某功能性特种树脂生产企业废水处理工程实例

2017-09-08夏晨娇刘西中张炜铭

环境科技 2017年3期

何锐，夏晨娇，刘西中，张炜铭

（1.江苏南大环保科技有限公司国家环境保护有机化工废水处理与资源化工程技术中心，江苏南京 210046；2.江苏省如东沿海经济开发区环保局，江苏如东 226400；3.南京大学环境学院污染控制与资源化研究国家重点实验室，江苏南京 210023）

0 引言

树脂属于一种功能化的高分子材料，其产品种类繁多，应用领域广泛，主要应用于水处理、医药、食品、冶金、化学合成等行业。某公司投资实施功能性特种树脂生产项目，产品分为阳离子交换树脂、阴离子交换树脂和吸附树脂3个系列，每个系列又包含凝胶型、大孔型等多个产品。该类树脂生产废水具有高分子有机物含量高、难降解的特点[1-2]。为此，公司针对生产废水，在试验研究的基础上，采用了采用“芬顿氧化 +混凝沉淀 +水解酸化 +好氧+缺氧 +接触氧化 +末端氧化”组合处理工艺，设计出该生产废水的处理工程。实际运行结果证明，该废水处理设施排放可满足所在工业园区废水接管标准要求，可为类似废水处理工程设计提供一定的参考依据。

1 工程概况

其排放的废水包括生产废水和生活污水2部分，其中生产废水主要包括产品冲洗工艺废水、水环真空泵排污水、废气净化系统排污水、地面及设备冲洗废水、锅炉排污水、纯水制备排污水等，废水污染物以COD，SS，BOD5，NH3-N为主。废水处理工程设计规模为500 m3/d，分为物化处理和生化处理。排水执行GB 8978—1996《污水综合排放标准》表4二级标准后接入园区污水厂处理，废水水质、水量及排放标准见表1。

表1 废水水质、水量及排放标准

2 处理工艺

2.1 废水水质分析

本项目废水中主要包含有机物、NH3-N以及SS等污染物，其中：工艺废水是主要废水来源，来自树脂生产过程中的白球和产品冲洗工序，属于高浓度有机废水，污染物以有机物、废酸、NH3-N为主；废气净化系统排污水、地面及设备冲洗废水中，污染物以有机物、SS为主；纯水制备排污水中，含盐量较高，其它污染物含量低；设备循环冷却排污水、水环真空泵排污水、锅炉排污水的废水水质成分较为简单，污染物含量低。

树脂生产原料包括氯甲醚、甲醇、乙醇、异丁醇、苯乙烯、二乙烯苯、二甲胺、三甲胺等，且主要以苯乙烯、二乙烯苯、氯甲醚原料为主，系芳香烃及卤代烃，属于难降解有机物，生物毒性较大、生物抑制浓度较低。而废水污染物主要以上述有机物及产品中间体所组成，可生化性差，有一定处理难度。

2.2 废水处理工艺流程

从类似废水处理的研究报导中发现，此类废水处理主要以“物化预处理 +组合生化处理”工艺为主[3-4]。根据废水的水质特点和处理目标，设计采用了成熟可靠的“芬顿氧化 +混凝沉淀”物化处理工艺、“水解酸化 +好氧 +缺氧+接触氧化”生化处理工艺，以及“末端氧化”深度处理工艺。废水处理工艺流程见图1。

图1 废水处理工艺流程

2.3 处理单元的功能分析

（1）物化预处理单元：主要目标是提高废水可生化性，同时降低废水中的COD和SS等污染物浓度，减轻后续生化处理压力。

催化氧化法是利用催化剂改变氧化剂对有机物的氧化速度，使氧化反应更温和、更快地完成。氧化剂在催化剂的作用下可产生氧化能力极强的基团或离子，如羟基自由基（·HO）等，去攻击废水中的有机物，是处理此类难降解树脂废水的一种很好的预处理方法。Fenton试剂法是一种比较成熟的技术[5]，能氧化多种有机分子，对苯环类有较好的氧化效果，可大幅提高废水的可生化性[6]。

不同种类、不同水质的废水首先进入调节池，调节水量、均化水质。之后提升至芬顿氧化池，废水经过芬顿氧化后，废水可生化性得以提高，进入后续混凝沉淀池，混凝反应后，悬浮物和部分有机污染物通过沉淀分离去除。

（2）生化处理单元：主要目标是通过水解酸化处理，进一步提高废水可生化性，再经过活性污泥法处理，以降解废水中的COD和NH3-N等污染物。

水解酸化是利用厌氧或兼氧微生物来降解废水中的有机物，同时将大分子、难降解有机物转化为小分子、可降解的有机物，提高废水的可生化性[7-8]。缺氧池的设计目的是为了脱氮，内设置潜水搅拌机，有研究表明，缺氧池放置水力循环搅拌器，溶解氧含量较低，系统的脱氮效果优于放置微孔曝气头时的效果[9]。接触氧化池中，悬挂组合生物填料以增大微生物量，本项目中采用特种组合填料，该填料具有比表面积大空隙率高、生物附着能力强生物量大、水力条件好的特性。

废水经水解酸化后，废水可生化性得以提高，再经好氧、缺氧及生物接触氧化处理，使剩余污染物得到有效降解。最后进入二沉池，使污泥与废水分离，部分污泥回流到生物处理单元，剩余污泥排至污泥处理系统。

（3）末端处理单元：主要目标是对生化处理出水进行把关，确保达标排放。

在末端氧化池中，根据前端废水处理情况，灵活调节氧化剂的投加量，氧化残留有机物，保障废水达标排放。

2.4 主要构筑物功能及参数

（1）调节池：底部采用穿孔曝气管曝气搅拌。

设计尺寸：L×B×H=7.6 m×21.0 m×5.5 m；数量：1 座；有效容积：798 m3；停留时间：38.3 h；结构：钢砼，玻璃钢加强防腐。

配套设备：穿孔曝气管若干，材质ABS；污水提升泵 2台，1用 1备，型号Q=22 m3/h，Hd=16 m，N=3.7 kW；鼓风机 2台，1用 1备，Q=9.15 m3/min，P=0.06 MPa，N=15 kW。

（2）芬顿氧化池：设计为 4格，1，2格进行芬顿氧化反应，3，4格进行絮凝反应，底部采用穿孔曝气管曝气搅拌。

设计尺寸：L×B×H=7.0 m×7.0 m×5.7 m；数量：1 座；有效容积：255 m3；停留时间：12.2 h；结构：钢砼，玻璃钢加强防腐。

配套设备：穿孔曝气管若干，材质ABS；鼓风机与调节池共用。

（3）一沉池：设计为竖流式沉淀池。

设计尺寸：L×B×H=7.0 m×7.0 m×7.4 m；数量：1 座；沉淀区表面负荷：0.43 m3/（m2·h）；停留时间：12.0 h；结构：钢砼，玻璃钢加强防腐。

配套设备：排泥泵2台，1用1备，型号Q=15 m3/h，Hd=16 m，N=1.5 kW。

（4）中间水池。

设计尺寸：L×B×H=7.0 m×7.0 m×5.7 m；数量：1 座；有效容积：255 m3；停留时间：12.2 h；结构：钢砼，环氧树脂普通防腐。

配套设备：污水提升泵2台，1用1备，型号Q=25 m3/h，Hd=24 m，N=4 kW。

（5）水解酸化池：设计为复合式水解酸化池形式，共2层填料，填料层总高度为5.4 m。

设计尺寸：L×B×H=12.0 m×12.0 m×9.1 m；数量：1 座；有效容积：1 224 m3；停留时间：58.8 h；结构：钢砼，玻璃钢加强防腐。

配套设备：内循环泵2台，1用1备，型号Q=80 m3/h，Hd=24 m，N=11 kW。

（6）好氧池：设计为6格，中间采用穿墙孔过水，增强混合效果。

设计尺寸：L×B×H=15.4 m×21.8 m×5.7 m；数量：1 座；有效容积：1 746 m3；停留时间：83.8 h；结构：钢砼，环氧树脂普通防腐。

配套设备：旋流混合扩散曝气器1 164套；在线溶氧仪1套；鼓风机2台，1用1备，Q=59.6 m3/min，P=0.06 MPa，N=90 kW。

（7）中沉池：设计为竖流式沉淀池。

设计尺寸：L×B×H=7.0 m×7.0 m×7.4 m；数量：1 座；沉淀区表面负荷：0.43 m3/（m2·h）；结构：钢砼，环氧树脂普通防腐。

配套设备：污泥回流泵2台，1用1备，型号Q=30 m3/h，Hd=15 m，N=3 kW。

（8）缺氧池。

设计尺寸：L×B×H=14.4 m×7.0 m×5.7 m；数量：1 座；有效容积：524 m3；停留时间：25.0 h；结构：钢砼，环氧树脂普通防腐。

配套设备：潜水搅拌机4台，N=1.5 kW。

（9）接触氧化池：设计为2格，中间采用穿墙孔过水，增强混合效果。

设计尺寸：L×B×H=15.4 m×6.0 m×5.7 m；数量：1 座；有效容积：480 m3；停留时间：23.0 h；结构：钢砼，环氧树脂普通防腐。

配套设备：旋流混合扩散曝气器304套；在线溶氧仪1套；鼓风机与好氧池共用。

（10）二沉池：设计为辐流式沉淀池形式，采用机械刮泥。

设计尺寸：Φ×H=10 m×5.5 m；数量：1座；沉淀区表面负荷：0.27 m3/（m2·h）；结构：钢砼，环氧树脂普通防腐。

配套设备：污泥回流泵2台，1用1备，Q=30 m3/h，Hd=15 m，N=3 kW；排泥泵2台，1用1备，Q=15 m3/h，Hd=16 m，N=1.5 kW；中心传动悬挂式刮泥机1台，直径为10 m，N=0.55 kW。

（11）末端氧化池：设计为2格，中间采用穿墙孔过水，增强混合效果。

设计尺寸：L×B×H=5.5 m×5.5 m×5.5 m；数量：1 座；有效容积：151 m3；停留时间：7.2 h；结构：钢砼，玻璃钢加强防腐。

配套设备：多曲面搅拌机2台，N=1.1 kW。

（12）排放水池。

设计尺寸：L×B×H=10.1 m×5.5 m×5.5 m；数量：1 座；有效容积：277 m3；停留时间：13.3 h；结构：钢砼，环氧树脂普通防腐。

配套设备：污水提升泵2台，1用1备，型号Q=40 m3/h，Hd=60 m，N=15 kW。

（13）污泥浓缩池。

设计尺寸：Φ×H=6 m×5.8 m；数量：1座；有效容积：140 m3；结构：钢砼，环氧树脂普通防腐。

配套设备：排泥泵2台（变频），1用1备，型号Q=40 m3/h，Hd=60 m，N=15 kW。

（14）其它配套构建筑物包括：综合用房（含配电室、控制室及污泥脱水间），风机房，污泥堆放间，加药间，各1座。污泥脱水间内设置板框压滤机2台，单台过滤面积 80 m2，滤室容量 1.56 m3，N=4 kW；加药间内设置 H2SO4，NaOH，H2O2，FeSO4，Ca(OH)2，PAM等药剂投加系统。

3 处理效果分析

3.1 运行效果分析

工程建成后，已实现连续稳定运行，各单元出水水质见表2。实际运行过程中，为保证进水水质均匀，调节池采用高液位运行，水温较低的情况下，在调节池通入蒸汽，保证水温在18℃以上。物化处理单元需根据进水情况，灵活调节FeSO4，H2O2等药剂投加量，控制好反应过程的pH值（调节池pH值控制在3～4，混凝沉淀池pH值控制在7.5～8.5），处理后废水水质变化明显，完全满足生化处理要求。调试期间，共向水解酸化池投加了30 t含水率为80%的新鲜污泥，由于废水中缺少磷元素，定期向生化各个构筑物中投加少量磷酸二氢钙。实际运行过程中，好氧池的SV30控制在30%～45%，DO质量浓度控制在2～4 mg/L，接触氧化池的SV30控制在15%～20%，其末端的DO质量浓度控制在1～2 mg/L。末端氧化池根据水质情况，灵活调节氧化药剂的投加量，保证出水水质达标。

表2 各处理单元出水水质

3.2 技术经济分析

废水处理装置投资约为688万元，包含了设计、设备和电气仪表采购、土建工程、安装工程等。药剂费和电费占据了废水处理站运行费用的绝大部分，根据运行数据计算：药剂费约为7.1元/m3；用电量约为 2 800 kW·h/d，以电价 0.7 元/（kW·h）计，电费约为3.92元/m3。合计运行费用约为11.02元/m3（不含污泥处置费用和人工费用）。