预处理/UASB/MSBR/Fenton/混凝组合工艺处理磺化油废水工程实例

罗 灿，颜智勇，蔡意祥，向 萍，颜鸣扬，谢 军

(1.湖南农业大学资源环境学院，湖南长沙 410128；2.冷水江市环境保护监测站，湖南冷水江 417500)

某工业园区磺化油生产厂家利用非食用植物油经催化发生酯化反应，再中和形成磺化油[1]。酯化废水是聚酯过程中产生的各类废水，成分复杂、pH低、COD高、油类高[2]。 废水中碳氮磷比值与生化处理理想比值相差较大，且难生物降解的有机物较多，单纯采用生物法处理该废水，无法达到排放要求，还需进一步处理[3]。高级氧化工艺深度处理废水反应速率快，不产生二次污染物。通常高级氧化法有湿式氧化法、臭氧氧化法、Fenton氧化法、光催化氧化等。湿式氧化法反应需在高温、高压条件以及催化剂的作用下才能高效进行[4]；臭氧氧化法处理废水的投资大，运行成本高[5]；光催化氧化法反应条件光能利用率较低，实际操作困难[6]。Fenton氧化法能高效处理难生物降解有机物而不产生二次污染物，反应条件相对温和，操作简单，且反应速度快，工艺占地面积小[7-9]。因此采用Fenton氧化法作为磺化油废水生化处理后的进一步处理。

1 废水水质、水量及排放标准

磺化油废水排放量为120 m3/d，出水水质要求达到《污水排入城镇下水道水质标准》(GB/T 31962—2015)C级标准，废水水质和排放标准如表1所示。

表1 废水水质和排放标准

2 废水处理工艺流程

磺化油生产废水有机污染物浓度高、有一定浮油及悬浮物，且污染物中含有一定浓度的难生物降解有机物。磺化油生产废水预处理先经隔油池去除大部分浮油，再自流进调节池对废水pH进行调节，后用泵提升入UASB反应池进行厌氧处理，废水中大部分COD在厌氧池中去除；厌氧池处理后的水自流至MSBR反应池，污水在MSBR反应池进行好氧处理，以降低废水中部分COD和氨氮；好氧处理完毕后将上清液泵入Fenton混凝池，主要去除MSBR池出水中难以被生化处理的COD。Fenton混凝池中先进行Fenton氧化反应，反应完全后进行混凝，沉淀出水无异味且达标排放。具体工艺流程如图1所示。

图1 废水处理工艺流程Fig.1 Wastewater Treatment Processes

3 主要构筑物及设备参数

3.1 隔油池

尺寸为4.0 m×1.5 m×4.0 m，钢筋混凝土结构。既能有效隔油，也能缓冲废水流量带来的冲击，对SS有一定的去除。收集的浮油可作为磺化油生产的原料被回收利用。

3.2 调节池

调节池尺寸为 8.5 m×4.0 m×4.0 m，由钢筋混凝土构造而成，采用玻璃钢防腐。提升泵两台(一备一用)，泵的型号为WQK15-15-1.5。调节池内布有曝气装置，通过加入氢氧化钠，用曝气搅拌调节pH，保证后续工艺高效稳定运行。

3.3 UASB反应池

UASB反应池尺寸为10.0 m×7.0 m×7.0 m，由钢筋混凝土构造而成的密闭池体，有效容积为480 m3，HRT为4 d，内设两台回流泵(一备一用)，回流泵型号为IRG80-100。UASB反应池主要去除废水中部分的有机物，反应池内采用分散的布水管道，管道在UASB池底铺设均匀，进水后开启回流泵使泥水充分混合，增大污泥与污水反应的接触面积，使处理效率大大提升[10]。

3.4 MSBR曝气池

MSBR曝气池尺寸为10.0 m×6.0 m×4.0 m，池体是钢混结构，有效容积为240 m3，两台罗茨鼓风机(一备一用)，鼓风机型号为LSR80WD(一备一用)，排水泵型号WQ80-10-5.5(一备一用)。MSBR反应池内部装有组合填料，提高氧在水中的转移速率，使水中的有机物能被微生物高效处理[11]。

3.5 Fenton反应池

Fenton反应池尺寸为6 m×6 m×4 m，池体是钢混结构，池壁利用防腐材料，安装一台搅拌机，用于Fenton反应搅拌。Fenton氧化反应3 h完全后，再加碱调节pH，并加入少量PAC混凝沉淀。

4 工程调试及运行结果分析

4.1 生化处理部分调试

污泥驯化是工程调试中重要的一部分。UASB反应池与MSBR反应池之间是自流，UASB反应器与MSBR反应器调的试可同时进行。

4.1.1 UASB反应池启动与调试

UASB反应池内接种污水厂30 t含水率大约80%的消化污泥，加水并开启内回流泵，混匀。考虑到原水的COD浓度高，稀释原水进水，保证回流泵至少12 h的运行时间，待反应器处理稳定后，逐步提高反应器内负荷。此阶段反应器通过提高进水COD从而提高负荷，负荷每次增加大约20%，每增加一次负荷，着重注意池内pH，使pH值控制在6.5～7.5，以防止反应器酸化给厌氧微生物活性带来不可恢复的影响。每日监测项目一次，根据检测结果及时调整。UASB反应器高效稳定的运行，可使调试周期变短，能更快地投入磺化油生产废水的处理。

4.1.2 MSBR反应池启动与调试

MSBR反应池内接种污水厂15 t含水率约85%的好氧活性污泥，加水开启鼓风机曝气，混匀。MSBR反应池内曝气量不宜过多或过少，DO控制在2～3 mg/L。因UASB反应池处理后的污水自流入MSBR反应池，两池调试可以同步进行，逐步增加负荷的同时每日监测，根据检测结果进行分析。

4.2 非生化处理部分调试

经预处理/UASB/MSBR生化处理后的废水，含有的难生物降解的有机物较多，故采用Fenton反应将其去除。在调试过程中，通过实际处理效果确定最适宜反应条件：pH值为4，反应时间为3 h，硫酸亚铁投加量为0.8 kg/m3，30%双氧水投加量为1 kg/m3，Fenton反应后，加碱将pH值调至7.5～9，加入少量PAC混凝沉淀后将上清液排出，沉淀污泥用泵抽入污泥浓缩池。

4.3 运行效果

该污水处理工程经过两个多月的调试，优化了各个工艺的条件。当进水pH值为7～8，UASB反应池进完水后，需保证回流泵至少运行12 h。在MSBR反应池中每次进水后需曝气15 h。在Fenton反应池中，需先将pH值调至4，硫酸亚铁投加量为0.8 kg/m3，30%双氧水投加量为1 kg/m3，反应3 h。各个工艺的运行趋于稳定，工程实践效果好，稳定运行后，经当地环保监测站监测，各项指标30 d监测数据平均值如表2所示。

表2 各处理单元处理效果

由稳定运行后数据可知：在适宜条件下，UASB/SBR工艺能去除大部分的有机物，难生物降解的有机物通过Fenton氧化反应去除，出水水质能达到《污水排入城镇下水道水质标准》(GB/T 31962—2015)C级标准要求。

5 经济效益分析

根据各处理设备的运行时长，耗电约为145 kW·h/d，按照当地工业用电0.6元/(kW·h)计算，每日电费为87元。药剂消耗主要来自pH调节用氢氧化钠2 kg/m3和98%工业硫酸1.4 kg/m3以及Fenton氧化反应需硫酸亚铁的量0.8 kg/m3和30%双氧水量1 kg/m3，PAC消耗30 g/m3，参考市场价(氢氧化钠2 800元/t，98%工业硫酸600元/t，硫酸亚铁500元/t，30%双氧水1 600元/t，PAC 2 000元/t)，处理120 m3废水药剂费用为1 020元，合计电费和药剂费为1 107元/d，折合为9.2元/m3。污泥托运费用以及无害处理折合水费大约为0.3元/m3。兼职定员2人，按照每人每月工资1 000元，则每日人工费为0.56元。在不计项目折旧费和设备维修费的情况下，处理120 m3废水运行费用为1 107.86元/d，折合水费为9.23元/m3。

6 结论

(1)实际稳定运行数据表明，预处理/UASB/MSBR/Fenton/混凝组合工艺处理磺化油生产废水效果良好，CODCr、NH3-N、TP、动植物油、色度去除率分别为98%、87%、75%、98%、71%。出水各项指标达到《污水排入城镇下水道水质标准》(GB/T 31962—2015)C级标准。

(2)为了生化处理系统能稳定运行，在废水进入生化反应器前需进行隔油预处理，防止油类物质与微生物结合上浮，影响污泥的沉淀。

(3)Fenton氧化法的控制条件：反应pH值为4，反应时间为3 h，硫酸亚铁投加量为0.8 kg/m3，30%双氧水投加量为1 kg/m3。