化工廢水兩相厭氧-二級好氧處理技術(shù)

化工廢水因種類多、排放量大、濃度高、水質(zhì)復(fù)雜、處理難度大而受到廣泛的關(guān)注。對于可生物降解性較好的化工廢水，國內(nèi)外廣泛采用生物處理工藝〔1〕。由于兩相厭氧技術(shù)具有處理效率高、運行穩(wěn)定等優(yōu)點〔2〕，在各類化工廢水處理中的研究較多〔3, 4, 5, 6〕。二級好氧技術(shù)的第一級以高負(fù)荷運行，第二級以低負(fù)荷運行，通過互不相關(guān)的兩套回流系統(tǒng)，使第一級和第二級的微生物群體特性不同，有助于有機物的降解。筆者將兩者組合形成兩相厭氧—二級好氧處理技術(shù)，通過現(xiàn)場中試確定工藝參數(shù)，并應(yīng)用于高濃度化工廢水處理工程。

1 材料與方法
 
1.1 實驗裝置
 
兩相厭氧—二級好氧中試裝置設(shè)計規(guī)模為480L/d。兩相厭氧裝置中的產(chǎn)酸相采用CSTR 反應(yīng)器，設(shè)有攪拌器，產(chǎn)甲烷相采用EGSB 反應(yīng)器，設(shè)有循環(huán)系統(tǒng)；二級好氧均采用活性污泥法，其中一級好氧為高負(fù)荷設(shè)計，二級好氧為低負(fù)荷設(shè)計，設(shè)有獨立的污泥回流系統(tǒng)。

中試裝置工藝流程如圖 1 所示。

 
圖 1 中試裝置工藝流程

中試裝置主要設(shè)備規(guī)格如表 1 所示。

 
表 1 中試裝置主要設(shè)備規(guī)格

1.2 運行參數(shù)
 
實驗在蘇南某化工企業(yè)現(xiàn)場進(jìn)行。中試裝置置于室外，對原水溫度不進(jìn)行調(diào)控，實驗期水溫在20~28.5 ℃之間。進(jìn)水量為20 L/h，24 h 連續(xù)進(jìn)水，連續(xù)出水。兩相厭氧系統(tǒng)COD 負(fù)荷為5.6 kg/（m3·d），產(chǎn)甲烷反應(yīng)器循環(huán)回流比700%； 一級好氧系統(tǒng)COD負(fù)荷為1.472 kg/（m3·d），二級好氧系統(tǒng)COD 負(fù)荷為0.035 kg/（m3·d），一、二級好氧污泥回流比均為500%。2009 年9 月6 日至2009 年11 月8 日為實驗期。

1.3 實驗水質(zhì)
 
該化工企業(yè)在油漆、涂料、樹脂和高沸點溶劑等產(chǎn)品生產(chǎn)過程中產(chǎn)生高濃度有機廢水。通過檢測發(fā)現(xiàn)，廢水中含有多種有機物質(zhì)，主要有：甲醇、丁內(nèi)酯、丁二酸二甲酯、戊二酸二甲酯、己二酸二甲酯、3-己烯酸二甲酯、2-己烯酸二甲酯、三羥甲基丙烷-1，2，3 - 三甲酸三乙酯、辛二酸二甲酯等。此外，企業(yè)還有水環(huán)真空泵排水、初期雨水、少量廠內(nèi)生活污水等低濃度廢水排放。實驗原水為該化工企業(yè)高濃度有機廢水經(jīng)混凝沉淀后與低濃度廢水的混合廢水。實驗原水COD 為5 700~7 400 mg/L，BOD 為2 000~3 000 mg/L，pH 為7.08~8.10。COD 采用國家標(biāo)準(zhǔn)方法測定，pH 采用玻璃電極法測定。

2 中試結(jié)果
 
2009 年6 月底啟動兩相厭氧裝置，酸化反應(yīng)器接種污泥取自一化工廠的水解酸化池，投加量約100 L，產(chǎn)甲烷反應(yīng)器接種污泥取自另一化工廠厭氧池，投加量約100 L；啟動初期進(jìn)水用廢水配置而成，COD 3 000 mg/L 左右，并按m（COD）∶m（N）∶m（P）=200∶5∶1 添加N、P 等營養(yǎng)鹽，控制pH 為7 左右，進(jìn)水量280 L/h；16 d 后將進(jìn)水量增加至480 L/d，進(jìn)水COD 提高到6 000 mg/L 左右，約15 d 后出水COD穩(wěn)定在2 200~3 000 mg/L。隨后啟動二級好氧裝置，好氧接種污泥取自該廠原曝氣池，兩相厭氧出水直接進(jìn)入好氧系統(tǒng)，連續(xù)運行1 個月后好氧各項運行參數(shù)正常，出水水質(zhì)穩(wěn)定。2009 年9 月6 日起進(jìn)入正常實驗階段。

2.1 兩相厭氧系統(tǒng)
 
兩相厭氧系統(tǒng)進(jìn)出水COD 如圖 2 所示。

 
圖 2 兩相厭氧系統(tǒng)進(jìn)出水COD

實驗期間兩相厭氧平均進(jìn)水COD 為6 541.2 mg/L，酸化階段平均出水COD 為6 186.8 mg/L，產(chǎn)甲烷階段平均出水COD 為3 071.2 mg/L；酸化階段COD 平均去除率為5.4%，產(chǎn)甲烷階段COD 平均去除率為50.4%，整個兩相厭氧階段COD 平均去除率為53.0%。

2.2 二級好氧系統(tǒng)
 
二級好氧系統(tǒng)進(jìn)出水COD 如圖 3 所示。

 
圖 3 二級好氧系統(tǒng)進(jìn)出水COD

名稱尺寸規(guī)格有效容積/L 備注產(chǎn)酸反應(yīng)器D560×1 600 360 配攪拌器1 臺產(chǎn)甲烷反應(yīng)器D400×1 970 200 配循環(huán)計量泵1 臺一級好氧池800×800×2 000 1 000 安裝微孔曝氣頭1 只中沉池D300×825 豎流式沉淀池，配回流計量泵1 臺二級好氧池800×1 600×2 000 2 000 安裝微孔曝氣頭2 只終沉池D300×825 豎流式沉淀池，配回流計量泵1 臺工業(yè)水處理 2013－09，33（9） 鄒敏，等：化工廢水兩相厭氧—二級好氧處理技術(shù)研究及應(yīng)用47由圖 3 可見，實驗期間二級好氧平均進(jìn)水COD為3 071.2 mg/L，第一級好氧平均出水COD 為146.1mg/L，第二級好氧平均出水COD 為93.4 mg/L；第一級好氧COD 平均去除率為95.2%，第二級好氧COD平均去除率為36.1%，整個二級好氧系統(tǒng)COD 平均去除率為97.0%。

2.3 兩相厭氧—二級好氧生化系統(tǒng)
 
實驗結(jié)果表明：當(dāng)中試裝置進(jìn)水溫度維持在20 ℃以上時，溫度變化對兩相厭氧—二級好氧生化系統(tǒng)COD 去除率影響較小，整個生化系統(tǒng)的COD去除率均高于95%。系統(tǒng)出水COD 較穩(wěn)定，在60~120 mg/L 之間，平均值為93.4 mg/L，尚不能穩(wěn)定達(dá)到江蘇省地方標(biāo)準(zhǔn)《太湖地區(qū)城鎮(zhèn)污水處理廠及重點工業(yè)行業(yè)主要水污染物排放限值》（DB 32/T1072—2007）的要求，因此，需要結(jié)合深度處理技術(shù)，進(jìn)一步降低水中污染物。

3 工程化應(yīng)用
 
根據(jù)現(xiàn)場中試結(jié)果，以“兩相厭氧—二級好氧”為關(guān)鍵處理技術(shù)，對該化工企業(yè)現(xiàn)有廢水處理系統(tǒng)進(jìn)行提標(biāo)改造，處理出水達(dá)到DB 32/T1072—2007的要求。該工程高濃度工藝廢水預(yù)處理設(shè)計處理能力為50 m3/d，綜合廢水總設(shè)計處理能力為350 m3/d。

3.1 處理工藝
 
提標(biāo)改造后的工藝流程如圖 4 所示。

 
圖 4 改造工程工藝流程

由圖 4 可見，高濃度工藝廢水經(jīng)混凝沉淀去除膠體物質(zhì)和懸浮物后，與低濃度廢水在混配池中混合后進(jìn)入兩相厭氧—二級好氧生化處理系統(tǒng)，經(jīng)生物降解后進(jìn)入由活性炭濾池和硅藻土處理池組成的深度處理系統(tǒng)，確保處理出水達(dá)標(biāo)排放。兩相厭氧—二級好氧生化處理系統(tǒng)依照中試結(jié)果確定的工藝參數(shù)進(jìn)行設(shè)計。酸化池、產(chǎn)甲烷池和第一級好氧池新建，第二級好氧池由原有生化池改造而成。

3.2 運行效果
 
經(jīng)過3 a 的運行，總體上處理系統(tǒng)穩(wěn)定，對水質(zhì)水量變化的適應(yīng)性強，具有很強的耐沖擊負(fù)荷的能力�；钚蕴繛V池中裝填的活性炭是企業(yè)生產(chǎn)過程中使用過的廢活性炭，且從未進(jìn)行更換。2011 年一次現(xiàn)場采樣檢測的水質(zhì)實測數(shù)據(jù)如表 2 所示。

 
表 2 處理系統(tǒng)水質(zhì)實測數(shù)據(jù) 注：除色度（倍）、pH 外，其他檢測項目單位均為mg/L。

由表 2 可見，處理系統(tǒng)的COD、BOD 去除率均很高，顯示出該系統(tǒng)對有機污染物具有良好的去除能力。長期運行結(jié)果表明：當(dāng)廢水溫度維持在20 ℃以上時，兩相厭氧—二級好氧生化系統(tǒng)COD 平均去除率可達(dá)到98%以上。當(dāng)廢水溫度低于20 ℃時，需進(jìn)行加熱以確保生化系統(tǒng)處理效果。而經(jīng)深度處理后的最終出水各項指標(biāo)均達(dá)到了DB 32/T1072—2007的要求。

3.3 運行成本
 
以兩相厭氧—二級好氧為核心的集成處理工藝不僅具有良好的處理效果，而且運行費用較低，具有高效低耗的特點。當(dāng)綜合廢水實際處理水量為300m3/d 時，人工費為600 元/d（定員6 人，工資3 000元/月）、電費為1 536 元/d〔電價0.8 元/（kW·h）〕、藥劑費用為398 元/d，則直接運行成本為2 534 元/d，折噸水處理成本為8.45 元。其中兩相厭氧—二級好氧單元的處理成本約為3.4 元/t，相當(dāng)于去除1 kgCOD 約為0.50~0.58 元，與提標(biāo)改造前相比降低約12%~24%，具有較好的經(jīng)濟(jì)性。具體參見http://www.yiban123.com更多相關(guān)技術(shù)文檔。

4 結(jié)論
 
（1）針對特定的化工廢水，兩相厭氧—二級好氧中試結(jié)果表明：當(dāng)兩相厭氧系統(tǒng)COD 負(fù)荷為5.6kg/（m3·d），一級好氧系統(tǒng)COD 負(fù)荷為1.47 kg/（m3·d），二級好氧系統(tǒng)COD 負(fù)荷為0.035 kg/（m3·d），且廢水溫度高于20 ℃時，兩相厭氧系統(tǒng)平均COD 去除率為53%，二級好氧系統(tǒng)平均COD 去除率為97%，整個兩相厭氧—二級好氧生化系統(tǒng)的平均COD 去除率高于95%。

（2）采用“混凝沉淀+兩相厭氧—二級好氧+深度處理” 的集成工藝應(yīng)用于高濃度化工廢水處理工程，工程化應(yīng)用表明：該集成工藝具有處理效果好、耐沖擊、運行穩(wěn)定、處理成本低的優(yōu)點，當(dāng)廢水溫度維持在20 ℃以上時，兩相厭氧—二級好氧生化系統(tǒng)COD 平均去除率達(dá)98%以上，再經(jīng)深度處理后，最終處理出水可以達(dá)到DB 32/T 1072—2007 的要求。