UASB-两级A/O 工艺处理某精细化工废水工程实例

2021-11-15王亮汪炎王世卓梅红范修波

工业用水与废水 2021年5期

王亮，汪炎，王世卓，梅红，范修波

（东华工程科技股份有限公司，合肥 230024）

1 工程概况

某精细化工厂主要从事营养品、丙二醇、尼龙等产品的生产和销售。在生产过程中产生大量高浓度和低浓度的生产废水，各股废水水质复杂、有机物浓度高、氨氮和有机氮含量高、盐分高、可生化性差，需要经过处理达到园区污水处理厂纳管标准后方能进行间接排放。本工程对该精细化工废水各污染物进行针对性处理，实现废水达标排放，为类似工业废水处理设计提供参考。

2 设计规模及水质

2.1 设计规模

根据该企业提供的资料，污水处理装置规模为10 000 m3／d。考虑到各产品需要5 a 左右的时间才能达到设计产能，本工程预处理系统按照10 000 m3／d 规模建设；厌氧处理系统、生化处理系统按照5 000 m3／d 规模建设，预留5 000 m3／d 场地。

2.2 设计水质

本工程进水主要为营养品、丙二醇、尼龙等产品生产过程中产生的高浓度和低浓度生产废水、生活污水以及初期雨水等，出水达到园区污水处理厂纳管标准后排入污水处理厂进一步处理，具体指标如表1 所示。

表1 设计进出水水质Tab. 1 Design influent and effluent water quality

3 废水处理工艺

营养品废水的成分复杂、 CODCr浓度高、盐度高、 SS 高、色度高、可生化性较差、代谢抑制物含量多；丙二醇废水的水质复杂、 CODCr浓度高、盐分高、可生化性差，主要污染成分有二甲基甲酰胺、环己烷、三氯乙烷等，对生化有较强的抑制作用；尼龙废水含苯、己二胺、己二酸、环己醇等苯系物及低聚物和硫化物， CODCr、 NH3-N 和TN 含量高，废水可生化性差［1-2］。目前国内外对该类精细化工废水主要采取物化与生化结合的处理工艺，并以生化处理为主［3-5］。根据本工程各股废水进水水质特点和出水水质要求，考虑到UASB 反应器常用于中高浓度的有机废水处理，具有运行成本低、剩余污泥产生量少、占地少、可回收大量能源等优点，而且厌氧菌经驯化后可以极大提高其对毒性物质的耐受力［6-7］； A／O 工艺具有停留时间短、节省碳源和供气量、节约占地等优点［8-10］，本工程采用以UASB-两级A／O 为主的处理工艺，工艺流程如图1 所示。

图1 废水处理工艺流程Fig. 1 Process flow of wastewater treatment

来自生产装置的高浓度废水及低浓度废水分别进入高、低浓度均质池，保证废水进入后续处理时水质和水量的相对稳定。在各自均质池内嵌设置隔油池，预留隔油功能。在高、低浓度废水进水管上分别设置在线监测仪表，当监测到指标发生异常，与正常工况偏离较大时，可通过在线气动阀门将该股废水自动切换至事故池。待来水恢复正常后，再通过自动切换阀将该股废水切入均质池。事故池中废水可通过小流量提升泵提升至高浓度均质池。均质池和事故池内均设机械搅拌机保证各种废水混合均匀和防止悬浮物沉积。

高浓度均质池出水泵入高效混凝沉淀器，去除废水中的悬浮物、色度后，与低浓度废水合并送入厌氧进水池，经厌氧进料泵提升进入UASB 反应器，经过厌氧处理后，废水中大部分有机物被分解。

厌氧反应池出水自流进入一级A／O 池，一级A／O 池采用完全混合池型，有较高的抗冲击负荷能力。在一级A／O 池的缺氧池部分，回流液中硝酸盐反硝化成氮气。在好氧池内废水中大部分有机污染物被降解、氨氮硝化成亚硝酸盐和硝酸盐。一级A／O 池设内循环系统，用于混合液回流。好氧池中设鼓风曝气，为微生物提供必要的氧气。一级A／O 池出水自流进入二沉池，进行泥水分离，二沉池沉淀污泥部分回流至一级A／O 池前端，剩余污泥提升至污泥脱水干化间处理。

二沉池的出水进入二级A／O 池，二级A／O 池采用MBBR 工艺，流化床有较高的容积负荷和去除率。在二级A／O 池内进一步发生生物脱碳、脱氮反应，进一步去除CODCr。二级A／O 池设内循环系统，用于混合液回流。二级A／O 池出水进入终沉池进行泥水分离，终沉池沉淀污泥部分回流至二级A／O 池的前端，剩余污泥提升至污泥脱水干化间处理。

终沉池出水进入外排水池，通过外排水泵送至园区污水处理厂进一步处理。

4 主要构筑物及设计参数

（1）高浓度均质池。 2 座，钢筋混凝土结构，设计水量为120 m3／h，单座尺寸为30.0 m×8.0 m×6.7 m，有效水深为6.0 m，水力停留时间为24 h。设立式双曲面搅拌机4 台，功率为5.5 kW；提升泵2 台，流量为120 m3／h，扬程为37 m，功率为22 kW。

（2）低浓度均质池。 2 座，钢筋混凝土结构，设计水量为300 m3／h，单座尺寸为25.0 m×24.0 m×6.7 m，有效水深为6.0 m，水力停留时间为24 h。设立式双曲面搅拌机8 台，功率为5.5 kW；提升泵2 台，流量为300 m3／h，扬程为16 m，功率为22 kW。

（3）事故池。 2 座，钢筋混凝土结构，设计水量为420 m3／h，单座尺寸为35.0 m × 24.0 m × 6.7 m，有效水深为6.0 m，水力停留时间为24 h。设立式双曲面搅拌机8 台，功率为5.5 kW；提升泵2台，流量为45 m3／h，扬程为20 m，功率为5.5 kW。

（4）高效混凝沉淀器。 2 套，采用成套设备，单套处理量为60 m3／h，设备尺寸为ϕ3.5 m ×7.0 m，本体采用碳钢防腐，内部设置ϕ35 mm 斜管填料和ϕ1 mm 过滤滤珠；设反冲洗泵2 台，流量为400 m3／h，扬程为26 m，功率为45 kW。

（5）厌氧处理系统。厌氧进水池1 座，钢筋混凝土结构，设计水量为420 m3／h，尺寸为28.5 m×16.0 m×7.7 m，有效水深为7.0 m，水力停留时间为7.6 h。 UASB 反应器1 座，碳钢防腐，设计水量为210 m3／h，尺寸为ϕ20.0 m×21.0 m，容积负荷为5 kg［CODCr］／（m3·d），温度为35 ～40 ℃，污泥浓度为8 ～10 g／L，上升流速为3.1 m／h。设潜水搅拌机2 台，功率为7.5 kW；厌氧供料泵2 台，流量为210 m3／h，扬程为26 m，功率为30 kW；循环泵2 台，流量为777 m3／h，扬程为5 m，功率为30 kW；厌氧污泥泵1 台，流量为40 m3／h，扬程为30 m，功率为11 kW；水封罐补水泵1 台，流量为10 m3／h，扬程为25 m，功率为2.2 kW；沼气增压风机2 台，流量为7.44 m3／min，升压为30 kPa，功率为7.5 kW；沼气稳压柜1 台，有效容积为140 m3；沼气燃烧器1 台，燃烧能力为1 200 m3／h；板式换热器1 台，换热面积为310 m2；蒸汽喷射器6 台，单台蒸汽喷射量为970 kg／h。

（6）一级A／O 池。 2 座，钢筋混凝土结构，设计水量为210 m3／h， A 池尺寸为32.0 m×8.5 m×8.5 m， O 池尺寸为51.4 m × 32.0 m × 8.5 m，有效水深为7.5 m， A 池停留时间为19.4 h， O 池停留时间为117.5 h，污泥浓度为3 g／L，污泥负荷为0.1 kg［CODCr］／（kg［MLSS］·d），温度为20 ～30 ℃， pH值为6 ～9，混合液回流比为100%～300%，污泥回流比为50%～100%。设潜水搅拌器4 台，功率为10 kW；潜水推流器8 台，功率为5.5 kW；混合液回流泵3 台，流量为350 m3／h，扬程为1.2 m，功率为4 kW；射流曝气器44 台；射流曝气回流泵5 台，流量为675 m3／h，扬程为15 m，功率为45 kW；空气悬浮鼓风机3 台，风量为150 m3／min，风压为80 kPa，功率为245.3 kW。

（7）二沉池。 1 座，钢筋混凝土结构，设计水量为210 m3／h，尺寸为ϕ24.0 m × 5.3 m，池边水深4.6 m，表面水力负荷为0.5 m3／（m2·h）。设中心传动半桥刮泥机1 台，功率为0.75 kW；叠螺机进泥泵2 台，流量为50 m3／h，扬程为30 m，功率为7.5 kW；剩余污泥泵2 台，流量为30 m3／h，扬程为5 m，功率为3 kW；回流污泥泵2 台，流量为210 m3／h，扬程为9 m，功率为11 kW。

（8）二级A／O 池。 2 座，钢筋混凝土结构，设计水量为210 m3／h， A 池尺寸为17.0 m×12.0 m ×8.5 m， O 池尺寸为37.0 m × 12.0 m × 8.5 m，有效水深为7.5 m， A 池停留时间为14.5 h， O 池停留时间为31.7 h，污泥浓度为3 g／L，污泥负荷为0.1 kg［CODCr］／（kg［MLSS］·d），温度为20 ～30 ℃， pH值为6 ～9，混合液回流比为200%～300%，污泥回流比为50%～100%，填料填充率为30%。设缺氧潜水推流器4 台，功率为3 kW；好氧潜水推流器8 台，功率为7.5 kW；混合液回流泵3 台，流量为350 m3／h，扬程为1.2 m，功率为4 kW；流化填料体积为1 875 m3，填料直径为25 mm，高度为10 mm，有效比表面积为600 m2／m3。

（9）终沉池。 1 座，钢筋混凝土结构，设计水量为210 m3／h，尺寸为ϕ24.0 m × 5.3 m，池边水深为4.6 m，表面水力负荷为0.5 m3／（m2·h）。设中心传动半桥刮泥机1 台，功率为0.75 kW；剩余污泥泵2 台，流量为32 m3／h，扬程为12 m，功率为3 kW；回流污泥泵2 台，流量为210 m3／h，扬程为9 m，功率为11 kW。

5 工程设计特点

（1）本工程采用UASB 反应器对高浓度有机废水进行预处理，去除污染物的同时可回收大量的沼气，实现环境效益与经济效益的统一。

（2）废水处理采用以UASB-两级A／O 为主的工艺，处理效率高，便于运行维护，出水稳定达标，运行成本适中。

（3）一级A／O 池选用同时具备A／O 工艺和氧化沟工艺特征的改良型“鼓风曝气式氧化沟工艺”（完全混合式池型），使其运行更加耐冲击、灵活和稳定，同时减少了占地面积、降低了工程投资和运行费用。

（4）二级A／O 池选用MBBR 工艺，通过优化池体设计，避免填料堆积，二级A／O 池中的A 池四周采用倒圆角设计， O 池采用循环流态池型，进一步保障、提升填料流化效果。

6 工程运行效果

本工程调试成功、稳定运行后，进出水CODCr和NH3-N 浓度分别如图2 和图3 所示。

图2 进出水CODCr 浓度Fig. 2 CODCr concentrations of influent and effluent water

图3 进出水NH3-N 浓度Fig. 3 NH3-N concentrations of influent and effluent water

从图2 和图3 可以看出，进水CODCr和NH3-N浓度较高，且存在一定的波动，但出水CODCr质量浓度稳定在300 mg／L 以下，出水NH3-N 质量浓度稳定在20 mg／L 以下，系统CODCr的去除率在94.3%以上， NH3-N 的去除率在92.7%以上。出水水质均达到设计要求，污染物去除效果稳定，系统抗冲击负荷能力较强。