磷系阻燃剂生产废水物化-生化耦合工艺工程实例

文_孙广金 杨建伟 王志孝 路强 王晓奎 刘玉辉 山东默锐环境产业股份有限公司

在有机阻燃剂中，磷酸酯类阻燃剂是一种无卤、低烟、低毒的环保型阻燃剂。它与高聚物相容性好，但是大多数磷酸酯为液态，分子量小，挥发性强，耐热性差，影响其阻燃效果。而分子量大，磷含量高，结构对称的缩合双磷酸酯可以解决以上问题。双酚A双（二苯基磷酸酯）（简称BDP）就是其中一种。BDP符合我国产业政策要求，属于“十一五”发展规划中鼓励发展的绿色高效阻燃剂范畴。但是其生产废水含有大量的生物抑制性成分，且水量大、磷含量大、盐分高。在环保形势日益严重的今天，生产废水的难题在一定程度上制约了BDP的发展。目前单一的工艺处理这种废水效果很差，远远达不到排放标准。因此对高效的污水处理技术的需求越来越迫切。

现如今，大部分的化工废水处理厂大多采用A2/O脱氮除磷工艺对这种总氮总磷较高的废水进行处理。但由于硝化菌和除磷菌之间的污泥龄矛盾，厌氧释磷和缺氧反硝化过程的碳源竞争等问题，对于BDP这种总磷含量较高、COD较高的废水传统的A2/O工艺难以确保高的除磷效率。针对现有处理工艺的不足，越来越多的研究人员针对性的对A2/O工艺进行改造优化以确保较高的脱氮除磷效率。目前，常见的改造工艺主要有A+A2O、A2/O-MBR以及倒置A2O等。

某园区内磷系阻燃剂生产企业针对磷系阻燃剂的水质情况，采用物化-生物耦合工艺，分别使用臭氧工艺作为预处理与深度处理，生化处理工艺采用倒置A2O深化除磷工艺对BDP废水进行处理，出水达到排放标准直接排入下级污水厂。

图1 物化-生物耦合工艺流程图

1 BDP废水水质以及排放标准

BDP废水主要为生产过程中各个工艺中产生的工艺水、冲洗水等，包含酚类、双酚A、溶剂甲苯、三氯氧磷、极少量的产品及中间产物等多种有机物，盐分主要为酸洗碱洗产生的NaCl，此种废水总磷高、有机物浓度大盐分高、可生化性差，属于高盐高COD难处理废水， 废水水量为100m3/d，水质情况及排放标准如表1。

表1 原水水质及排放标准 / (mg/L)

2 工艺流程（见图1）

针对BDP废水苯酚含量大，生物抑制性强，设计工艺方案特点如下。

①采用臭氧作为前处理，提高废水的可生化性差。

②由于废水盐度高、COD高，在生化配水部分采用加入部分园区电厂锅炉废水与末端尾水复配，降低盐分、控制生化进水COD。

③BDP物料三氯氧磷及中间磷系物残留废水导致废水总磷很高，因此采用缺氧-厌氧-好氧工艺强化除磷。

3 工程概况及设计参数

3.1 气浮

气浮机主要通过向水体中导入微小的气泡，使一些轻质的悬浮颗粒物以及密度小于水的有机物质粘附于表面，从而使整体密度降低，并借助气泡上升的速度，使其上浮与表面，快速实现两相的分离。BDP工艺中作为主要溶剂的甲苯会进入废水中，由于甲苯在水中溶解性差，因此首先使用气浮装置对水中的甲苯以及其他的颗粒悬浮物杂质分离。

处理能力5～10m3/h，主电机功率4kW，刮沫机功率0.5kW，空压机功率2kW，溶剂罐尺寸φ500mm×1500mm，外尺寸（长×宽×高）4m×2m×2m。

3.2 调节池

调节池主要收集来自BDP的废水，稳定水质，平衡水量，同时用于调节pH使其适合后端的处理系统。

设计参数：HRT=12h，V=50m3。

结构形式：地下砼式，池体防腐，池体密封。

池体尺寸：3.5m×3m×6m，有效水深5.5m。

池体数量：1座。

3.3 臭氧

调节池出水进入臭氧氧化系统，BDP废水中含有大量的苯酚钠，经调节池pH调节后转化为苯酚，具有较强的生物抑制性，可生化性较差，需要经过前处理提升其B/C方可进入后端的生化处理系统。臭氧氧化可以通过其较强的氧化性能使苯酚开环断链，使生化性差的挥发酚类有机物氧化分解为可生化性高的链状脂肪族化合物。

设计参数：HRT=30min，臭氧量为10kg/h，V=5m3。

结构形式：氧化反应塔，池体防腐。

池体尺寸：φ1.5m×3m。

池体数量：1座。

主要设备：臭氧发生器，1套。臭氧曝气装置：1套。

3.4 絮凝沉淀

PAC通过它的压缩双电层、电性中和、卷带网捕以及吸附桥连等4个方面的作用完成将被氧化剂氧化造成COD的颗粒物质沉淀下来过滤掉，PAM是高分絮凝剂，有机高分子絮凝剂具有在颗粒间形成更大的絮体，由此产生的巨大表面吸附作用。絮凝沉淀能够将水中的SS、胶体类COD以及部分有机物分离，对臭氧的出水进行进一步深化处理。

设计参数：絮凝区HRT=30min，沉淀区HRT=1h

结构形式：地上砼式，池体防腐。

池体尺寸：絮凝区：2m×1m×2.5m；沉淀区：φ1.5m×2.5m（带污泥斗）。

池体数量：2座。

3.5 配水调节池

絮凝沉淀工艺的出水直接进入生化系统COD与盐分都是偏高的，需要进行配水，本文工艺主要使用本园区电厂锅炉的低盐废水与工艺的末端废水进行复配，使进水COD≤4500mg/L，盐分≤15000mg/L。

设计参数：V=250m3。

结构形式：地下砼式，池体防腐，池体密封。

池体尺寸：7m×6.5m×6m，有效水深5.5m。

池体数量：2座。

3.6 A2O池

由于BDP废水磷含量比较高，因此文中设计工艺采用缺氧-厌氧-好氧组合的倒置A2O工艺强化除磷效率，采用缺氧池和厌氧池分段式进水，分别的进水量由总氮与总磷的去除效果调控。根据本废水特点，一般控制总水量50%～70%厌氧段进水； BDP废水、好氧池回流的硝化液与沉淀池回流的污泥，一起进入缺氧池，缺氧池中主要是在反硝化菌的作用下进行反硝化脱氮反应；出水进入厌氧区，避免了释磷菌与反硝化菌对碳源的争夺以及化合态氧对厌氧池厌氧环境的破坏。出水进入好氧池，首先发生硝化反应，氨氮等被转化为硝态氮与亚硝态氮，同时聚磷菌利用在厌氧条件下产生的能量ATP进行充分吸磷，在此一部分富磷污泥排出系统，另一部分回流到缺氧池；在好氧池中，有机物也得到充分的降解。

设计参数：混合硝化液回流比100%，沉淀池污泥回流比100%，BOD5污泥负荷0.1kgBOD5/（kg MLSS·d），缺氧池污泥浓度5500mg/L，厌氧池污泥浓度5500mg/L，好氧池污泥浓度4000mg/L；厌氧池DO控制不高于0.2mg/L，缺氧池控制DO在0.2～0.4mg/L，好氧池DO控制在3～5g/L。

结构形式：地上砼式，池体防腐。

池体尺寸：缺氧池300m3（5.5m×10m×6m）。

厌氧池：700m3（13m×10m×6m）。

好氧池：500m3（8.5m×10m×6m）。

池体数量：3座。

3.7 沉淀池

好氧池出水流入沉淀池，在沉淀池内静置沉淀已完成泥水分离，一部分活性污泥回流进入缺氧池，一部分活性污泥进入污泥储池，然后板框压滤待处理。

沉淀池 HRT=40min，V=20m3。

结构形式：地上砼式，池体防腐。

池体尺寸：沉淀区 3.5m×6m。

池体数量：1座。

3.8 臭氧深度氧化

防止生化系统出现问题导致水质超标或者污水排放提标，设计深度臭氧氧化装置，对废水深度氧化处理。

设计参数：HRT=30min，臭氧量=10kg/h，V=5m3。

结构形式：氧化反应塔，池体防腐。

池体尺寸：φ1.5m×3m。

池体数量：1座。

主要设备：臭氧发生器，1套。

臭氧曝气装置：1套。

3.9 清水池

末端臭氧深度氧化出水达标后在清水池暂存。

设计参数：HRT=8h，V=500m3。

结构形式：地上砼式，池体防腐。

池体尺寸：10m×10m×6m，有效水深5.5m。

池体数量：1座。

3.10 污泥储池

污泥储池用于储存来自气浮、絮凝沉淀与沉淀池的污泥。

设计参数：总HRT=5d，V=90m3。

结构形式：地下砼式。

结构尺寸：5m×5m×4.5m，有效水深4m。

池体数量：1座。

4 工艺运行情况

4.1 各工艺水质处理情况（见表2）

表2 各工艺水质处理情况 /（mg/L）

4.2 工艺运行费用

本项目自运行以来运行稳定，出水指标达到下级污水厂接受标准，运行费用主要包括直接费用与间接费用两部分，其中直接费用包括：每吨水电力消耗2.4元，人工费0.5元，药剂费用（酸、片碱、PAC、PAM、自来水等）2.1元，污泥处理费用1.2元，设备折旧、土建折旧、维修保养费用2.9元，共计9.1元。

5 结语

BDP废水总磷含量高，且废水中含有大量的生物抑制性有机物，盐分高，属于高盐高COD难降解废水，采用单一的工艺很难处理。针对BDP废水的特点，使用气浮工艺对废水预处理，分离废水中的部分溶剂甲苯以及悬浮颗粒物，物化预处理采用臭氧氧化，降低废水的生物毒性，提升可生化性能，生化部分采用倒置A2O强化除磷，深度处理采用臭氧深度氧化工艺，对废水深度氧化处理，最终出水达到下级污水厂接受标准。