厌氧+两级A/O生物膜工艺在合成革废水处理工程中的设计应用

2020-08-12佘浩湖南省环科院环境工程有限责任公司

节能与环保 2020年6期

文_佘浩湖南省环科院环境工程有限责任公司

某合成革企业有湿法和干法生产线各2条，具备喷涂、压花、磨砂、水揉、复合等加工能力，在生产过程中产生一定量的废水，主要污染物为二甲基甲酰胺(DMF)、丁酮、二甲胺等难降解有毒物质，成分较为复杂。为实现废水达标排放，对企业排放的废水进行处理。

1 废水来源及水质特点

1.1 废水来源

企业废水主要来源干法生产线、湿法生产线、辅助生产工段。其中干法线和湿法线产生的废水一般送 DMF 精制回收系统进行回收不外排，辅助生产工段排放的废水主要有水鞣废水、DMF精馏回收系统的洗塔废水、真空泵尾水、洗桶废水及车间地面冲洗水、生活污水，此外还有少量的脱硫除尘循环水以及冷却塔溢流水等。

1.2 废水水质特点

根据废水水质分析，喷涂废水、水鞣废水、洗桶废水、DMF回收塔顶水、生活污水等低浓度废水CODcr一般300～2500mg/L范围，NH3-N浓度≤50mg/L。高浓度废水主要来源于洗塔废水，其废水CODcr浓度达10000～20000mg/L，NH3-N150mg/L，该废水是造成水质、水量波动范围大的主要原因，属高浓度、高氨氮，难降解废水。

DMF被广泛用于合成革生产，分子式 HCON(CH3)2，两个甲基均位于N原子上，在一定条件下水解为甲酸与二甲基胺，二甲基胺在厌氧条件下胺化分解成NH3-N，易使原水中的NH3-N浓度升高至200～300mg/L。有资料表明，每克DMF产生的CODcr为1.54g，BOD5为0.01g，B/C仅为0.065，可生化性极差。

2 工艺方案设计

2.1 设计进、出水水质

通过对企业排放的废水进行水质分析，结合废水水量及水质特点，设计进水水质为：CODcr≤2500mg/L，BOD5≤ 700mg/L，NH3-N ≤ 60mg/L，SS≤ 200mg/L，pH6～8。废水排放执行《合成革与人造革工业污染物排放标准》（GB21902-2008），即CODcr≤80mg/L，NH3-N≤8mg/L，SS≤40mg/L，pH6～8。

2.2 处理工艺选择

合成革废水一般采用具有脱氮功能的生化法处理，同时辅以物化法。常用的脱氮生化法有A/O、A2/O 工艺，由于只采用一段硝化和反硝化，大量回流的硝化液将溶解氧带入缺氧池，较难保持理想的缺氧状态，影响反硝化效率。

根据进、出水水质，名义氨氮去除率应达到86%以上，由于DMF厌氧胺化使得废水中氨氮浓度升高，实际氨氮去除率达97%以上。通过对合成革废水处理工程调研发现，由于忽略了DMF厌氧氮胺化作用，采用A/O、A2/O工艺的工程，不能保证氨氮稳定达标排放，因此需采用更高脱氮效率工艺。而两级A/O工艺，具有两段硝化及反硝化功能，两个阶段相对独立，有各自的生物反应段和沉淀段以及泥水回流系统，该工艺结合生物膜法，氨氮去除率效果明显。为保证DMF完全胺化分解，本工程对两级A/O工艺进行改良，采用前置厌氧方法，形成厌氧+两级A/O生物膜处理工艺，脱氮效果更为稳定和高效。经生化处理后，采用混凝沉淀+机械过滤的深度处理工艺对废水进一步处理，实现废水达标排放。

2.3 处理工艺流程

合成革废水处理工艺流程如图 1 所示。

图 1 合成革废水处理工艺流程图

3 主要构筑物及参数设计

设计规模250m3/d，24h运行，小时处理量10.4m3/h。

3.1 高浓度废水收集沉淀池

洗塔废水有机污染物浓度高，间歇排放，单独设收集沉淀池，每天小流量的泵入到废水处理系统，减少对处理系统的冲击。其有效容积不小于每次洗塔废水最大排水量，设提升水泵2台，1用1备，Q=0.5m3/h，H=15m，N=0.55kW。

3.2 格栅及预曝调节池

格栅拦截废水中飘浮物后进入预曝调节池均匀水质、水量。设计尺寸8.0×7.0×3.5m，停留时间12h，有效容积125m3。调节池设穿孔曝气管，由生化鼓风机供气，设提升泵2台，1用1备，Q=12m3/h，H=15m，N=1.5kW。

3.3 格栅及预曝调节池

废水经调节水质水量后提升至物化预处理池，通过投加碱调整废水pH至8。调整pH后再投入PAC、PAM，经反应沉淀去除废水中的部分有机物及悬浮物。设计尺寸3.5×4.5×6.0m，采用竖流沉淀，表面负荷0.85m3/m2·h，设pH仪1台，配套碱、PAC、PAM加药系统3套。

3.4 厌氧池及两级A/O生物膜池

废水经厌氧将高分子有机物分解成可溶性小分子，以提高B/C比，为后续生化处理打下良好基础。两级A/O池是以两段硝化和反硝化反应脱氮为核心的生化处理工艺，采用生物膜法，在好氧条件下通过好氧硝化菌的硝化作用将废水中的氨氮氧化为亚硝酸盐或硝酸盐，同时在缺氧条件下，利用反硝化菌将亚硝酸盐和硝酸盐还原为氮气，实现生物脱氮。

设计厌氧池尺寸6.4×6.0×6.0m，有效容积210m3，停留时间20h。两级A/O生物膜池尺寸为18×6.0×6.0m，总有效容积542m3，停留时间52h（其中A1缺氧池8h，O1好氧池12h，A2缺氧池8h，O2好氧池24h），生化总停留时间72h。中沉池和二沉池表面负荷0.8m3/m2·h。混合液悬浮固体平均浓度3.0gMLSS/L，生化总设计泥龄25d，污泥负荷0.06kgBOD5/（kgMLSS·d），气水比30：1，污泥回流比50%～100%，混合液回流比200%～400%。

厌氧池设液下环流搅拌机1台，N=1.5kW，缺氧池设潜水搅拌机2台，N=0.75kW。罗茨鼓风机2台，1用1备，Q=8.2m3/min，P=68.6Kpa，N=22kW。污泥回流泵4台，2用2备，Q=20m3/h，H=7m，N=0.75kW。混合液回流泵4台，2用2备，Q=40m3/h，H=7m，N=2.2kW。微孔曝气盘190个，生物填料550m3。

3.5 深度处理

深度处理包括混凝沉淀及过滤系统。混凝沉淀池设计尺寸4.5×3.5×6.0m，采用斜管沉淀，表面负荷0.9m3/m2·h。中间水池与清水池合建1池分2格，单格尺寸2.0×3.0×3.5m，单格停留时间1.7h。中间水池设提升2台，1用1备，Q=12m3/h，H=18m，N=1.5KW。清水池设反冲洗水泵2台，1用1备，Q=48m3/h，H=38m，N=11kW。设计 2台直径 1.2m 机械过滤器，过滤能力10.5m3/h，滤速9.3m/h，过滤面积1.13m2，反冲洗强度12L/m2·s，反洗时间15min。

4 运行效果

废水处理设施经运行一段时间后，通过对出水水质检测，出水平均CODcr为55mg/L，NH3—N为4.5mg/L，稳定达到《合成革与人造革工业污染物排放标准》(GB21902-2008)表2中排放限值。该工艺对COD去除率为98%，NH3-N去除率为98.2%，出水部分回用于企业生产，环境效益和经济效益明显。