Engelbart SST生化工艺处理丁腈医用手套生产废水的应用

2022-11-17刘海峰

绿色科技 2022年20期

刘海峰

(陕西核地环保科技有限公司，陕西西安 710024)

1 引言

2020年以来，一次性丁腈医疗手套的需求激增，国内新增大量的丁腈手套生产线并陆续投产。丁腈手套在生产过程中会添加多种化学原料，包括：丁腈胶乳、硫磺、氧化锌、氢氧化钾、氨水、促进剂、防老剂、钛白粉、各种色料、稳定剂、氯气、易脱模剂、硝酸、碱性洗模剂、湿润剂、凝固剂、消泡剂、隔离剂等，生产废水成分复杂，污染物种类多，废水中COD、氨氮、总氮、SS浓度较高，可生化性差，处理难度较大[1]。环保工作者开展了大量的研究和实践，取得了较多的研究成果和工程实践经验[2]。田园等尝试以Fenton试剂对高浓度丁腈胶乳生产废水进行预处理，通过考察并优化各项工艺条件，探讨方法的可行性[3]。余健、侍路梦等通过AAO+MBR工艺实践，认为该工艺存在“需要投加碳源来保障总氮出水、总氮去除率低、曝气量大导致能耗高等”应用问题[4，5]。刘水等采用“气浮+臭氧氧化+水解酸化+两级A/O+二沉+砂滤”的组合工艺处理丁腈医用手套生产废水,出水能够达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》一级A排放标准[6]，但工程投资大、管理复杂。赵敏开展了“高级氧化 + 活性污泥法”处理丁腈橡胶生产废水的研究[7]。施翼杰采用混合式反应器和隔膜式反应器，通过电化学方法进行水中高浓度硝酸根离子去除的研究，认为该法具有较高的硝酸根去除率，但存在不少副产物[8]。殷文翔采用MBR-CANON工艺处理高浓度氨氮废水，并将COD异养反硝化引入反应器，实验研究认为反硝化与 CANON 工艺协同作用能达到更高的脱氮效果，反硝化脱氮占总氮去除比例随 COD上升而增大[9]。中石化洛阳工程公司开发的固定化高效生物脱氮技术，采用轻质高分子填料为载体，工艺脱氮效果优异,总氮去除率可达93%[10]。王晨晨用混凝沉淀、溶气气浮、铁碳微电解、EGSB反应器、缺氧好氧法处理丁腈乳胶手套生产废水，工程实例取得较好效果[11]。豆子波、潘建通等采用生物倍增工艺处理工业区污水和高浓度有机废水，应用实践取得了良好的经济和环境效益[12，13]。综合分析前述研究成果，要么工艺流程复杂、工程投资大、管理难度高；要么在污染物处理效果上难以达到越来越严格的环保要求。

本应用基于恩格拜公司SST技术开发的一体化污水处理设备，对丁腈医用手套生产废水进行处理，并对运行情况进行验证。以期为同类丁腈手套生产废水处理工程设计、运行等提供一定的参考。

2 工程概况

山东省某医疗制品有限公司主要从事医疗级塑胶手套、医疗级乳胶手套、PE手套、丁腈手套及其他医疗制品的生产和销售业务。2020年新建4条丁腈手套生产线，年产高端丁腈医疗手套 500亿支，废水产生量约为3210840 m3/a(9729.82 m3/d)，配套建设15000 m3/d 污水处理站一座，废水经处理后达到《橡胶制品工业污染物排放标准》(GB27632-2011)间接排放限值后进入工业园区污水处理厂。

3 处理工艺

3.1 设计进出水水质

根据原水水质监测报告及污染物来源分析，该生产废水含有丁腈乳胶颗粒、丙烯氰、油类等大分子有机物，悬浮物、COD、硝态氮及总氮浓度均较高，具有一定生物毒性，可生化性差，属于较难生化处理的污水。水量受生产经营约束，波动幅度大。污水站进水水质情况如表1所示。设计出水水质满足《橡胶制品工业污染物排放标准》(GB27632-2011)间接排放限值，具体指标见表 2。

表1 污水站进水水质

3.2 工艺方案

根据表1所示的进水水质，本工艺以去除难降解的COD和脱氮为主。对于COD的去除，由于进入污水站的废水中含有大量大分子有机物，COD浓度较大。通常认为，BOD5/COD可预测综合污水的可生物降解性[14]。本工程BOD5/COD平均低于0.3，属难以生物降解废水，采用常规生化处理工艺，很难保证出水COD达标。此外，BOD5偏低还会影响污泥生长，导致污泥沉降性能差、污泥无机化和出水SS含量高[15]。为了改善生化条件，在污水生化处理工艺前端设置水解酸化池作为预处理，为后续的生物处理创造条件，并进一步降低悬浮物。

现有常用的污水生物脱氮工艺有AAO、氧化沟等传统工艺及短程硝化反硝化工艺[16]。AAO工艺应用最为广泛，技术成熟，可靠性高，出水水质稳定，但该工艺需要单独建设二次沉淀池，占地面积大，基建投资大，管理水平高，在常规运行下，脱氮效率一般只有70%左右。短程硝化反硝化是将硝化反应控制在亚硝酸盐阶段，不进行亚硝酸盐至硝酸盐的转化，直接进行反硝化反应，但实际运行中亚硝酸盐氮的积累非常困难，难以实现较好的脱氮效果[17]。生物倍增工艺(Bio-Doubling Process，BDP) 是一种高效生物污水处理技术，通过提高微生物处理效率，降低污水处理能耗，减少占地面积，简化操作管理及维护，增强处理稳定可靠性。在市政、化工、制药、造纸、养殖等多个行业得到广泛应用，尤其表现出在去除高浓度难降解物质方面的优势[18～20],氨氮去除率甚至可达100%。本工程TN浓度高，脱氮率要达到90%以上时，采用传统生物处理工艺，需要在缺氧池投加大量碳源，且动力费用大，很不经济[21]。因此，本工程采用engelbart SST一体化工艺设备作为二级处理工艺。工艺流程见图1。

图1 污水处理工艺流程

4 Engelbart SST工艺及设备

4.1 Engelbart SST工艺介绍

engelbart SST生化技术是一种高效活性污泥处理技术，其前身为20世纪 70年代德国恩格拜博士所发明并命名的BioDopp(生物倍增)技术。于2003年首次引入中国，采用工艺包的模式进行推广，之后在市政、化工、制药、造纸、养殖等多个行业拥有示范工程。2015年，恩格拜博士带领中德科研人员和工程师，吸取在不同行业水处理应用的经验和教训，对原BioDopp 工艺进行了持续改进，形成了全新的 engelbart SST 生化技术。相对于原有 BioDopp技术，其工艺和设备的缺陷被逐一改进，其优势被进一步持续提高。

4.2 Engelbart SST一体化设备

Engelbart SST工艺采用—体化结构，将不同处理功能的单元集中于同一生物反应池中，流程简单占地面积小，无需厌氧好氧交替运行，既有较好的COD去除效果，又有较好的脱氮效果[22]。一体化处理设备由一座一体化水池组成，通过在池体内设置隔墙，将池体划分为若干功能区域，包括：气提区、生化区、澄清区3部分，如图2所示。

图2 Engelbart SST一体化设备工艺示意

气提区内设置气提回流管，依靠风机产生的空气为动力源，通过曝气改变局部水体密度，从而在特殊的池体结构下提高充气区液面来推动水体流动。

生化区池底布置曝气软管，曝气软管采用聚氨酯材质，氧利用率可达50%～60%，同时可实现不停机更换；生化区中部设置在线溶解氧监测仪器，实时监测池内DO值，并反馈给曝气风机，通过变频或时间控制保证DO在设计范围内[23]。

分离澄清区内设置VR/VF 2种不同形式填料，混合液通过填料后，清水通过出水堰流出设备，污泥则随水流继续循环。

4.3 Engelbart SST工艺特点

Engelbart SST生化技术是一种低溶解氧的高浓度活性污泥工艺,不仅继承了传统生物处理工艺的优点，同时还克服了其缺点：

具有氧化沟大流量循环回流的优点，克服了氧化沟供氧效率低的缺点；

具有AAO工艺脱氮除磷的优点，克服了AAO污泥容易膨胀或老化的缺点；

具有SBR或MBR培养高浓度活性污泥的优点，克服了SBR或MBR污泥驯化难的缺点。

具有工艺流程短、布局紧凑、处理效率高、能耗低、管理和维护方便的特点。

4.3.1 特殊的控制条件下(低溶氧，高污泥浓度)实现同步硝化和反硝化

传统活性污泥法需要较多的溶解氧，曝气量大，动力消耗大。Engelbart SST工艺是一种先进的活性污泥法，采用独特的高效恩格拜曝气技术，选择的风机相对较小，节能效果明显，能耗较低。在通气量较低的情况下，能够形成1 mm左右的微小气泡，产生的活性污泥絮体颗粒较小，溶解性的有机物与DO能够充分接触，在较短时间、较小的反应区完成硝化过程；同时，污水中的溶解氧被快速消耗，有利于后续的反硝化反应彻底进行。

4.3.2 专用气提技术提高回流比

传统生物处理技术回流比仅为1∶3，Engelbart SST工艺通过专有气提技术，将曝气管高密度均匀打孔，并将其均匀布置在污水池底部，产生直径1 mm左右的气泡，能在低能耗的情况下达到更高的回流比(10～100倍)。同时，缓慢上升的气泡与污水的接触面积显著增大，氧传质效能提升，使进水污染物浓度在较短时间内快速降低，有利于减少活性污泥负荷，为微生物的生长和繁殖提供一个更加稳定的环境。

4.3.3 专有快速澄清系统，大幅降低污泥产出

Engelbart SST生物工艺采用了快速澄清系统，使用高效新型VF填料和特殊设计，比传统斜板填料更接近理想状态，水力分布更均匀，水流上升过程不断改变方向，活性污泥由于惯性作用被截留，固液分离效率得到提升。同时，气提技术确保回流污泥再次循环回系统，而不是积沉在填料下面，保证了出水水质稳定。该构造无需回流污泥泵，极大的降低了回流能耗，并且无需二沉池或其它类似处理单元，节约了占地面积。是一种高效低能耗的工艺。

5 工程调试及运行效果

5.1 主要运行参数

Engelbart SST工艺是一种新型活性污泥处理技术。所有微生物同处于一体化设备池中，在空间上没有明显的缺氧区和好氧区划分，溶解氧的控制对同步硝化反硝化作用效果尤为重要。

当DO<0.3 mg/L时，硝化过不充分，NH3-N会因没有反应而出现超标；

当DO>0.48 mg/L时，过多的DO会进入活性污泥絮体，破坏絮体内缺氧环境；

当DO为0.3～0.4 mg/L时，硝化效果明显好转，SND率提高。

通过SST一体化设备池内的DO在线监测仪，将DO浓度实时反馈给自动控制系统，由自动控制系统自动调整曝气风机的启停和频率，实现一体化设备池内DO的精准控制，节省能耗和优化好氧缺氧环境。实际运行中控制DO为0.3～0.5 mg/L。

一体化设备主要运行参数：MLSS为5600～8800 mg/L，HRT为12～15 h，回流比为1000%～2000%，污泥龄为20～25 d。

5.2 主要污染物去除效果

该工程自2020年12月份开始试运行以来，进水流量为270.8～404.2 m3/h，系统运行稳定，出水水质稳定可靠，满足排放限值要求。

(1)COD去除效果。在来水水质波动明显的情况下，选取运行期间连续两个月的数据进行分析，进水COD浓度为96.5～615 mg/L,设备出水COD浓度为12.35～73.19 mg/L,大部分情况下能保持在60 mg/L以下，远低于标准限值，COD平均去除率87.7%，结果见图 3。当进水COD发生较大波动时，出水COD并未出现大幅度跟随升降，这是因为系统属于大比例内循环，循环比超过25倍[24]，表明SST一体化设备抗冲击能力相对较强。

图3 COD进出水浓度及其去除率

(2)NH3-N去除效果。废水中的NH3-N主要来源于丁腈乳胶水解，通过生物硝化降解。设备进水NH3-N浓度为19.7～140 mg/L，平均进水浓度为100.9 mg/L，设备出水NH3-N平均浓度为4.55 mg/L，基本保持在10.0 mg/L以下，平均去除率为95.5%(图4)。

图4 NH3-N进出水浓度及其去除率

(3)TN去除效果。本工程总氮的组成为有机氮、氨氮、硝态氮3种类型。有机氮主要来源于丁腈乳胶，颗粒态占据大部分，溶解态占据小部分，在水解酸化和气浮阶段，可以去除大部分颗粒悬浮物。研究期间，TN进水浓度为80.6～826 mg/L,出水TN浓度为6.37～41.3 mg/L，只有个别数值，由于自动控制系统对溶解氧的调节延迟，导致硝化反应不完全超标外，平均出水浓度为27.74 mg/L，远低于排放排限值。TN平均去除率为93.1%，如图5所示。