尼龙66 切片生产废水处理工程实践与优化

王海攀， 董建勋

（1.河南平煤神马环保节能有限公司， 河南 平顶山 467000；2.平顶山工业尾废综合利用工程技术研究中心， 河南 平顶山 467000）

1 工程概况

某工程塑料公司位于平顶山市中国尼龙城， 是以己二胺、 己二酸为原料， 经成盐、 聚合、 制粒等工段生产聚合尼龙66 切片， 生产规模为4 万t／a。废水包括生产过程中产生的己二胺储罐废水、 成盐及聚合反应废水、 制粒废水、 洗涤塔废水、 真空系统废水和生活污水。 根据环保主管部门对该公司《环境影响评价报告书》的批复， 经处理的废水在园区污水处理厂未投入运行前直接排放， 执行GB 18918—2002《城镇污水处理厂污染物排放标准》中的一级A 标准， 在园区污水处理厂建成并具备接收条件后间接排放， 执行园区污水处理厂接收标准。 工程原采用水解酸化-A／O-深度处理工艺， 鉴于排放标准的变化， 本文主要对排放标准降低后的工程优化进行研究， 考察了球形组合填料强化废水水解酸化预处理的可行性， 探索该类废水的处理核心， 以期在达标排放前提下实现缩短废水处理工艺流程、 提升工程耐冲击负荷能力的目的。

2 设计规模与水质

本项目设计规模为400 m3／d， 废水成分复杂，可生化性差， 具有毒性， 含有较高浓度的氨氮和有机氮， 主要污染物为己二胺。 废水处理的重难点在于如何高效降低废水的毒性及提升废水的可生化性。 本项目出水水质按照GB 18918—2002 中一级A 标准进行设计， 废水水质及不同阶段的排放标准如表1 所示。

表1 废水水质及排放标准Tab. 1 Wastewater quality and discharge standard

3 废水处理工艺

在借鉴类似废水处理经验［1－2］的基础上， 废水原处理工艺为水解酸化-A／O-深度处理， 具体流程如图1 所示。

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

该废水的己二胺含量较高， 先采用水解酸化将有机氮转化为氨氮， 并将难降解有机物分解为易降解短链有机物， 然后在生化阶段进行硝化、 反硝化及脱碳反应以去除大部分污染物， 废水经上述流程处理后， 废水中可生化、 易生化的有机污染物大部分已去除， 剩余的污染物采用臭氧氧化-BAF-絮凝沉淀砂滤的深度处理工艺保证出水达标。

4 主要构筑物及设备

（1） 调节池。 钢筋砼结构， 半地下式， 尺寸为14.0 m×10.5 m×6.0 m， 有效容积为800 m3， 停留时间为48 h。 配套： 离心泵2 台（1 用1 备）， 流量为18 m3／h， 扬程为20 m， 功率为3 kW。

（2） 水解酸化池。 钢筋砼结构， 半地下式， 尺寸为7.0 m×6.0 m×6.5 m， 有效容积为240 m3， 停留时间为14.4 h， 污泥浓度为2 000 mg／L， 上升流速为1.15 m／h， 污泥负荷为0.25 kg［BOD5］／（kg［MLSS］·d）。 配套： QDTA 系列潜水搅拌器1 台，叶轮直径为1.8 m， 转速为34 r／min， 功率为3 kW，材质SS304。

（3） 缺氧池。 钢筋砼结构， 半地下式， 尺寸为10.0 m×7.0 m×6.5 m， 有效容积为450 m3， 停留时间为27 h， 污泥浓度为3 500 mg／L， 污泥负荷为0.20 kg［BOD5］／（kg［MLSS］·d）， 总氮负荷为0.04 kg［TN］／（kg［MLSS］·d）， ρ（DO）＜0.5 mg／L。 配套：QDTA 系列潜水搅拌器1 台， 叶轮直径为1.8 m，转速为34 r／min， 功率为3 kW， 材质SS304； 有机碳源投加装置1 套， 储罐1 m3， 搅拌机（N ＝1.1 kW）1 台， 加药计量泵2 台（1 用1 备）。

（4） 好氧池。 钢筋砼结构， 半地下式， 尺寸为23.0 m×7.0 m×6.5 m， 有效容积为950 m3， 停留时间为57 h， 污泥浓度为3 000 mg／L， 总氮负荷为0.02 kg［TN］／（kg［MLSS］·d）。 配套： 硝化液回流泵2 台（1 用1 备）， 流量为50 m3／h， 扬程为20 m，功率为5.5 kW； 无机碳源投加装置1 套， 储罐1 m3， 搅拌机（N ＝1.1 kW）1 台， 加药计量泵2 台（1用1 备）。

（5） 二沉池。 钢筋砼结构， 半地下式， 辐流式， 尺寸为φ6.0 m × 4.1 m， 水力负荷为0.6 m3／（m2·h）。 配套： 中心传动刮泥机1 台， N ＝0.75 kW； 污泥回流泵2 台（1 用1 备）， 流量为15 m3／h， 扬程为20 m， 功率为2.2 kW。

（6） 高级氧化池。 钢筋砼结构， 半地下式， 尺寸为5.0 m×5.0 m×5.5 m， 有效容积为125 m3， 停留时间为7.5 h。 配套： 臭氧发生器1 台， 臭氧产量为1.5 kg／h； 臭氧曝气系统1 套； 臭氧尾气破坏系统1 套； 臭氧监测系统1 套。

（7） 曝气生物滤池（BAF）。 钢筋砼结构， 地上式， 尺寸为9.0 m×4.5 m×6.5 m， 有效容积为250 m3， 停留时间为15 h。 配套： 提升泵2 台（1 用1备）， 流量为18 m3／h， 扬程为20 m， 功率为3 kW。

（8） 絮凝沉淀砂滤池。 一体化钢制成套设备，尺寸为6.0 m×4.0 m×4.5 m， 有效容积为100 m3，停留时间为6 h。 配套： PAC 投加装置1 套， 储罐1 m3， 搅拌机（N ＝1.1 kW） 1 台， 加药计量泵2 台（1 用1 备）。

（9） 监测水池。 钢筋砼结构， 半地下式， 尺寸为6.0 m×6.0 m×5.0 m， 有效容积为162 m3， 停留时间为10 h。 配套： COD 在线监测仪1 套， 氨氮在线监测仪1 套， 在线pH 计1 套。

5 原工艺处理效果

原工艺正常运行期间， 二沉池出水不能达到一级A 标准， 而废水经深度处理后总排口出水能够达到一级A 标准， 具体进出水数据如表2 所示。

表2 原工艺出水水质Tab. 2 Effluent water quality of original process

6 工艺优化与实施

6.1 优化背景与思路

2019 年， 平顶山化工产业集聚区污水处理厂建成投入使用， 因此本项目废水的排放标准由GB 18918—2002 中一级A 标准降到园区污水处理厂接收标准。 为降本增效， 在该企业2021 年停产检修期间， 对该公司废水处理工艺流程进行了优化改造。

废水含有较高浓度的氨氮及有机氮， 其主要污染物是己二胺， 毒性大， 并且碳氮比低， 需要外加碳源。 有研究结果表明， 水解酸化能够将难降解的大分子物质转化为易生物降解的小分子物质， 不仅能提高废水的可生物降解性， 还可以减少外加碳源的投加量［3－4］。 由于废水含有有毒物质， 废水的水解酸化作用显得尤为重要。 填料对不断搅动的废水有水力切割作用， 可使悬浮状态的污泥与水充分混合， 利于在填料载体上驯化和培养高浓度有针对性降解功能的微生物， 能够强化水解酸化功能［5－8］。鉴于此， 本研究考察了球形组合填料强化高氨氮尼龙化工废水水解酸化处理的可行性。

6.2 优化实施

在不改变水解酸化池容积的前提下， 在池中增加新型球状组合填料， 该组合填料外部为中空渔网状球体， 内部为转型球体， 由纤维束、 塑料环片、套管和中心绳子组成， 填料主要性能如表3 所示，填料实物如图2 所示， 填料安装现场照片如图3 所示， 工艺优化后的流程如图4 所示。

表3 填料主要性能Tab. 3 Main properties of fillers

图2 填料实物Fig. 2 Photos of fillers

图3 填料安装现场照片Fig. 3 Fillers after installation

图4 优化后的工艺流程Fig. 4 Optimized process flow of wastewater treatment

7 运行效果与分析

该优化工程于2021 年7 月中旬安装完毕后，正式开始运行调试。 调试成功后， 对进出水情况进行了跟踪分析， 具体结果如图5、 图6 所示。

图5 COD 浓度及去除率Fig. 5 Concentrations and removal rate of COD

图6 NH3-N 浓度及去除率Fig. 6 Concentrations and removal rate of NH3-N

从图5、 图6 可以看出， 系统调试成功后， 二沉池出水COD 的质量浓度能够维持在50 mg／L 以下， COD 去除率在96% 以上； 二沉池出水NH3－N的质量浓度能够维持在5 mg／L 以下， NH3－N 去除率在98% 以上， 出水达到GB 18918—2002 中一级A 标准， 优于工业园区污水处理厂接收标准。

为进一步了解废水生化处理的原理， 对生化系统各工段的COD、 NH3－N、 TN 及活性污泥浓度进行了监测， 具体结果如图7、 图8 所示。

从图7 可以看出， 随着生化过程的推进， COD浓度逐渐降低， 而NH3－N、 TN 浓度先上升后下降， 并且在缺氧池COD、 NH3－N、 TN 3 个指标均出现下降较快的现象。 从图8 可以看出， 从水解酸化池到好氧池， 各工段的污泥浓度逐渐增大， 并且其变化先快后慢， 水解酸化池的活性污泥浓度最小。 水解酸化池NH3－N、 TN 浓度的上升可能是因为废水进入水解酸化池后， 废水中的有机物污染物己二胺发生了氨化反应， 有一部分有机氮转化为了氨氮， 同时废水的生物毒性降低， 使得大部分COD、 NH3－N、 TN 在缺氧池被去除、 缺氧池的活性污泥浓度大大增加。 水解酸化池填料的添加为微生物的生长提供了条件， 使反应器的总生物量（生物膜＋活性污泥）大大增加， 从而提升了水解酸化的效能［9－10］。

图7 生化系统各工段COD、 NH3-N、 TN 浓度Fig. 7 Concentrations of COD, NH3-N and TN of each section in biochemical system

图8 活性污泥浓度Fig. 8 Concentrations of activated sludge in different sections of biochemical system

8 结语

安装球形组合填料能够强化废水的水解酸化处理效果， 同时缩短废水处理的工艺流程， 使工艺流程由原来的水解酸化-A／O-深度处理缩短成高效水解酸化-A／O。 稳定运行期间， COD、 NH3－N 的去除率分别在96%、 98% 以上。 出水水质能够达到GB 18918—2002 中一级A 标准， 优于工业园区污水处理厂接收标准。 水解酸化能够降低废水的毒性， 提高后续生化处理的效率， 是该类废水处理的关键。