高浓度有机物废水治理实例分析

2010-04-25张永胜薛绍伦娄天军

河南科技学院学报(自然科学版) 2010年4期

张永胜,薛绍伦,娄天军

（1.新乡海滨药业有限公司,河南新乡 453000；2.原阳县第一中学,河南新乡 453500；3.河南科技学院,河南新乡 453003）

水是人类社会得以存在和发展的重要资源.随着人们对水的需求越来越多,污水处理后回用成为解决水资源短缺问题的有效途径.新乡海滨药业有限公司是生产碳青霉烯抗生素美罗培南系列原料药的生产企业,每天废水排放总量约100 t,其中工艺废水20 t,含盐废水（含盐量8%左右）30 t,生活废水50 t.废水中主要含有：乙酸乙酯、乙腈、二氯甲烷、甲醇、乙醇、甲苯、吡啶、二甲基甲酰胺、氯化钠、大分子杂环反应副产物等,COD（ChemicalOxygen Demand,化学耗氧量）高达70 000mg/L,若不妥善处理,将对环境造成严重污染.

1 污水处理实践

1.1 原污水处理工艺

新乡海滨药业有限公司非常重视污水处理问题,在建厂的同时就建设了污水处理车间.其原污水处理工艺如图1所示：

图1 原污水处理工艺

然而,该方案在运行过程中即使按老标准也不能达标排放,经分析认为原因主要是废水中含盐量高,达到20 000mg/L以上,在这样的环境下细菌难以生存,再加上我们生产的是抗生素原料药,其废水中含有的大分子杂环副产物本身具有杀菌作用,这样就使该系统不能正常运行.

1.2 高浓度有机废水处理优化措施

1.2.1 增加脱盐系统目前常用的脱盐方法主要有反渗透膜浓缩技术[1]、电解法[2]以及多效蒸发系统[3].鉴于反渗透技术和电解法对盐份含量有较高的要求,且成本高昂,而多效蒸发装置虽然耗费相当的蒸汽,但可以通过各种方法（如增加效级等）提高蒸汽利用率,采用两次蒸发分步结晶工艺可将废水中的不同盐类全部回收利用,加上我们公司本身可以提供蒸汽,多效蒸发系统技术也相对成熟,因此最终选择三效蒸发系统来进行脱盐.

1.2.2 增加兼氧和CASS装置,采用兼氧－好氧组合处理方式采用兼氧－好氧组合处理工艺,就是利用兼氧菌将废水中的大分子、杂环类有机物分解为低分子有机物,同时利用兼氧菌的水解作用破坏有色基团,提高废水的可生化性,然后在好氧池中利用好氧菌的同化和异化作用将兼氧菌所分解的产物进行降解,从而达到脱色、去除有机物的目的[4-5].因为在缺氧条件下,由于兼性脱氮菌将NO2-N和NO3-N还原成N2,在生物反硝化过程中,通过控制温度、pH值、溶解氧、有机碳源以及增加污泥停留时间、降低负荷等措施,不仅可以降低系统中的氨氮含量,还可使有机物氧化分解.

一般来讲,各化工厂的污水处理站都设有调节池,工程实施中可利用调节池,内加分格和软性填料作兼氧调节池用,可实现一池多用,大大节省基建投资,并且CODCr总去除率提高30%左右,能耗可节省40%左右,占地面积比普通的活性污泥法节省20%～30%,故初期投资少,与物理化学法相比,该工艺耗电少、运行成本低,适合于长期使用.

1.2.3 增加臭氧氧化装置臭氧是一种强氧化剂,与有机物反应时速度快并且可就地生产,原料易得,使用方便,不产生二次污染[6].

1.3 经改进的污水处理工艺

改进的污水处理工艺如图2所示：

图2 改进的污水处理工艺

2 运行效果

2.1 增加脱盐系统的优点

废水分类进系统,含盐废水经过脱盐系统的一效蒸发后,首先废水中含的有机溶剂被分离出,经精溜后将各种溶剂分离,然后进入生产循环使用.其余部分经过三效蒸发后,不仅将盐蒸出,大分子杂环副产物也随之蒸出,这样就为后面的处理减轻了负担,从脱盐系统出来的有机冷凝水、不含盐的工艺废水（洗釜、冲洗地面废水）以及生活废水进入生化系统,使后面的生化系统简单化运行.

实际运行效果是：一效溶剂水经精馏脱溶后出水COD小于10 000mg/L,三效出水含盐量降至500mg/L以下,COD降至6 000mg/L以下.在调节池中和生活废水混合后,COD小于2 000mg/L.

2.2 采用兼氧装置的优点

2.2.1 CODCr去除率高缺氧条件下,由于兼氧微生物的作用,化工废水中的芳香族化合物和苯系化合物以及长链分子都在不同程度上得到了降解.例如,硝基苯在兼氧微生物的作用下转变了形态,成为了易于好氧微生物降解的苯胺；在染料化工工业中,偶氮染料中的发色基团经过水解过程后,偶氮键断裂,形成苯胺结构的碎片分子,BOD5/CODCr的比值明显提高；在焦化工业中,焦化废水中多环芳烃以及杂环类有机物经过厌氧酸化处理后均发生了不同程度的转化,对于好氧微生物的初期抑制作用消失,好氧降解性能明显提高.一般情况下,高浓度难降解化工废水通过兼氧调节池后,CODCr的去除率达40%～60%,甚至70%左右,在通过好氧二级处理后,CODCr的去除率达95%以上,BOD5的去除率达97%以上.

2.2.2 脱氮作用高浓度的化工废水经兼氧-好氧两级生化处理后氨氮的去除率提高.由于含氮高分子有机物被兼氧微生物水解酸化后会生成氨氮,所以废水通过兼氧调节池后氨氮的浓度升高,而在好氧条件下用一般的活性污泥法处理后氨氮的去除率很低,应使用具有强烈硝化反硝化作用的生物处理方法,硝化是污水中的有机氮在生物处理过程中被异氧型微生物氧化解,转化为氨氮,然后由自氧型硝化细菌将其转化为N和N的过程；反硝化是反硝化细菌经厌氧呼吸将N和N还原转化为N2的过程,从而达到脱氮的目的[4],经过这些方法处理后氨氮的去除率可达70%.

2.2.3 剩余污泥量少由于兼氧池中装有纤维填料,填料上附着由兼氧菌组成的兼氧活性污泥,下层是兼氧污泥层,因此污泥的停留时间远大于污泥的水力停留时间,污泥有足够长的时间重新分解,大部分变成溶解性COD随出水进入后续处理系统,剩余部分变成气体逸出,所以兼氧菌除对废水产生水解酸化作用外,同时还对污泥产生消化作用,可以说该系统基本上对污泥的产生及消化达到了平衡.在理论上该工艺可实现剩余污泥的零排放,而在实际工程中出现的污泥增殖问题可解释为污水中除了有机成分外,还有一定量的无机成分.

2.2.4 运行稳定、管理简单、费用低兼氧调节池中的兼性菌种存在量大并且容易培养,适应能力强.相比于厌氧反应器来讲无沼气产生,对反应器的设计要求不高.兼氧调节池可设计为敞开式,好氧工艺如采用氧化沟或生物接触氧化法,运行管理操作简单,初次启动过程快.

通过兼氧－CASS工艺,在进水浓度为：COD 2 000～2 500mg/L,NaCl为1 000～1 500mg/L的情况下,出水水质：COD＜150mg/L,去除率达90%以上.

2.3 臭氧氧化的作用

以往应用臭氧处理工业废水多用于预处理阶段,利用臭氧的氧化能力来减少COD的负荷,提高可生化性,以期达到生化系统的进水要求.在本例中,在通过预处理和生化系统后,水质已达到较高标准,为了进一步降低COD和提高水质,采用臭氧处理方法进行深度处理,取得了不错的效果.实际运行情况是：臭氧处理可使COD进一步降低10%左右,色级大大提高,可以达到接近自来水色级的标准.