chǎn)車間MVR 蒸發(fā)后大部分鹽分可以去除， 但有機(jī)物含量仍然很高。 設(shè)計采用鐵碳微電解－芬頓氧化－ABR 厭氧－A／O－混凝沉淀－多介質(zhì)過濾組合工藝， 出水達(dá)到GB 8978—1996《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》中的二級標(biāo)準(zhǔn)。 本文介紹了該工程的工藝流程、 設(shè)計和運(yùn)行參數(shù)及處理效果， 可為類似項(xiàng)目廢水處理提供參考。

2 設(shè)計水量、 水質(zhì)

2.1 設(shè)計水量

本工程廢水設(shè)計規(guī)模為350 m3／d。

2.2 設(shè)計進(jìn)出水水質(zhì)

本工程廢水主要來源于CBS 生產(chǎn)線， 廢水中主要污染物有M、 苯并噻唑類、 環(huán)己胺、 樹脂、 氯化鈉等， 成分復(fù)雜且濃度較高。 經(jīng)處理后主要污染物指標(biāo)需滿足GB 8978—1996 二級標(biāo)準(zhǔn)。 該項(xiàng)目設(shè)計進(jìn)出水水質(zhì)見表1。 廢水中COD、 BOD5、 NH3－N濃度較高， B／C 約為0.3， 可生化性較差， 屬高濃度、 低生化性廢水， 處理難度較大， 對處理工藝要求較高。

表1 設(shè)計進(jìn)出水水質(zhì)Tab.1 Design influent and effluent water quality

3 廢水處理工藝

3.1 處理工藝選擇

橡膠助劑生產(chǎn)廢水處理常用的工藝涉及蒸發(fā)、萃取、 吸附、 催化氧化、 芬頓氧化、 生化法等［2］。根據(jù)對類似工程的研究， 結(jié)合本工程進(jìn)出水水質(zhì)情況及主要污染物成分， 從經(jīng)濟(jì)性和穩(wěn)定達(dá)標(biāo)角度綜合考慮采取以下處理措施： 預(yù)處理采用鐵碳微電解-芬頓氧化工藝， 降解有機(jī)物的同時可提高廢水的可生化性［3-7］； 生化處理采用ABR 厭氧-A／O 工藝， 進(jìn)一步提高廢水的可生化性， 保證系統(tǒng)良好的脫碳除氮效果［8-10］； 深度處理采用混凝沉淀-多介質(zhì)過濾工藝， 進(jìn)一步去除廢水中的膠體和懸浮物等， 確保出水穩(wěn)定達(dá)標(biāo)； 最終確定本工程采用鐵碳微電解－芬頓氧化－ABR 厭氧－A／O－混凝沉淀－多介質(zhì)過濾組合工藝。

3.2 處理工藝流程

工藝流程如圖1 所示。 CBS 生產(chǎn)廢水經(jīng)車間預(yù)處理后流入調(diào)節(jié)池， 調(diào)節(jié)水量、 均勻水質(zhì)后進(jìn)入鐵碳微電解塔和芬頓氧化池進(jìn)行預(yù)處理， 對難降解大分子有機(jī)物進(jìn)行氧化處理， 使其開環(huán)斷鏈， 分解為易降解的小分子有機(jī)物， 去除部分COD 的同時提高廢水的可生化性。 經(jīng)預(yù)處理后的廢水進(jìn)入ABR厭氧池， ABR 厭氧池是由多個反應(yīng)室串聯(lián)而成的高效反應(yīng)器， 廢水在反應(yīng)器內(nèi)沿折流板作上下流動， 依次通過每個反應(yīng)室的污泥床， 廢水中的有機(jī)物通過與微生物接觸而得到去除， ABR 具有水力條件好、 生物固體截留能力強(qiáng)、 生物種群分布好、結(jié)構(gòu)簡單、 啟動速度快等優(yōu)良性能［11］。 經(jīng)ABR 處理后廢水可生化性進(jìn)一步提高， 而后進(jìn)入A／O 系統(tǒng)， 經(jīng)缺氧、 好氧反應(yīng)去除廢水中大部分的COD、NH3－N 等污染物。 最后經(jīng)混凝沉淀-多介質(zhì)過濾深度處理， 去除水中膠體、 懸浮物等污染物， 確保出水達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)。 芬頓氧化池排泥、 二沉池排泥及混凝沉淀池排泥在污泥濃縮池進(jìn)行初步濃縮， 再經(jīng)脫水車間脫水設(shè)施處理后形成泥餅， 外運(yùn)處置。

圖1 工藝流程Fig.1 Process flow

4 主要構(gòu)筑物設(shè)計參數(shù)及設(shè)備配置

（1） 調(diào)節(jié)池。 1 座， 尺寸為11.0 m × 7.0 m ×5.0 m， 有效容積為350 m3， 水力停留時間為24 h。配置提升泵2 臺， 1 開1 備， 單臺流量為14.6 m3／h。

（2） 鐵碳微電解塔。 2 座， 串聯(lián)運(yùn)行， 單座尺寸為φ3.0 m×5.0 m， 總有效容積為58.3 m3， 反應(yīng)時間為4 h， 填料層高度為2.1 m， 鐵碳填料（鐵碳體積比為1 ∶1）用量為14.8 m3。 配置pH 值控制系統(tǒng)1 套， 控制反應(yīng)pH 值為3； 曝氣系統(tǒng)1 套， 曝氣量為0.75 m3／min（氣水比為3 ∶1）。

（3） 芬頓氧化池。 2 座， 并聯(lián)運(yùn)行， 單座尺寸為12.0 m×1.8 m×1.8 m， 單座有效容積為32.8 m3，總停留時間為4.5 h， 其中氧化反應(yīng)段反應(yīng)時間為2.0 h， 中和及絮凝段反應(yīng)時間為0.5 h， 沉淀時間為2.0 h。 配置雙氧水加藥系統(tǒng)1 套（設(shè)計27.5% 雙氧水最大加藥量為30 L／h）， 硫酸亞鐵加藥系統(tǒng)1套（設(shè)計Fe2＋最大加藥量為16 kg／h）， 氫氧化鈉加藥系統(tǒng)1 套（設(shè)計最大加藥量為4 kg／h）， PAM 加藥系統(tǒng)1 套（設(shè)計最大加藥量為6 mg／L）， pH 值控制系統(tǒng)2 套， 控制氧化反應(yīng)pH 值為4， 中和反應(yīng)后pH值為6.5 ～7.5。

（4） ABR 厭氧池。 2 座， 并聯(lián)運(yùn)行， 單座尺寸為6.0 m×6.0 m×5.0 m， 單座分4 格， 每格尺寸為3.0 m×3.0 m×5.0 m， 平均水深為4.5 m， 填料層高度為3.0 m， 水力停留時間為22 h， 容積負(fù)荷為1.4 kg［BOD5］／（m3·d）， 上升流速為1.2 ～ 1.6 m／h。配置厭氧回流泵4 臺， 2 開2 備， 設(shè)計回流比為50%～100%； 磷酸二氫鉀投加系統(tǒng)1 套（設(shè)計最大加藥量為6 mg／L， 以P 計）。

（5） A／O 系統(tǒng)。 2 座， 并聯(lián)運(yùn)行， 單座尺寸為16.5 m×6.0 m×5.0 m， 設(shè)計污泥濃度為4 500 mg／L。缺氧段尺寸為6.0 m × 5.5 m× 5.0 m， 有效容積為151.8 m3， 水力停留時間為20.8 h， 脫氮負(fù)荷設(shè)計取值0.04 kg［］／（kg［MLSS］·d）。 好氧段尺寸為11.0 m×6.0 m×5.0 m， 有效容積為297 m3， 水力停留時間為40.7 h， 污泥負(fù)荷設(shè)計取值0.08 kg［BOD5］／（kg［MLSS］·d）。 控制A／O 系統(tǒng)溶解氧濃度， 其中A池ρ（溶解氧）＜0.5 mg／L， O 池末端ρ（溶解氧）=2 ～3 mg／L。 缺氧段配置潛水推流裝置2 臺， 單臺功率為1.5 kW； 好氧段配置微孔曝氣頭350 套， 混合液回流泵4 臺， 2 開2 備， 設(shè)計混合液回流比為300%～400%。

（6） 二沉池。 1 座， 尺寸為φ5.0 m × 3.0 m，輻流式， 表面負(fù)荷為0.74 m3／（m2·h）， 沉淀時間為1.5 h， 有效水深為1.1 m。 設(shè)刮泥機(jī)1 套， D ＝5.0 m， 污泥回流泵2 臺， 1 開1 備， 設(shè)計污泥回流比為50%～100%。

（7） 混凝沉淀池。 1 座， 反應(yīng)段尺寸為3.0 m×2.0 m×3.0 m， 沉淀段尺寸為6.0 m×3.0 m×5.0 m，反應(yīng)時間為1 h， 沉淀池表面負(fù)荷為0.81 m3／（m2·h）。 反應(yīng)段配置攪拌器2 臺（單臺功率為0.75 kW）， 配置PAC 加藥系統(tǒng)1 套（設(shè)計最大加藥量為50 mg／L）， 配置PAM 加藥系統(tǒng)1 套（設(shè)計最大加藥量為5 mg／L）； 沉淀段配置斜管填料18 m3， 配置排泥泵2 臺， 1 開1 備， 單臺流量為10 m3／h。

（8） 多介質(zhì)過濾器。 2 臺， 1 用1 備， 單臺尺寸為φ1.6 m×4.8 m， 濾速為7.26 m／h。 采用石英砂（粒徑為0.5 ～1.0 mm， 厚度為1.0 m）和活性炭（粒徑為1.0 ～3.0 mm， 厚度為0.5 m）作為濾料。 配置反沖洗水泵2 臺， 采用清水反沖洗方式， 反沖洗強(qiáng)度為12 L／（m2·s）。

（9） 污泥處理系統(tǒng)。 1 套， 包含污泥濃縮池1座， 尺寸為φ5.0 m×3.5 m， 輻流式， 設(shè)污泥濃縮機(jī)1 套， D ＝5.0 m； 污泥螺桿泵2 臺， 單臺流量為10 m3／h， 1 用1 備； 廂式壓濾機(jī)1 臺， 過濾面積為30 m2。

5 設(shè)計特點(diǎn)

（1） 該項(xiàng)目廢水有機(jī)物濃度較高且可生化性較差， 設(shè)計預(yù)處理采用鐵碳微電解-芬頓氧化工藝，大幅度降低COD、 BOD5等主要污染物的同時可提高廢水的可生化性， 有利于提升后續(xù)生化處理效果。

（2） 針對預(yù)處理出水COD 濃度偏高、 可生化性偏低的情況， 設(shè)計采用ABR 厭氧工藝， 充分發(fā)揮厭氧生化特點(diǎn)， 以較低運(yùn)行成本達(dá)到降低COD、 提高廢水可生化性的目標(biāo)， 減輕后續(xù)好氧生化壓力。

（3） 深度處理采用混凝沉淀-過濾工藝， 進(jìn)一步去除廢水中的懸浮物、 膠體等， 確保出水滿足GB 8978—1996 二級標(biāo)準(zhǔn)要求， 出水水質(zhì)穩(wěn)定達(dá)標(biāo)。

6 運(yùn)行效果

經(jīng)過60 d 調(diào)試， 各系統(tǒng)出水水質(zhì)指標(biāo)趨于穩(wěn)定， 其中鐵碳微電解-芬頓氧化預(yù)處理系統(tǒng)調(diào)試7 d， 鐵碳微電解控制反應(yīng)pH 值為3.0， 芬頓氧化藥劑投加量為雙氧水24 L／h， Fe2＋14.5 kg／h； 生化段ABR 厭氧-A／O 調(diào)試50 d， ABR 內(nèi)回流比控制在50%， A／O 污泥回流比為100%， 混合液回流比為400%； 混凝沉淀-多介質(zhì)過濾深度處理系統(tǒng)調(diào)試3 d， 其中混凝反應(yīng)PAC 加藥量為40 mg／L， PAM 加藥量為3 mg／L。 連續(xù)5 d 于同一時間段取調(diào)節(jié)池出水、 芬頓氧化池出水、 二沉池出水、 總排水水樣進(jìn)行分析檢測， 主要處理出水水質(zhì)見表2。

表2 各主要處理單元出水水質(zhì)Tab.2 Effluent water quality of each main treatment unit

實(shí)際運(yùn)行結(jié)果表明， 各系統(tǒng)處理能力均達(dá)到設(shè)計水平， 其中鐵碳微電解-芬頓氧化預(yù)處理系統(tǒng)對COD 的去除率穩(wěn)定在50%左右， 生化段ABR 厭氧-A／O 系統(tǒng)對COD、 NH3－N 的去除率均在90%以上， 混凝沉淀-多介質(zhì)過濾深度處理系統(tǒng)對COD的去除率在35% 以上， 排水口主要污染物指標(biāo)均可以穩(wěn)定達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)要求。

7 投資及運(yùn)行費(fèi)用

項(xiàng)目投資約為425 萬元， 其中直接投資部分約為390 萬元， 間接投資部分約為35 萬元。 運(yùn)行費(fèi)用約為8.0 元／m3， 其中電費(fèi)2.1 元／m3， 藥劑費(fèi)5.2元／m3， 人工費(fèi)0.7 元／m3。

8 結(jié)語

（1） 針對橡膠助劑CBS 廢水水質(zhì)特點(diǎn)， 采用鐵碳微電解－芬頓－ABR 厭氧－A／O－混凝沉淀－多介質(zhì)過濾組合工藝進(jìn)行處理， 結(jié)果表明， 系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定且處理能力均能達(dá)到設(shè)計水平， 在進(jìn)水ρ（COD） =4 500 ～5 000 mg／L， ρ（NH3-N） =50 ～60 mg／L 的條件下， 出水ρ（COD） ≤140 mg／L， ρ（NH3－N）≤5 mg／L， 出水可穩(wěn)定達(dá)到GB 8978—1996 二級標(biāo)準(zhǔn)。

（2） 根據(jù)運(yùn)行結(jié)果， 當(dāng)鐵碳微電解反應(yīng)pH 值為3.0， 芬頓氧化雙氧水投加量為24 L／h、 Fe2＋投加量為14.5 kg／h 時， 鐵碳微電解-芬頓氧化系統(tǒng)對COD 的去除率可達(dá)到50%。 因廢水中污染物成分較為復(fù)雜， 建議類似項(xiàng)目廢水處理工程可采用鐵碳微電解-芬頓氧化工藝進(jìn)行預(yù)處理， 以解決廢水濃度高且可生化性較差的問題， 并結(jié)合廢水實(shí)際情況對工藝參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。