低氧生化工藝處理ABS與丙烯腈生產(chǎn)廢水的研究

摘要：丙烯腈-苯乙烯-丁二烯共聚物（Acrylonitrile-Butadiene-Styrene，ABS）與丙烯腈生產(chǎn)廢水含有難降解的雜環(huán)化合物，同時(shí)含有有毒物質(zhì)，有機(jī)氮含量高，處理難度大。遼寧省某石化企業(yè)采用低氧生化工藝處理ABS與丙烯腈生產(chǎn)廢水，項(xiàng)目運(yùn)行后，出水水質(zhì)穩(wěn)定，優(yōu)于設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。

關(guān)鍵詞：低氧生化工藝；丙烯腈-苯乙烯-丁二烯共聚物（ABS）；丙烯腈；生產(chǎn)廢水；處理

中圖分類號：X703 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1008-9500（2025）01-0-03

Research on Low Oxygen Biochemical Process for Treating ABS and Acrylonitrile Production Wastewater

Abstract： Acrylonitrile-Butadiene-Styrene （ABS） and acrylonitrile production wastewater contain difficult to degrade heterocyclic compounds， toxic substances， high organic nitrogen content， and difficult treatment. A petrochemical enterprise in Liaoning province adopts a low oxygen biochemical process to treat ABS and acrylonitrile production wastewater， after the project is put into operation， the effluent quality is stable and better than the design standards.

Keywords： low oxygen biochemical process; Acrylonitrile-Butadiene-Styrene （ABS）; acrylonitrile; production wastewater; treatment

丙烯腈-苯乙烯-丁二烯共聚物（Acrylonitrile-Butadiene-Styrene，ABS）樹脂是丙烯腈、苯乙烯、丁二烯的三種單體聚合而成的一種耐沖擊性熱塑性樹脂[1]。ABS生產(chǎn)廢水含有大量的乳膠懸浮物，污染物種類多，可生化性差。丙烯腈是合成材料的重要化工原料[2]。丙烯腈生產(chǎn)廢水處理難度大，含有毒性污染物，具有多種難降解成分。根據(jù)遼寧省某石化企業(yè)ABS及丙烯腈生產(chǎn)廢水水質(zhì)特征，污水預(yù)處理站采用低氧生化工藝處理該類廢水，各單元穩(wěn)定運(yùn)行，出水水質(zhì)優(yōu)于設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。

1 ABS與丙烯腈生產(chǎn)廢水水質(zhì)特征

1.1 ABS生產(chǎn)廢水

目前，世界上工業(yè)裝置應(yīng)用較多的ABS樹脂生產(chǎn)工藝為乳液接枝摻混法及連續(xù)本體聚合法。其中，根據(jù)苯乙烯-丙烯腈共聚物（Styrene-Acrylonitrile，SAN）共聚工藝的不同，乳液接枝摻混法分為乳液接枝-乳液SAN摻混法、乳液接枝-懸浮SAN摻混法、乳液接枝-本體SAN摻混法[3]。

本項(xiàng)目采用的為乳液接枝-本體SAN摻混法。ABS生產(chǎn)廢水主要有丁二烯合成階段的乳膠廢水、接枝共聚階段的洗釜廢水及離心廢水、SAN聚合階段的洗釜及造粒廢水、摻混階段的真空廢水。根據(jù)生產(chǎn)流程及運(yùn)行情況，混合廢水有機(jī)物含量高，含有難生物降解的雜環(huán)類有機(jī)物；懸浮物含量高，主要為乳膠類物質(zhì)，具有自凝聚作用；水質(zhì)和水量波動大，污水可生化性一般；污水含有一定的氰化物，有生物毒性，有機(jī)氮含量較高。

1.2 丙烯腈生產(chǎn)廢水

丙烯腈生產(chǎn)工藝主要有乙炔法、環(huán)氧乙烷法、丙烷氨氧化法和丙烯氨氧化法等。目前，乙炔法及環(huán)氧乙烷法因各自缺點(diǎn)均已被淘汰，國內(nèi)外采用的主流工藝為丙烷氨氧化法和丙烯氨氧化法。本項(xiàng)目采用丙烯氨氧化法。丙烯氨氧化法是以丙烯（C3H6）、氨（NH3）和空氣為原料，在催化劑的作用下生成丙烯腈（C3H3N）[4]。主要副產(chǎn)物為氫氰酸、乙腈、丙烯醛和二氧化碳等。

丙烯腈生產(chǎn)廢水主要有急冷塔中的水洗液及四效蒸發(fā)裝置經(jīng)輕有機(jī)物汽提塔處理后的外排廢水。丙烯腈生產(chǎn)廢水含有丙烯腈、乙腈和氫氰酸等有毒污染物，水質(zhì)分析發(fā)現(xiàn)，污水含有吡啶、硫脲等含氮雜環(huán)化合物。廢水水質(zhì)復(fù)雜，污染物種類多，可生化性差，含有氰化物等毒性污染物；含有難降解的含氮雜環(huán)化合物，有機(jī)氮含量高，化學(xué)需氧量（Chemical Oxygen Demand，COD）及總氮含量高。

2 ABS及丙烯腈生產(chǎn)廢水處理技術(shù)

2.1 ABS生產(chǎn)廢水處理技術(shù)

ABS生產(chǎn)廢水主要采用物化+生化組合工藝進(jìn)行處理。根據(jù)水質(zhì)特點(diǎn)，預(yù)處理以混凝/氣浮工藝為主，去除膠乳類懸浮物。生化工藝采用水解、厭氧好氧（Anaerobic Oxic，AO）、強(qiáng)化生化等方法進(jìn)行生物脫氮除磷。但因ABS生產(chǎn)廢水的特殊性，當(dāng)前工藝對含氮化合物的處理效果差，仍需要展開進(jìn)一步研究。

2.2 丙烯腈生產(chǎn)廢水處理技術(shù)

國內(nèi)外丙烯腈生產(chǎn)廢水的主要處理技術(shù)可分為物理法、化學(xué)法以及生物法[2]。其中，物理法有焚燒法、膜分離法等，化學(xué)法有芬頓氧化法、臭氧氧化法等，生物法有活性污泥法、膜生物反應(yīng)器等。在實(shí)際應(yīng)用中，以焚燒法及生化法為主。

2.3 低氧生化工藝

基于生化智能控制系統(tǒng)（Efficient Biological Integration System，EBIS）的低氧生化池分別由厭氧區(qū)、低氧曝氣區(qū)、空氣推流區(qū)和沉淀區(qū)等部分組成。厭氧區(qū)具有生物選擇功能，污水在循環(huán)流系統(tǒng)的前端與大比倍回流的泥水混合液混合均勻后進(jìn)入低氧曝氣區(qū)，在低溶解氧及高回流比環(huán)境下利用微生物完成對COD、氨氮及總氮等污染物的有效去除。在循環(huán)流系統(tǒng)中，通過低溶解氧及高回流比實(shí)現(xiàn)污水處理的穩(wěn)定達(dá)標(biāo)。低氧曝氣區(qū)通過控制池內(nèi)溶解氧含量在0.5 mg/L左右，進(jìn)行同步硝化反硝化；通過空氣推流系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)大比例混合液內(nèi)循環(huán)，對進(jìn)水進(jìn)行稀釋，進(jìn)水端與出水端污染物濃度梯度小，污染物負(fù)荷在系統(tǒng)內(nèi)趨于平均化，使得溶解氧含量控制在較低水平，簡單可行；污染物負(fù)荷的均衡及溶解氧控制的穩(wěn)定可以提升系統(tǒng)抗沖擊能力，為系統(tǒng)內(nèi)微生物創(chuàng)造穩(wěn)定的生長環(huán)境，提高微生物降解效率。

3 ABS及丙烯腈生產(chǎn)廢水的低氧生化處理效果分析

作為石化企業(yè)建設(shè)的煉化工程，本項(xiàng)目由兩部分組成。一是建設(shè)設(shè)計(jì)規(guī)模60萬t/a的ABS生產(chǎn)裝置及其配套裝置，二是設(shè)計(jì)規(guī)模26萬t/a的丙烯腈生產(chǎn)裝置及其配套裝置。生產(chǎn)廢水經(jīng)過污水處理站處理后達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，排入園區(qū)污水處理廠繼續(xù)處理。污水處理站采用EBIS低氧生化系統(tǒng)作為主體工藝，運(yùn)行效果穩(wěn)定，出水水質(zhì)優(yōu)于設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。本項(xiàng)目設(shè)計(jì)進(jìn)出水水質(zhì)如表1所示。主要監(jiān)測指標(biāo)有水量、pH值、COD、生化需氧量（Biochemical Oxygen Demand，BOD）、懸浮物、氨氮、總氮、總氰化物、丙烯腈、氰根、水溫和石油類。

根據(jù)廢水處理工藝流程，ABS生產(chǎn)廢水首先在調(diào)節(jié)池調(diào)節(jié)水質(zhì)水量，然后進(jìn)入組合氣浮系統(tǒng)去除膠體及懸浮物，出水進(jìn)入混合池，而丙烯腈生產(chǎn)廢水在調(diào)節(jié)池中調(diào)節(jié)水質(zhì)水量后進(jìn)入混合池，兩股水混合均勻，再泵至EBIS低氧生化系統(tǒng)。低氧生化系統(tǒng)通過控制低濃度溶解氧及高濃度污泥，有效降解廢水中COD、氨氮及總氮等。沉淀區(qū)泥水分離后，污泥回流至系統(tǒng)前端，清水匯入水池，然后外送至園區(qū)污水處理廠進(jìn)一步處理。經(jīng)運(yùn)行數(shù)據(jù)分析，該污水處理站建成后，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，抗沖擊能力強(qiáng)，出水COD濃度小于100 mg/L，氨氮濃度小于5 mg/L，總氮濃度小于30 mg/L，均優(yōu)于設(shè)計(jì)值。

3.1 COD處理效果分析

如圖1所示，ABS生產(chǎn)廢水COD濃度在1 360～2 380 mg/L，丙烯腈生產(chǎn)廢水COD濃度在1 460～2 460 mg/L，兩種廢水均波動劇烈。經(jīng)調(diào)節(jié)池及混合池后，廢水波動緩解，為低氧生化系統(tǒng)創(chuàng)造穩(wěn)定的微生物生長環(huán)境，進(jìn)水COD濃度均值為1 800 mg/L，經(jīng)低氧生化降解后，出水COD濃度均值為87 mg/L，平均去除率達(dá)到95%，遠(yuǎn)低于出水設(shè)計(jì)值（300 mg/L）。低氧環(huán)境下存在的兼性菌提高難降解有機(jī)物的處理效果。

3.2 氨氮及總氮處理效果分析

如圖2、圖3所示，ABS生產(chǎn)廢水氨氮濃度為4～55 mg/L，總氮濃度為80～185 mg/L，氨氮占比為8.8%左右；丙烯腈生產(chǎn)廢水氨氮濃度為13～52 mg/L，總氮濃度為335～580 mg/L，氨氮占比為6.9%左右。兩種廢水中，有機(jī)氮均為總氮的主要組成部分?；旌虾?，廢水總氮濃度均值為140 mg/L，低氧生化系統(tǒng)出水總氮濃度均值為22 mg/L，氨氮濃度均值為2.2 mg/L，總氮平均去除率達(dá)到84%，出水總氮濃度遠(yuǎn)低于設(shè)計(jì)值（50 mg/L）。低氧生化系統(tǒng)對有機(jī)氮的氨化及同步硝化反硝化脫氮效果明顯。

4 結(jié)論

ABS及丙烯腈生產(chǎn)廢水含有難降解的雜環(huán)化合物，同時(shí)含有氰化物等毒性物質(zhì)，有機(jī)氮含量高。針對水質(zhì)特點(diǎn)，本項(xiàng)目采用低氧生化工藝，提高廢水處理能力。工程處理效果表明，主要出水指標(biāo)的實(shí)際值均優(yōu)于設(shè)計(jì)值，為低氧生化工藝在同類廢水處理項(xiàng)目中的工程化應(yīng)用提供可靠范例。

參考文獻(xiàn)

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4 王 科，沈 崢，張 敏，等.丙烯腈廢水處理技術(shù)的研究進(jìn)展[J].水處理技術(shù)，2014（2）：8-14.