高浓度化工废水处理工艺设计——以某新材料公司二期污水处理工程为例

蔺羿

（首控环境科技（上海）有限公司，上海 201100）

由于废水中伴有多种元素，因此大大增加了废水处理工作的难度，如何进行高浓度废水的处理也成为了业界关注的焦点。为了实现高浓度废水的有效处理，规划设计了二期污水处理工程。

1 项目概况

项目为某新材料科技股份有限公司二期污水处理工程。该公司所排放废水分为2 股，二元废水和三元废水。为了有效处理废水，企业设有一期废水处理工程，规模为450m3/d 的污水预处理设施，该污水设施建设时统筹考虑了一期年产10 万吨/年氯乙烯-醋酸乙烯共聚树脂产量下所排放的全部污水。该公司计划再实施年产6 万吨水性工业涂料基料-氯乙烯共聚乳液项目，此6 万吨项目投产后产生一定量工业废水，虽然6 万吨项目污水可排入一期处理，其规模、处理工艺、以及停留时间均符合设计要求，但考虑到一期三元废水CODcr浓度高，治理难度较大，为做到万无一失，该企业计划在厂区内择地新建1 套预处理设施。二期污水处理工程建设中，仍然采用HUBF 厌氧反应器，经过不断试验、调试，最终完成了该项目的建设，取得各方一致的满意。

2 废水特点分析

从公司实际的生产情况来看，规划了6 万吨水性工业涂料基料——氯乙烯共聚乳液项目，项目内容中包括3 万吨/年氯乙烯-醋酸乙烯-丙烯酸丁酯、1 万吨/年氯乙烯-丙烯酸丁酯-环氧树脂、2 万吨/年氯乙烯-丙烯酸丁酯-聚硅氧烷。生产规划莫较大，因此也会排放出大量的污水。结合废水排放的特点来看，主要分为2 股，涉及二元废水和三元废水。其中三元废水的具有一定复杂性，给予科学合理的处理方式、方法尤为必要。而针对处理后的污水若能够有机重复利用，对于企业的发展也能够给予积极的帮助。废水特点为：（1）三元废水浓度高，CODcr含量高达40000mg/L，但水中BOD5很低，B/C 比约0.1 左右，生化性非常差；（2）据了解生产原材料为氯乙烯、醋酸乙烯、马来酸、异丙醇等，但是经过化学反应釜合成以后，变成了其他不可知的化工合成物，特性不明；（3）排放至污水处理站的废水为反应釜清洗水，含有大量细微的白色颗粒，在自然条件下长期漂浮在水中不沉淀；（4） 二元废水浓度低一些，CODcr约8000mg/L 左右[1]。

3 处理工艺设计

3.1 设计水质水量

污水处理工艺设计过程中，充分考虑污水处理后的无污染性，使其达到有关标准，这利于避免造成环境的污染。具体而言，根据国家有关规定，工业废水必须在厂内进行预处理，出水达到（GB8978-1996）《污水综合排放标准》三级标准和《污水排入城市下水道水质标准》（CJ343-2010），方可排入城市下水道；在企业领导高度重视下以及当地环保部门的关心支持下，加大了对处理工艺的规划、设计，针对废水特点，给予了系统的设计，确保废水处理符合标准规定[2]。进出水标准如表1、表2所示。

表1 6 万吨项目污水进出水标准

表2 三元废水进出水标准

3.2 处理工艺设计

处理工艺流程如图1 所示。

图1 处理工艺流程

3.2.1 工艺流程设计

工艺流程设计讨论阶段，对原有工艺进行了分析，原工艺三元废水采用铁碳反应器+芬顿氧化+UASB+接触氧化池+ABR 折板反应器+活性污泥池+二沉池+气浮，在一定程度上而言能够有效处理废水，但呈现出一些问题，如铁碳反应器容易堵塞，表层钝化后短流，基本已失效；芬顿反应污泥量太大，运行成本高，每天吨水药剂成本约30 元m3；芬顿反应投加的双氧水有很浓刺鼻味，周围居民堵门投诉。另外，还存在长期出水不达标经被环保部门处罚的情况。对此，给予了优化设计，采用《HUBF 厌氧反应 器 》（ 专 利 号 ZL.2016207619676），替换铁碳反应器+芬顿，运行效果非常好[3]。

3.2.2 HUBF 厌氧高塔反应器

本次采用HUBF 厌氧高塔反应器（专利号ZL.2016207619676），HUBF 厌氧高塔反应器利用复杂的多层三相分离器，将厌氧过程越过厌氧初级阶段，提升至产甲烷阶段。三相分离器用于分离泥、水、甲烷气和分离二氧化碳、硫化氢气体，如产气量大同时需要配套甲烷气回收净化、能源利用装置。该废水处理过程，不需要使用药剂，用电能即可，同时电能耗用较少，可大幅度减少运行费用，为后续好氧生化提供有利条件。其能始终如一确保废水处理系统内活性污泥的高度生物活性，始终保持着很高的有机物降解效率和最佳的处理效果。

3.2.3 生化剩余污泥减量

对剩余污泥减量进行了分析，单独的减量单元都存在一定的弊端，为了提升减量效率，需要与其他工艺单元优化组合。具体为利用沼气罐厌氧消解的原理，来降解污水处理过程中产生的剩余污泥，生化段剩余污泥实则为大量有机物的聚合，具有可降解特性。设计采用生化段剩余污泥，在污泥浓缩池降低含水率后，底部高浓度剩余污泥，泵入HUBF 厌氧罐，通过污泥厌氧消解的原理，来达到污泥减量的目的。（1）生化段剩余污泥，须经过中间池储存消解，浓缩后再进入厌氧罐，避免大量氧气随污泥带入厌氧罐，避免大水量冲击厌氧罐进水；（2）相同水质系统内的好氧污泥，排入厌氧罐，对厌氧污泥培养有好处。未能减量的生化剩余污泥会进入污泥脱水池处理。

3.3 主要构筑物及设计参数

3.3.1 三元废水处理系统

三元废水设计每天处理量80m3/d，每天24 小时连续进水，每小时进水量3.5m3/h；6 万吨项目设计每天处理量50m3/d，每天24 小时连续进水，每小时进水量2.1m3/h。合计系统处理水量为130 m3/d。系统主要包括物化预处理单元，设计处理规模：80m3/d；地下蓄水池，钢筋混凝土结构，全地下，总容积：59.72m3，深2.7m；三元HUBF 厌氧反应罐，总容积：883m3，有效容积：861 m3，停留时间10.8d；接触氧化池，钢筋混凝土，地下3 米，地上5 米，池顶玻璃钢板盖板，总容积：483m3；接触氧化沉淀池，钢筋混凝土结构，地下3 米，地上5 米，池顶设有玻璃钢板盖板。

3.3.2 6 万吨项目废水处理系统

包括地下调节池，设计规格：9.0×5.0×3.0m，调节池内做防腐、防渗处理，顶部混凝土盖板后做附属用房，有效水深：2.7m。总容积为124.69m3；物化反应桶，规格为Φ1.5×1.5m，内做环氧煤沥青防腐处理，钢板结构，有效水深为1.2m；单座容积为2.65m3；6 万吨项目废水沉淀池，规格为3.5×3.5×8.0m，钢筋混凝土结构，地下3 米，地上5 米，池顶玻璃钢板盖板，有效水深为7.7m；综合废水中间蓄水池，设计规格为3.5×2.375×8.0m、钢筋混凝土结构、总容积为55.25m3、有效水深：7.7m。用于储存混合后的废水，供持续进入EGSB 厌氧池中间蓄水池，遵循提升泵高开低停原则；EGSB 厌氧反应池，处理对象为经过固液分离预处理后的6 万吨项目废水50m3/d+经过HUBF厌氧罐及接触氧化法处理后的三元废水80m3/d，合计进水处理量130m3/d。规格为Φ8.5×11.5m，钢筋混凝土结构。总容积为623.88 m3，有效容积：595.52 m3。

3.3.3 综合汇总生化处理系统

包括接触氧化池3 座，接触氧化池（1）：6.375×5.0×8.0m，接触氧化池；（2）：4.625×5.0×8.0m，接触氧化池；（3）：11.0×3.375×8.0m。有效水深：7.7m，钢筋混凝土结构，地下3 米，地上5 米，总容积：667.75m3，有效容积：642.71m3；综合生化沉淀池1 座，规格为4.5×3.5×8.0m，钢筋混凝土结构，地下3 米，地上5 米，顶部混凝土盖板做附属用房，有效水深：7.7m；气浮设备1 套，设计处理量：20m3/h。组合气浮包含全套设施，加药系统，反应区，空压机，释放器，刮渣等；尾水排放池1 座，钢筋混凝土结构，规格为9.0×5.0×3.0m，深度2.7m；生化污泥池1 座，钢筋混凝土结构，规格为4.5×3.5×3.0m，水深2.7m。主要作用为用于收集储存自然排放的生化污泥，降低污泥含水率，然后提升至HUBF 厌氧罐和EGSB 厌氧池污泥减量

[4]。

4 调试运行情况

根据工程实际，对该公司二期污水的特性进行了分析，先对原水进行若干试验，通过试验来验证一期二期污水特性区别，再结合各种方式对比结果，确定最终的污水处理工艺，具体工作如下：（1）采用臭氧催化氧化方式，来提高三元废水的可生化性，B/C 比从0.114 提高至0.13 效果有限；（2）进行二元废水和三元废水物化试验，采用投加各种铝盐、铁盐，效果都不好，最终经过试验，采用先调节PH 值至10，再投加三氯化铁药剂，可以将污水中悬浮物变成絮体，泥水快速分层，二元废水经过物化后，CODcr可以除去70%左右，三元废水经过物化后，CODcr可以除去30%左右[5]。

之后，对试验进行了不断地修改工作，以确定该项目的可靠，在充分分析了一期和二期的生产工艺区别，以及原材料区别后，决定二期污水项目，仍然沿用一期经过实践检验后的工艺路线并加以优化，工艺如下：三元废水原水——三氯化铁物化预处理-HUBF 厌氧罐（Φ8.0*21m）——接触氧化池-沉淀池，然后出水与物化后的二元废水混合，——EGSB 厌氧反应器-接触氧化池-沉淀池-气浮-出水达标排放，出水达到《污水排入城市下水道水质标准》（CJ343-2010），COD≤500 mg/L，BOD5≤300mg/L SS≤400 mg/L PH 6.0～9.0 总磷≤8mg/L，总氮≤70mg/L，氨氮≤45mg/L。去除效果数据如表3、表4 所示。

表3 三元废水HUBF+接触氧化法去除效果 单位：mg/L

表4 混合污水去除效果 单位：mg/L

5 工程经济分析

该公司二期项目施工周期约6 个月，在2018 年初开始进水开展污水处理工作，经过一个月调试，达到预期目的，尤其是HUBF 厌氧罐的运行效果很好，远超预期，原设计HUBF 厌氧罐进水CODcr≤40000mg/L, 去除率80%，实际运行中去除率达到95%，厌氧罐出水CODcr经常维持1000-2000 mg/L 左右。具体经济性分析如下：废水处理工程新增占地面积：450m2；废水处理系统的总装机容量：131.4KW；废水处理系统的运行功率：50.7KW；6万吨项目改扩建项目废水处理系统处理能力：50m3/d。

三元废水新建系统处理能力：80 m3/d；每日去除CODcr:3835kg/d；6 万吨项目扩建项目设施投产后，不会产生很多生化剩余污泥。

6 结论

本文基于高浓度废水处理问题进行了探究，结合某新材料科技股份有限公司二期污水处理工程，就一期废水处理工艺优化进行了深入分析，最终通过对一期工程的优化，实现了二期废水处理工程的优化设计，并提出采用新型HUBF 厌氧高塔反应器的建议，取得了良好的污水处理成果。