化工園區(qū)綜合廢水處理工藝

　　江西某化工產(chǎn)業(yè)園已擁有基礎(chǔ)化工、生化農(nóng)藥、精細(xì)化工和醫(yī)藥中間體等10多類產(chǎn)品、53家企業(yè)，生產(chǎn)產(chǎn)品涉及樹脂、無(wú)機(jī)鹽化工產(chǎn)品、醫(yī)藥中間體、合成藥等。各企業(yè)生產(chǎn)產(chǎn)生的廢水和生活污水經(jīng)過(guò)預(yù)處理，水質(zhì)滿足pH=6~9、CODcr≤500mg/L、NH3-N≤25mg/L、TP≤2.5mg/L等要求后，排入化工園區(qū)綜合污水處理廠。此類化工綜合廢水有機(jī)物成分復(fù)雜、含有有毒有害物質(zhì)、含鹽量高、可生化性差等特點(diǎn)。因此，研究運(yùn)行成本低、污泥產(chǎn)生少、能有效處理化工園區(qū)綜合廢水的工藝，是水處理行業(yè)一直探討的問(wèn)題。

　　筆者根據(jù)化工園區(qū)綜合廢水的特性，提出采用多元催化氧化水解-A/O-芬頓氧化組合工藝進(jìn)行處理?？疾煸摻M合工藝處理化工園區(qū)綜合廢水的可行性，及各工藝段對(duì)COD去除情況，并重點(diǎn)分析多元催化氧化工藝的最優(yōu)反應(yīng)條件，以期為化工園區(qū)綜合廢水處理工程提供依據(jù)。

　　1、實(shí)驗(yàn)部分

　　1.1 實(shí)驗(yàn)水質(zhì)

　　實(shí)驗(yàn)廢水取自化工園區(qū)綜合污水處理廠調(diào)節(jié)池，為各企業(yè)外排的均質(zhì)廢水。廢水含有苯系物、雜環(huán)有機(jī)物、高分子樹脂及相應(yīng)的聚合物，廢水污染物成分復(fù)雜、可生化性極差。檢測(cè)廢水水質(zhì)為：pH=7.8、TDS7000mg/L、CODcr480mg/L、BOD572mg/L、NH3-N22mg/L、TP2mg/L。

　　1.2 工藝原理

　　針對(duì)上述化工園區(qū)綜合廢水的特性，采用多元催化氧化-水解-A/O-芬頓氧化工藝流程處理實(shí)驗(yàn)廢水。通過(guò)結(jié)合填料和過(guò)渡金屬化合物按一定比例和級(jí)配制成多元催化劑，利用多元催化劑中不同組分與氧化劑之間的協(xié)同催化作用，在電位梯度的推動(dòng)下，產(chǎn)生氧化能力極強(qiáng)的羥基自由基(?OH)，實(shí)現(xiàn)對(duì)廢水中難降解有機(jī)物的強(qiáng)氧化降解，分解轉(zhuǎn)化大分子、難降解有機(jī)物，提高廢水的可生化性;利用厭氧微生物(即水解酸化細(xì)菌)的作用，進(jìn)一步把有機(jī)物分解成小分子結(jié)構(gòu)(如醋酸、乙酸、乙醇等);利用A/O工藝的硝化/反硝化去除氨氮和總氮，并且通過(guò)好氧微生物分解有機(jī)物;最后，利用芬頓氧化工藝，氧化破壞生物難降解有機(jī)物的分子結(jié)構(gòu)，并將其最終氧化為CO2和H2O，并在pH值適宜時(shí)，試劑中的鐵離子與絮凝劑發(fā)揮絮凝共沉淀作用，去除SS和TP。

　　1.3 實(shí)驗(yàn)裝置

　　(1)多元催化氧化單元。

　　利用多元催化填料和氧化劑的協(xié)同催化作用降解廢水中的有機(jī)物，并提高廢水的可生化性，為后續(xù)生化處理創(chuàng)造條件。多元催化氧化反應(yīng)器長(zhǎng)×寬×高為0.5m×0.5m×1.0m，內(nèi)部配置布?xì)庀到y(tǒng)及多元催化填料，通過(guò)控制填料層的高度調(diào)節(jié)廢水氧化的有效反應(yīng)時(shí)間，通過(guò)加藥管向廢水中加入雙氧水作為氧化劑。多元催化填料采用武漢森泰環(huán)保股份有限公司研發(fā)專利產(chǎn)品-多元催化劑。

　　多元催化劑采用活性炭、鐵錳合金、TiO2、CuO顆粒按一定工藝和級(jí)配制成，催化劑同時(shí)具備金屬和多孔材料的催化性能。多元催化劑使用前需進(jìn)行活化反應(yīng)，分別采用10%氫氧化鈉溶液和3%鹽酸溶液浸泡1h。之后，把多元催化劑放入原廢水中浸泡24h使其吸附飽和，以消除吸附作用對(duì)催化氧化作用的影響。

　　(2)水解單元。

　　利用厭氧微生物(水解酸化細(xì)菌)產(chǎn)生的胞外酶，把大分子有機(jī)物降解成小分子有機(jī)物，進(jìn)一步提高廢水的可生化性。水解反應(yīng)器長(zhǎng)×寬×高為1.0m×1.0m×1.2m，底部設(shè)置布水系統(tǒng)，中間安裝生物填料，頂部設(shè)置出水堰槽。廢水通過(guò)水泵輸送至布水系統(tǒng)，由底部進(jìn)入反應(yīng)器，從出水堰槽流出。

　　(3)A/O單元。

　　利用硝化菌/反硝化菌的作用去除廢水中的氨氮和總氮，并通過(guò)好氧菌的作用，把有機(jī)物分解成CO2和H2O。A/O反應(yīng)器長(zhǎng)×寬×高為2.5m×1.0m×0.7m，A區(qū)設(shè)置攪拌機(jī)，O區(qū)設(shè)置曝氣系統(tǒng)，并在反應(yīng)器末端設(shè)置污泥沉淀區(qū)及污泥回流系統(tǒng)。廢水自A區(qū)進(jìn)入，從污泥沉淀區(qū)流出，裝置內(nèi)部實(shí)通過(guò)計(jì)量泵實(shí)現(xiàn)混合液回流和污泥回流。

　　(4)芬頓氧化單元。

　　利用芬頓氧化原理去除廢水中生物難降解有機(jī)物，并通過(guò)物化反應(yīng)去除廢水中的SS和TP。芬頓氧化反應(yīng)器長(zhǎng)×寬×高為1.5m×0.5m×0.6m，芬頓氧化區(qū)及混凝加藥區(qū)設(shè)置攪拌機(jī)實(shí)現(xiàn)反應(yīng)攪拌，沉淀區(qū)采用重力排泥，整個(gè)反應(yīng)器采用蠕動(dòng)泵加藥。

　　多元催化氧化-水解-A/O-芬頓氧化實(shí)驗(yàn)裝置如圖1所示。

　　1.4 測(cè)定指標(biāo)與方法

　　實(shí)驗(yàn)分析指標(biāo)包括：COD、BOD5、pH、NH3-N、TP和TDS等指標(biāo)，實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的各指標(biāo)檢測(cè)分析方法主要參照《水和廢水監(jiān)測(cè)分析方法》(第四版)，如表1所示。

　　2、結(jié)果與討論

　　2.1 多元催化氧化處理效果及其參數(shù)優(yōu)化

　　2.1.1 進(jìn)水pH對(duì)多元催化氧化處理效果影響

　　在pH范圍2~9下進(jìn)行靜態(tài)燒杯對(duì)比實(shí)驗(yàn)。向8組燒杯中加入1L原廢水，并依次調(diào)節(jié)pH為2.0、3.0、4.0、5.0、6.0、7.0、8.0、9.0，分別添加1.2kg多元催化劑、0.74g雙氧水(27%)，反應(yīng)3小時(shí)后，調(diào)節(jié)pH至中性，靜置半小時(shí)后，取上清液測(cè)定CODcr和BOD5。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖2所示。

　　pH影響著多元催化氧化反應(yīng)的的電位差，從而影響微電解的處理效果。在pH為3、4、5、6時(shí)，COD的去除率分別為30.2%、31.2%、32.2%、28.1%。其中，pH為5時(shí)B/C為0.25，pH為6時(shí)B/C為0.29。分析認(rèn)為酸性條件下，催化氧化的電位差增大，促進(jìn)了催化反應(yīng)產(chǎn)生羥基自由基，但是偏酸性的環(huán)境，加劇催化劑的解體，并且pH調(diào)節(jié)增加了藥劑費(fèi)與設(shè)施防腐費(fèi)用，導(dǎo)致生化進(jìn)水鹽分升高。綜合考慮處理效果和運(yùn)行費(fèi)用，確定多元催化氧化處理最佳進(jìn)水pH為6.0，此時(shí)多元催化氧化效果最優(yōu)，COD去除率為28.1%，B/C值為0.29。

　　2.1.2 反應(yīng)時(shí)間對(duì)多元催化氧化處理效果的影響

　　選取反應(yīng)時(shí)間范圍0.5~4h進(jìn)行靜態(tài)燒杯對(duì)比實(shí)驗(yàn)。向8組燒杯中加入1L原廢水，調(diào)節(jié)廢水pH至6，分別添加1.2kg多元催化氧化劑、0.74g雙氧水(27%)，并依次控制反應(yīng)時(shí)間為0.5h、1.0h、1.5h、2.0h、2.5h、3.0h、3.5h、4.0h。反應(yīng)結(jié)束后，靜置半小時(shí)，取上清液測(cè)定CODcr和BOD5。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖3所示。

　　在實(shí)驗(yàn)條件下，反應(yīng)時(shí)間由0.5h增加到4.0h，COD去除率逐步由12.5%增加到28.3%，這是因?yàn)殡S著反應(yīng)時(shí)間的增加，廢水中有機(jī)物與催化劑及氧化劑充分碰撞，最終被分解。但是，隨著時(shí)間的增加，去除率提高的速度逐步放緩。在實(shí)際工程中，反應(yīng)時(shí)間表現(xiàn)為反應(yīng)器的有效容積和多元催化氧化填料的多少。綜合考慮處理效果和經(jīng)濟(jì)因素，選擇多元催化氧化最佳的反應(yīng)時(shí)間為2.5h，此時(shí)COD去除率為29.3%，B/C值為0.29。

　　2.1.3 氧化劑投加量對(duì)多元催化氧化處理效果的影響

　　選取雙氧水反應(yīng)濃度范圍60mg/L~200mg/L進(jìn)行靜態(tài)燒杯對(duì)比實(shí)驗(yàn)。向8組燒杯中加入1L原廢水，調(diào)節(jié)廢水pH至6，添加1.2kg多元催化氧化劑，并控制多元催化氧化反應(yīng)中氧化劑的濃度，分別為60mg/L、80mg/L、100mg/L、120mg/L、140mg/L、160mg/L、180mg/L、200mg/L，反應(yīng)時(shí)間為2.5h。反應(yīng)結(jié)束后，取上清液測(cè)定CODcr和BOD5。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖4所示。

　　在催化氧化反應(yīng)中，氧化劑起主要作用，COD的去除量與氧化劑的消耗量正相關(guān)。通過(guò)實(shí)驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，隨著氧化劑投加量的加大，多元催化氧化的效果也逐步提高。當(dāng)氧化劑超過(guò)一定的濃度時(shí)，在不生成羥基自由基的情況下，氧化劑與部分有機(jī)物直接反應(yīng)，降低了氧化劑的利用率。同時(shí)，過(guò)多的氧化劑氧化了部分催化劑(如Fe2+)，降低了催化劑的利用率。綜合考慮處理效果和加藥成本，選擇多元催化氧化反應(yīng)氧化劑的反應(yīng)濃度為140mg/L，即投加量為0.519g雙氧水(27%)，此時(shí)COD去除率為25.4%，B/C值為0.28。

　　綜上所述，通過(guò)實(shí)驗(yàn)確定多元催化氧化工藝的最佳進(jìn)水pH值為6.0，反應(yīng)時(shí)間為2.5h，雙氧水(27%)的投加量為0.519g。在最佳反應(yīng)調(diào)節(jié)下，多元催化氧化工藝可有效的降低COD，同時(shí)提高廢水的可生化性，使廢水的B/C值由0.15提高到0.28。

　　2.2 組合工藝處理效果

　　2.2.1 水解池的運(yùn)行

　　水解池的啟動(dòng)主要包括微生物的適應(yīng)馴化期和掛膜期。系統(tǒng)采用同類污水處理廠的水解菌接種，不斷通入經(jīng)過(guò)多元催化氧化處理過(guò)的廢水，并按照C∶N∶P質(zhì)量比200∶5∶1添加營(yíng)養(yǎng)物。當(dāng)微生物適應(yīng)此廢水、死泥減少、填料上明顯形成污泥膜層時(shí)，營(yíng)養(yǎng)物的投加逐步減至為零。記錄和對(duì)比運(yùn)行數(shù)據(jù)，當(dāng)水解池進(jìn)、出水質(zhì)參數(shù)穩(wěn)定時(shí)，系統(tǒng)運(yùn)行成熟。

　　2.2.2 A/O池的運(yùn)行

　　A/O池的氣動(dòng)采用同類污水處理廠的好氧菌接種，使A/O池中的污泥濃度達(dá)到2.5g/L左右，水溫維持在20~30℃。前期進(jìn)水為水解池出水，并按照C∶N∶P質(zhì)量比100∶5∶1添加營(yíng)養(yǎng)物。開啟污泥回流泵、混合液回流泵和缺氧區(qū)攪拌機(jī)，控制調(diào)節(jié)風(fēng)量保證好氧區(qū)溶解氧為3mg/L。當(dāng)微生物適應(yīng)此廢水、死泥減少、菌膠團(tuán)性狀穩(wěn)定時(shí)，營(yíng)養(yǎng)物的投加逐步減至為零。記錄和對(duì)比運(yùn)行數(shù)據(jù)，當(dāng)A/O池進(jìn)、出水質(zhì)參數(shù)穩(wěn)定時(shí)，系統(tǒng)運(yùn)行成熟。

　　2.2.3 芬頓氧化池的運(yùn)行

　　系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行后，根據(jù)A/O池出水的COD值，按COD∶H2O2質(zhì)量比2∶1、H2O2∶Fe2+摩爾比3∶1的加藥量啟動(dòng)芬頓氧化反應(yīng)，反應(yīng)時(shí)間60min。

　　2.2.4 組合工藝的貫通運(yùn)行

　　園區(qū)綜合廢水依次經(jīng)過(guò)多元催化氧化系統(tǒng)、水解池、A/O池、芬頓氧化池處理。運(yùn)行系統(tǒng)20天，監(jiān)測(cè)系統(tǒng)各單元出水COD濃度曲線如圖5所示。反應(yīng)的1~8天，系統(tǒng)對(duì)COD的去除率較低，且有一定的波動(dòng)。反應(yīng)的第9~16天，系統(tǒng)對(duì)COD的去除率逐步提高，并趨于穩(wěn)定。反應(yīng)的17~20天，系統(tǒng)已經(jīng)穩(wěn)定運(yùn)行。

　　組合工藝貫通運(yùn)行后，檢測(cè)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行情況下，各個(gè)工藝段的運(yùn)行數(shù)據(jù)，運(yùn)行結(jié)果如表2所示。

　　由表2可知，COD通過(guò)組合工藝的各個(gè)工藝段逐步去除;氨氮主要在A/O池中得到去除，去除率高達(dá)70%;總磷主要在芬頓氧化池中，通過(guò)混凝反應(yīng)去除，去除率在65%左右。系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行后，最終出水水質(zhì)指標(biāo)滿足《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB18918-2002)一級(jí)B標(biāo)準(zhǔn)要求。

　　3、結(jié)論

　　(1)通過(guò)對(duì)比試驗(yàn)，確定多元催化氧化工藝的最佳進(jìn)水pH值為6.0，反應(yīng)時(shí)間為2.5h，氧化劑的投加量為140mg/L，利用多元催化氧化工藝能有效提高廢水的可生化性，使廢水的B/C值由0.15提高到0.28。

　　(2)采用多元催化氧化-水解-A/O-芬頓氧化組合工藝對(duì)化工園區(qū)綜合廢水進(jìn)行處理，最終出水COD小于60mg/L，氨氮小于8mg/L，TP小于1mg/L，可達(dá)到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB18918-2002)一級(jí)B標(biāo)準(zhǔn)要求，為化工園區(qū)綜合廢水處理工程應(yīng)用奠定了一定的理論基礎(chǔ)。(來(lái)源：武漢森泰環(huán)保股份有限公司 技術(shù)中心)