合成香料废水处理工程技术优化研究

马诗院，张军红

(1.济源市环境科学研究所，河南 济源 459000；2.济源市环境监察支队，河南 济源 459000)

合成香料废水处理工程技术优化研究

马诗院1，张军红2

(1.济源市环境科学研究所，河南 济源 459000；2.济源市环境监察支队，河南 济源 459000)

合成香料生产废水含有大量有毒有害物质，属于难生物降解废水.河南省某香料生产公司原采用“催化氧化预处理+厌氧+好氧”工艺处理其香料废水；但由于设备老化和技术缺陷致使生产废水出水水质不达标；故针对废水特性，对原有工程进行改造，采用“气浮+催化氧化预处理+厌氧+好氧+吸附”工艺.改造后COD由原出水1200 mg/L降到43.2 mg/L，达到了国家GB 8978-1996《废水综合排放标准》一级标准要求.

合成香料废水；气浮；催化氧化；强化处理

0 引 言

合成香料是精细化工领域的重要原料之一.目前，世界上合成香料已有5000多种，常用400多种.合成香料属于污染型产品，由于在其生产中需经常更换产物，反应釜要经常清洗，将会产生大量的香料废水.香料废水的成分非常复杂，其中含有大量的有机物，有机成分中有大量的芳香烃、芳香化合物，种类达20多种.其废水是COD高、色度大、毒性大，难生化处理的高浓度难降解有机废水[1-4].目前，合成香料废水多采用化学法和物化—生物法[5].比较新兴的香料废水处理技术有催化超临界水氧化法[6]、大孔树脂吸附法[7]和三效蒸发除盐法[8]等.

河南省某香料生产公司原采用“催化氧化预处理+厌氧+好氧”工艺处理其香料废水.但其废水处理站建成于2009年，随着运营时间的推移，系统工艺设备老化，外加现有国家排放标准提高，同时原有系统设计本身存在一定的技术缺陷，导致原有系统出水水质已经不能满足国家GB 8978-1996《废水综合排放标准》一级标准要求，需要进行系统的维护与更新改造.其废水排放及标准见表1.

表1 河南省某香料有限公司废水排放及标准表

1 废水处理系统改造原则

对于该公司的废水处理系统进行改造的时候，主要遵守以下几个原则：

1)执行国家相关政策，符合国家的有关法规、规范及标准.

2)根据设计进水水质和出水水质要求，污水处理工艺选择力求技术先进、成熟、经济合理、运行管理方便简单、处理效率高、运行稳定可靠、工程投资和运行费用低的目标.

3)根据该公司生产和废水处理现状，提出针对性较强的废水深度处理方案，充分利用再生资源，变废为宝，减少污染物的排放.

4)采用节能技术和设备，加强清洁生产措施，进一步降低能源消耗.

5)采用适宜的自动化技术及监测仪表，提高运行管理及操作水平.

6)尽可能利用现有污水处理设施，进一步降低工程投资.

2 工艺改造方案

2.1 原工艺存在问题

河南省某香料生产公司原采用“催化氧化预处理+厌氧+好氧”工艺处理其香料废水，工艺见图1.废水先经人工格栅去除较大的悬浮物；再经调节池调节水量水质后，过催化氧化塔去除较难生物降解的有机物，提高废水的生化性；在过滤吸附后，经厌氧和好氧处理进一步降解有机物，最后经二沉池沉淀后出水.

图1 河南省某香料有限公司原有废水处理工艺流程图

根据现场实地调研分析，现有废水处理工艺存在以下问题：

1)废水处理站于2009年设计建成，随着运营时间的推移，系统工艺设备老化，需要进行系统的维护与更新改造.

2)废水中的胶体粒子和悬浮物含量高，它们经过催化氧化、加药混凝后，产生大量的SS；虽经过竖流沉淀和吸附过滤，但仍有大量的悬浮物质进入后续生化系统，导致整个生化系统恶化，出水水质严重不达标.

3)催化氧化塔填充活性炭作为填料，以H2O2作为氧化剂；由于活性炭对H2O2的催化效果小且水力停留时间短，致使催化氧化塔的处理效率降低，H2O2的损耗加大，增加处理成本.

4)现处理工艺为生化前加吸附处理单元，进入吸附单元的有机物浓度高；同时原有处理单元中的吸附剂为炉渣，吸附容量小，导致很容易就吸附饱和，失去应用的处理能力.

5)现处理工艺中的生物处理单元停留时间短，不能满足该水质需要.其中厌氧生物系统有效水深过小，同时原有填料为球形悬浮填料，布水不均匀，不能充分利用.好氧系统的填料已老化，需进行维修更换.

2.2 工艺改造

为使出水水质达到国家GB 8978-1996《废水综合排放标准》一级标准要求，在现场实际调研分析的基础上，对该公司原有香料废水处理系统进行改造；改造遵循废水处理系统改造原则，改造后工艺见图2.

图2 河南省某香料有限公司改造后废水处理工艺流程图

1)原有格栅为人工格栅，运行很不方便，效果不佳，且清渣困难，现改为机械格栅.

2)因废水中的胶体粒子和悬浮物含量高，对后续生化处理有影响.故在调节池之后新添加一套气浮设备，去除进水中的胶体和悬浮类物质.同时改变混凝剂和助凝剂加药系统的管道，在气浮前添加药剂，使气浮池的处理效率加大，让后续催化氧化的效果提高.又因PAM加药系统只有一个加药溶液罐，没有溶解罐，不能完全溶解，需要新添加一个PAM溶解罐.

3)原催化氧化塔中填充活性炭作为填料，需要把活性炭清除掉，增加水力停留时间，同时改H2O2药剂为Fenton试剂，提高催化氧化效率，降低H2O2消耗；再新加一个FeSO4加药罐，同时把原有提升泵改为耐酸耐碱氟塑料离心泵.

4)为加大吸附量，减少吸附剂耗资，故改过滤吸附为好氧生物处理系统.需要把现有的吸附剂(炉渣)挖出来，对该池底部曝气系统进行适当改造，然后在池中添加生物弹性填料，并将池壁加高500 mm，以阻止泡沫外溢.

5)原生物处理系统的有效水深较小，布水不匀；故对原厌氧、好氧处理系统的布水、收水系统进行适当改造，更换厌氧处理系统的球状填料并对好氧系统的填料进行维修更换.同时，在厌氧池内增设两台潜污泵进行二次布水和强制搅拌，在池顶上面加设阳光板盖等保温措施，以保证系统的运行稳定性，提高厌氧单元的去除率.

6)原有二沉池布水系统和收水系统不合理，对其进行相应改造；同时斜管已经老化，需要更新.且为保证出水水质达标，在二沉池后新加活性炭吸附池.在二沉池的出水管道上加一个三通，然后加一个管道泵，在运行的时候，二沉池出水不达标时候，开动管道泵，经活性炭吸附后排水，否则直接进入清水池排放.

7)经现场实地调研分析，整个系统的排泥管道已经堵塞，需要进行更换维修；同时原有污泥系统的螺杆污泥泵已经报废需要进行更换.

2.3 改造后各个处理单元的主要功能及处理效果

1)预处理系统

香料生产废水的COD高，生化性差，毒性大；悬浮物质和胶体粒子含量大.预处理可以最大限度的转化或去除有毒、难降解的物质；从而降低废水的毒性，提高废水的可生化性，并为后续生化处理提供良好的反应条件，降低反应器的有机负荷[9].

本改造工程中各个预处理单元的功能：①机械格栅去除较大悬浮物，防止构筑物堵塞.②调节池均匀水质水量，保证处理系统稳定运行.③气浮池[10]去除大量的胶体粒子和悬浮颗粒.在气浮池中添加PAC混凝剂，再加入PAM助凝，其有较好的吸附架桥和网捕作用[11]，使悬浮颗粒和胶体粒子的絮凝速度与效果提高.④催化氧化塔通过Fenton试剂的强氧化作用，将难生物降解、高毒性或对生物有抑制作用的有机物，氧化成无毒性，可生物降解的小分子物质，提高废水的生化性.且Fenton试剂法作为一种AOPs[1]，有氧化能力强、选择范围小、反应速度快和无二次污染等特点，在高浓度难降解废水中有广泛应用.⑤通过沉淀池进一步去除水中悬浮物，并在其中加入NaOH，为后续生物处理提供良好环境.

2)生化处理系统

生物处理系统是合成香料废水的主要处理单元，它有处理量大、处理效率高和运行成本低等特点，主要是去除水中的有机物.该公司采用厌氧与好氧相结合处理香料废水.

高浓度的香料废水进入厌氧反应器后，在产酸菌和产甲烷菌的共同作用下，大量的有机物被降解；其中产酸菌分解有机物成为小分子的有机酸，而甲烷菌则将有机酸转化为甲烷、CO2等物质.废水的大部分COD在这里被去除.其后的好氧反应器进一步降解厌氧反应器出水中残余的有机物.主要是通过生物氧化降解作用去除废水中残余的胶体物质和溶解性有机物.

3)强化处理系统

香料废水含有十分难降解的物质，可能即使经过上述多重处理，仍有残留；又因进水水质和水量是波动的，所以在生物处理系统后加上强化处理系统，保证出水水质达标.

该公司采用二沉池后新加活性炭吸附池.在二沉池的出水管道上加一个三通，然后加一个管道泵，在运行的时候，二沉池出水不达标时候，开动管道泵，经活性炭吸附后排水，否则直接进入清水池排放.

4)污泥处理系统

污泥螺杆泵将来自气浮池、初沉池、二沉池以及厌氧和好氧生物池的污泥送至板式污泥压滤机进行浓缩脱水后，运送到垃圾场做安全处理.

经上述处理后，经过半年的运行表明，该公司的香料废水达到国家GB 8978-1996《废水综合排放标准》一级标准要求；表2为该公司香料废水主要处理单元处理效果表.

表2 各处理单元的处理效果表

本项目完成后COD的排放量将由原来30.6 t/a消减为1.1 t/a，消减量达29.5 t/a，环境效益十分明显.

2.4 主要构筑物及新增设备参数

该公司在原香料废水处理工艺中，新添加一套气浮装置(内含气浮池，加压溶气罐，加压溶气泵，提升泵等)、中间水箱和一座活性炭吸附池.其中气浮的规格为5.0 m3/h，气浮池的尺寸为2.5 m×1.8 m×2.5 m，溶气罐的尺寸为φ0.5 m×3.0 m，中间水箱的尺寸1.5 m×1.5 m×2.0 m.活性炭吸附池的尺寸为4.5 m×1.5 m×1.8 m.其他主要处理单元见表3.

表3 污水处理改造工程主要处理单元构筑物

3 技术经济分析

本改造项目总工程投资69.66万元，其中新增设备投资40.3万元，改造建设投资20万元，其他费用9.36万元.因系统的规模较小，不具有规模效应，故在运行费用估算时，只核算该系统的药剂投加费用，其他费用暂不计算.则改造后运行成本为17.97元/m3，其中混凝气浮阶段的PAC药剂费0.3元/m3、PAM药剂费0.04元/m3；催化氧化阶段的H2SO4药剂费0.04元/m3、H2O2药剂费13.95元/m3、FeSO4药剂费3.55元/m3、中和沉淀阶段的NaOH药剂费0.09元/m3.

4 结 论

1)本工程是在该公司的原有污水处理系统的基础上进行改造的，充分利用了原有的污水处理系统，减少了工程投资.改造后采用“气浮+催化氧化预处理+厌氧+好氧+吸附”工艺处理污水，操作简单，出水水质稳定，能达到国家GB 8978-1996《废水综合排放标准》一级标准要求.

2)合成香料废水水质复杂，有毒有害、难生物降解物质较多，采用有效的预处理十分重要.本工程通过在催化氧化前添加混凝气浮装置，大大减少了悬浮颗粒和胶体粒子的含量，保证后续构筑物的稳定运行.

3)Fenton试剂处理香料废水具有反应快、投资小、无二次污染等优点.故将催化氧化塔中的氧化剂H2O2改为Fenton试剂，大大增加了H2O2的使用效率和氧化速度，减少了运行费用.

4)在二沉池后加活性炭吸附池，对出水进行强化处理，能够有效的保证出水水质达标.

[1] 柯杰.混凝-ASBR-SBR-Fenton联用处理香精香料废水的研究[D].湖南大学, 2011.

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[责任编辑：徐明忠]

Study on treatment technology optimization of synthetic perfume wastewater

MA Shiyuan,ZHANG Junhong

(1.Jiyuan Environmental Science Institute,Jiyuan 459000,China;2.Jiyuan Environmental Supervision Detachment,Jiyuan 459000,China)Abstract: Synthetic perfume wastewater contains large amounts of toxic and hazardous substances,are biodegradable waste.Some spice production company in Henan Province had a “catalytic oxidation pretreatment + anaerobic + aerobic” perfume wastewater treatment process.However, due to aging equipment and technical defects resulting wastewater effluent quality is not up to.So for the wastewater characteristics,transformation of the original project by use of “catalytic oxidation pretreatment + flotation + anaerobic + aerobic + Adsorption” technology.After transformation, the original effluent concentration of COD from 1200 mg / L down to 43.2 mg / L.The original effluent concentration of COD Up to the national GB 8978-1996 “Integrated Wastewater Discharge Standard” a standard requirement.

synthetic perfume wastewater; flotation; oxidation；strengthening treatment

2015-03-23

马诗院(1978-)，男，河南商丘人，工程师，硕士，主要从事环境质量评价，环境污染防治等方面的研究.

X832

A

1672-3600(2015)09-0055-05