聚苯乙烯生產(chǎn)廢水處理工程設(shè)計(jì)應(yīng)用

摘要：針對(duì)安徽某聚苯乙烯化工廠的聚苯乙烯生產(chǎn)廢水含磷、廢水濃度較高、可生化性差等難點(diǎn)，先采用“混凝沉淀法”預(yù)處理工藝廢水，有效除磷，再與其他廢水合并后，通過“水解酸化+活性好氧污泥+沉淀”工藝處理，最終出水化學(xué)需氧量（Chemical Oxygen Demand，COD）、總磷等污染物穩(wěn)定低于當(dāng)?shù)亟庸軜?biāo)準(zhǔn)。該工程設(shè)計(jì)的投資費(fèi)用及運(yùn)行費(fèi)用達(dá)到企業(yè)預(yù)期。

關(guān)鍵詞：聚苯乙烯；廢水處理；活性好氧污泥

中圖分類號(hào)：X703 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1008-9500（2024）08-00-04

DOI：10.3969/j.issn.1008-9500.2024.08.010

Design and Application of Polystyrene Wastewater Treatment Engineering

PAN Haopeng1， WANG Chaojie1， NI Shan2

（1.Jiangsu Longhuan Environmental Engineering Co.，Ltd.;

2. Jiangsu Longhuan Environmental Technology Co.， Ltd.， Changzhou 213000， China）

Abstract： In response to the difficulties of phosphorus content， high wastewater concentration， and poor biodegradability in the polystyrene production wastewater of a polystyrene chemical plant in Anhui Province， the “coagulation precipitation method” is first used to pretreat the wastewater， effectively removing phosphorus. Then， it is combined with other wastewater and treated through the “hydrolysis acidification+active aerobic pollution+precipitation” process. Finally， the effluent Chemical Oxygen Demand （COD）， total phosphorus and other pollutants remain stable below the local takeover standards. The investment and operating costs of the project design meet the expectations of the enterprise.

Keywords： polystyrene ; wastewater treatment ; activated aerobic sludge

聚苯乙烯是以苯乙烯為主要原料聚合而成的熱塑性樹脂，可反復(fù)加熱軟化、冷卻固化的一類合成樹脂。聚苯乙烯具有質(zhì)硬、電絕緣性、保溫隔熱性、緩沖抗震性、抗老化性、防水性和優(yōu)良的加工性能，可廣泛應(yīng)用于電子電器、建筑材料、包裝材料和日用品等領(lǐng)域，具有很好的市場應(yīng)用前景。

安徽某聚苯乙烯化工廠主要生產(chǎn)原料有水、苯乙烯、懸浮劑、分散劑以及引發(fā)劑等，洗滌和離心工序產(chǎn)生工藝廢水，廢水化學(xué)需氧量（Chemical Oxygen Demand，COD）濃度較高，可生化性差，磷含量較高[1]。為解決聚苯乙烯廢水處理問題，對(duì)廢水進(jìn)行水質(zhì)檢測(cè)、小試分析，在試驗(yàn)數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上進(jìn)行細(xì)化設(shè)計(jì)，最終廢水處理系統(tǒng)出水COD、總磷等污染物遠(yuǎn)低于當(dāng)?shù)亟庸軜?biāo)準(zhǔn)。

1 廢水水量與水質(zhì)

1.1 設(shè)計(jì)水量

安徽某聚苯乙烯化工廠廠區(qū)廢水來源主要包括生產(chǎn)車間篩選工段洗滌和離心產(chǎn)生的工藝廢水、生產(chǎn)設(shè)備及地面沖洗廢水、實(shí)驗(yàn)室廢水及生活污水等。根據(jù)該廠同規(guī)模、同生產(chǎn)工藝分公司實(shí)際生產(chǎn)情況，工藝廢水（高濃度廢水）產(chǎn)生量為600 m3/d，車間地面沖洗水、實(shí)驗(yàn)室廢水及生活污水約為200 m3/d，廢水總水量為800 m3/d。

1.2 設(shè)計(jì)進(jìn)出水水質(zhì)

廢水檢測(cè)項(xiàng)目包括pH、COD、總氮、總磷濃度，由實(shí)地取樣檢測(cè)得出，廢水經(jīng)處理后出水需達(dá)到當(dāng)?shù)厥姓鬯幚韽S接管標(biāo)準(zhǔn)。廢水設(shè)計(jì)進(jìn)水水質(zhì)和出水水質(zhì)如表1所示。

2 廢水處理工藝流程

根據(jù)同類廢水處理經(jīng)驗(yàn)，并從操作簡單、安全可靠、工程投資少、運(yùn)行費(fèi)用低等方面考慮，確定工藝廢水先經(jīng)“混凝沉淀”預(yù)處理后，再與其他廢水合并，通過“水解酸化+活性好氧污泥+沉淀”工藝處理后達(dá)到接管標(biāo)準(zhǔn)[2]。廢水處理工藝流程如圖1所示。

2.1 混凝沉淀系統(tǒng)

工藝廢水在車間收集池內(nèi)均衡水質(zhì)后，經(jīng)提升泵提升進(jìn)入混凝反應(yīng)池進(jìn)行處理。用水將石灰粉調(diào)配成石灰乳，通過加藥泵投加到混凝反應(yīng)池，調(diào)節(jié)廢水pH在9.5～10.0。廢水中污染物磷為正磷酸鹽，與投石灰乳（氫氧化鈣）反應(yīng)形成磷酸鈣沉淀物，有效除磷，當(dāng)廢水pH在9.2～10.5時(shí)，除磷率達(dá)97%以上。反應(yīng)方程式如式（1）所示。

5Ca2++3HPO42-+4OH-→Ca5（OH）（PO4）2↓+3H2O（1）

產(chǎn)生的磷酸鈣呈小顆粒狀，懸浮在廢水中及表面，為確保磷酸鈣更好地沉降，投加藥劑聚丙烯酰胺（Polyacrylamide，PAM），提高總磷的去除率。

混凝反應(yīng)池出水用提升泵輸送至濃縮沉淀池，通過沉淀，將磷酸鈣及其他懸浮物沉降在池體底部，上清液自流至后續(xù)生化系統(tǒng)進(jìn)一步處理。沉淀池底部設(shè)有污泥提升泵，當(dāng)池底部污泥較多時(shí)，啟動(dòng)污泥泵，將底部污泥提升至污泥濃縮池進(jìn)一步處理。

2.2 廢水調(diào)節(jié)池

混凝沉淀后廢水自流進(jìn)入調(diào)節(jié)池，與其他廢水（車間地面沖洗水、實(shí)驗(yàn)室廢水及生活污水等）混合，調(diào)節(jié)池底部設(shè)有穿管曝氣裝置，用于均化水質(zhì)，減少對(duì)后續(xù)生化系統(tǒng)的沖擊。

2.3 酸化水解池

經(jīng)調(diào)節(jié)后，水質(zhì)均衡的廢水由泵提升進(jìn)入水解酸化池。水解酸化池內(nèi)部接種微生物，在缺氧環(huán)境下，微生物能夠有效降解廢水有機(jī)物，去除部分COD，同時(shí)將廢水中不溶的、難降解的大分子有機(jī)物分解成小分子物質(zhì)，增加污水生化需氧量（Biochemical Oxygen Demand，BOD）與COD比值，有效提高污水的可生化性，利于后續(xù)的氧化處理。

2.4 活性好氧污泥系統(tǒng)

水解酸化出水進(jìn)入好氧池。在好氧活性污泥系統(tǒng)中，有機(jī)污染物將被好氧菌進(jìn)一步氧化分解成二氧化碳和水，從而降低廢水中的COD濃度，達(dá)到接管標(biāo)準(zhǔn)。好氧池采用羅茨風(fēng)機(jī)供氣，溶解氧控制在3.5 mg/L左右。

2.5 二沉池

好氧池出水進(jìn)入二沉池進(jìn)行泥水分離，其中清液自流至待排池接管至市政污水處理廠，污泥一部分回流至好氧池補(bǔ)充污泥，污泥回流比為100%～300%，另一部分作為剩余污泥排入污泥池。

2.6 污泥處理系統(tǒng)

污泥池采用氣動(dòng)隔膜泵將污泥輸送至板框壓濾機(jī)處理。污泥脫水清液回流至調(diào)節(jié)池，脫水后的污泥用噸袋包裝后，作為危險(xiǎn)廢物進(jìn)行處置。

當(dāng)?shù)亟庸軜?biāo)準(zhǔn)要求COD濃度小于500 mg/L，總磷濃度小于6 mg/L。主要處理單元對(duì)COD和總磷的設(shè)計(jì)去除效率如表2所示。由數(shù)據(jù)可知，經(jīng)過混凝沉淀系、酸化水解池、活性好氧污泥系統(tǒng)處理后，出水COD濃度為110.3 mg/L，總磷濃度為2.4 mg/L，符合當(dāng)?shù)亟庸軜?biāo)準(zhǔn)。

3 主要處理單元設(shè)計(jì)選型

3.1 混凝沉淀反應(yīng)系統(tǒng)

混凝沉淀反應(yīng)系統(tǒng)只處理車間工藝廢水，設(shè)計(jì)處理廢水量為600 m3/d，即25 m3/h。系統(tǒng)設(shè)置了1座混凝反應(yīng)池和1座沉淀池?；炷磻?yīng)池體設(shè)計(jì)有效容積為50 m3，廢水停留反應(yīng)時(shí)間為2 h，池體的直徑為4 m，高為4.5 m，鋼結(jié)構(gòu)（內(nèi)部防腐防滲處理）。配備立式攪拌器1臺(tái)，功率為1.5 kW；廢水提升泵2臺(tái)（1用1備），流量為30 m3/h，揚(yáng)程為22 m，功率為4 kW；石灰加藥系統(tǒng)和PAM加藥系統(tǒng)各1套；pH在線儀1套。另配備液位計(jì)1只。

3.2 沉淀池

沉淀池設(shè)計(jì)有效容積為600 m3，設(shè)計(jì)表面負(fù)荷為0.5 m3/（m2·h），池體的直徑為8 m，高為12.5 m，鋼結(jié)構(gòu)（內(nèi)部防腐防滲處理）。污泥提升采用氣動(dòng)隔膜泵，數(shù)量2臺(tái)（1用1備），流量為12 m3/h，揚(yáng)程為50 m。另配備液位計(jì)1只。

3.3 調(diào)節(jié)池

調(diào)節(jié)池設(shè)計(jì)處理廢水量為800 m3/d，即33 m3/h。

調(diào)節(jié)池設(shè)計(jì)有效容積為660 m3，廢水停留時(shí)間為20 h，池體規(guī)格為15 m×12.5 m×4 m（長×寬×高），采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)（內(nèi)部防腐防滲處理）。廢水提升依靠2臺(tái)廢水提升泵（1用1備），流量為50 m3/h，揚(yáng)程為20 m，功率為5.5 kW。另配備液位計(jì)1只，池底穿管曝氣裝置1套。

3.4 酸化水解池

酸化水解池設(shè)計(jì)有效容積為300 m3，COD設(shè)計(jì)負(fù)荷為2.5 kg/（m3·h），池體的直徑為8 m，高為7 m，鋼結(jié)構(gòu)（內(nèi)部防腐防滲處理）。配備廢水提升泵2臺(tái)（1用1備），流量為12 m3/h，揚(yáng)程為50 m，功率為4 kW。另配備液位計(jì)1只，池底穿管曝氣裝置1套。

3.5 活性好氧污泥系統(tǒng)

好氧池設(shè)計(jì)有效容積1 400 m3，廢水停留時(shí)間為42 h，池體規(guī)格為18 m×12 m×7 m（長×寬×高），采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)（內(nèi)部防腐防滲處理）。設(shè)置2臺(tái)廢水提升泵（1用1備），流量為50 m3/h，揚(yáng)程為20 m，功率為5.5 kW。采用羅茨風(fēng)機(jī)進(jìn)行補(bǔ)氧，數(shù)量為2臺(tái)（1用1備），流量為20.48 m3/min，揚(yáng)程為7 m，功率為37 kW。另配備曝氣裝置1套，液位計(jì)、溫度計(jì)及溶解氧檢測(cè)儀若干。

3.6 二沉池

二沉池設(shè)計(jì)有效容積為165 m3，設(shè)計(jì)表面負(fù)荷為0.65 m3/（m2·h），池體的直徑為8 m，高為4 m，鋼結(jié)構(gòu)（內(nèi)部防腐防滲處理）。污泥提升采用氣動(dòng)隔膜泵，數(shù)量2臺(tái)（1用1備），流量為12 m3/h，揚(yáng)程為50 m。設(shè)置刮泥機(jī)1臺(tái)，功率為1.5 kW，轉(zhuǎn)速為2 r/h；污泥回流泵2臺(tái)（1用1備），流量為50 m3/h，揚(yáng)程為15 m，功率為4 kW；液位計(jì)1只。

二沉池清液自留至待排池，待排池有效容積為160 m3，廢水停留時(shí)間為0.5 h，池體規(guī)格為12.5 m×3.5 m×4 m（長×寬×高），設(shè)置2臺(tái)出水提升泵（1用1備），流量為43 m3/h，揚(yáng)程為60 m，功率為15 kW。

另配備液位計(jì)1只。

3.7 污泥處理系統(tǒng)

污泥處理系統(tǒng)設(shè)置1座污泥濃縮池和3套板框壓濾機(jī)，污泥濃縮池容積為125 m3，池體尺寸為6 m×6 m×4 m（長×寬×高），設(shè)置2臺(tái)污泥提升泵（1用1備），流量為12 m3/h，揚(yáng)程為50 m，每套壓濾機(jī)過濾面積為60 m2，功率為4 kW。

3.8 PLC控制系統(tǒng)

控制系統(tǒng)采用可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller，PLC）程序控制，通過現(xiàn)場各類儀表實(shí)時(shí)監(jiān)控各流量、壓力、液位、溫度及電流等參數(shù)，通過設(shè)置關(guān)鍵參數(shù)的上限值、下限值，實(shí)現(xiàn)各設(shè)備間自動(dòng)化連鎖，技術(shù)可靠穩(wěn)定，節(jié)能環(huán)保。

當(dāng)控制系統(tǒng)某位置發(fā)生故障，聲光報(bào)警系統(tǒng)立即發(fā)出警報(bào)，待設(shè)備操作人員檢修完畢后，按下復(fù)位按鈕系統(tǒng)解除報(bào)警。通過PLC控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)廢水處理系統(tǒng)全自動(dòng)運(yùn)行，確保系統(tǒng)穩(wěn)定高效安全。

4 調(diào)試過程分析

污水處理各單位及設(shè)備設(shè)施安裝完成后，進(jìn)入調(diào)試階段，調(diào)試分為單機(jī)調(diào)試和聯(lián)動(dòng)調(diào)試。

4.1 單機(jī)調(diào)試

單機(jī)調(diào)試能夠檢查設(shè)備安裝的質(zhì)量是否符合有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。調(diào)試對(duì)象主要包括水泵、污泥泵、攪拌器、板框壓濾機(jī)等帶電設(shè)備。以每臺(tái)設(shè)備正常運(yùn)行2 h為準(zhǔn)，運(yùn)行中發(fā)現(xiàn)異常和不正常的振動(dòng)，應(yīng)立即停電檢查。

4.2 聯(lián)動(dòng)調(diào)試

聯(lián)動(dòng)調(diào)試主要是核定設(shè)施能否協(xié)調(diào)穩(wěn)定連續(xù)運(yùn)行，試驗(yàn)設(shè)施系統(tǒng)廢水處理能力是否達(dá)到設(shè)計(jì)要求。聯(lián)動(dòng)調(diào)試又分為清水調(diào)試和廢水調(diào)試。

4.2.1 清水調(diào)試

首先，用清水注入各單元構(gòu)筑物、池體和罐體，檢查有無泄漏和沉降情況；其次，開啟污水泵、攪拌機(jī)等系列機(jī)械設(shè)備，按工藝流程的順序啟動(dòng)，確定各機(jī)泵連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)性能；再次，完成各流量、壓力、液位、溫度計(jì)等物理量測(cè)量儀表調(diào)試，能夠準(zhǔn)確反應(yīng)各物理參數(shù)；最后，清水調(diào)試時(shí)間為48 h，確保水流貫通并無異?，F(xiàn)象。

4.2.2 廢水調(diào)試

進(jìn)行廢水處理調(diào)試時(shí)，重點(diǎn)是混凝沉淀系統(tǒng)和好氧池活性炭污泥馴化調(diào)試。

工藝廢水先進(jìn)入混凝反應(yīng)池進(jìn)行除磷。工藝廢水早期進(jìn)水量為240 m3/d，總磷濃度檢測(cè)數(shù)值為99 mg/L，每天投加石灰粉為75 kg。后期廢水量穩(wěn)定在600 m3/d，每日投加石灰粉的量為300 kg。調(diào)試期間發(fā)現(xiàn)濃縮沉淀池出水總磷突然升高至12.3 mg/L。其原因是混凝反應(yīng)生成的磷酸鈣在濃縮沉淀池內(nèi)未能完全沉降，懸浮在水體中，導(dǎo)致總磷偏高。便向混凝反應(yīng)池中投加PAM，將磷酸鈣沉降下來，最終待排池出水總磷保持在2 mg/L左右，去除率高達(dá)99%，穩(wěn)定滿足當(dāng)?shù)亟庸軜?biāo)準(zhǔn)6 mg/L。

對(duì)好氧池進(jìn)行污泥接種馴化調(diào)試。在當(dāng)?shù)爻俏魑鬯幚韽S抽取20 t干污泥投放至好氧池，由于干污泥含水量低，非常干硬，投放后污泥未能及時(shí)散化開，污泥沉在好氧池底部。后改投稀污泥，并輔助投加工業(yè)面粉、葡萄糖。調(diào)試8 d后，好氧池污泥沉降比為8%；調(diào)試15 d后，污泥沉降比約為10%；調(diào)試約45 d后，污泥沉降比達(dá)20%及以上。調(diào)試后期，廢水水量穩(wěn)定達(dá)到800 m3/d，經(jīng)檢測(cè)，待排池出水COD濃度控制在150 mg/L以下，去除率高達(dá)92%及以上，滿足當(dāng)?shù)亟庸軜?biāo)準(zhǔn)（500 mg/L）。

調(diào)試期間發(fā)現(xiàn)廢水處理站混凝沉淀池、生化池、污泥池等區(qū)域有明顯惡臭氣體產(chǎn)生，后續(xù)企業(yè)將對(duì)以上區(qū)域池體加蓋，并將廢氣引入廢氣處理設(shè)施處理。

5 投資費(fèi)用及運(yùn)行成本

5.1 投資費(fèi)用

本廢水處理系統(tǒng)投資費(fèi)用約為200萬元，含土建、設(shè)備設(shè)施、電氣、安裝調(diào)試等各類費(fèi)用。

5.2 運(yùn)行成本

本廢水處理系統(tǒng)用電設(shè)備總運(yùn)行功率為88.5 kW，年運(yùn)行時(shí)間為7 200 h，污水年處理量為240 000 t，工業(yè)電費(fèi)按0.8元/kW·h計(jì)，污水處理系統(tǒng)用電成本為2.13元/t。藥劑費(fèi)考慮石灰粉、PAM等，石灰粉每天投加量為300 kg，單價(jià)為800 元/t，PAM投加量為1.5 g/t，PAM價(jià)格為2 000元/t，藥劑費(fèi)用折算噸水成本為0.4元/t。人工費(fèi)考慮3個(gè)班次運(yùn)轉(zhuǎn)，每班2人，按每人每天300元計(jì)，人工費(fèi)用折算噸水成本為2.25元/t。

經(jīng)計(jì)算，污水處理系統(tǒng)總運(yùn)行費(fèi)用為4.78元/t。

6 結(jié)論

本廢水處理系統(tǒng)工藝流程簡單易操作，對(duì)廢水污染物COD、總磷等有良好的去除效果，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，對(duì)園區(qū)同類廢水處理有一定的參考價(jià)值。廢水處理系統(tǒng)是連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)體系，所有泵、風(fēng)機(jī)等動(dòng)力設(shè)備采用1用1備。同時(shí)，動(dòng)力設(shè)備均選用國標(biāo)二級(jí)能效，真正做到節(jié)能高效。實(shí)際生產(chǎn)運(yùn)行過程中需考慮廢水處理系統(tǒng)廢氣有效收集處理，最大限度降低惡臭廢氣、有機(jī)廢氣無組織排放，防止污染廠區(qū)及周邊大氣環(huán)境。

參考文獻(xiàn)

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