聚酯生产废气废水的处理工艺研究

涂兰兰

（江苏虹善工程科技有限公司，江苏 苏州 215000）

引言

聚酯生产过程中产生的废气与废水具有成分复杂、可生化性差、生物毒性等特点，由于低碳性强调的是在发展中降低能耗[1]，为了践行低碳环保的理念，推动聚酯生产向现代化、可持续化方向发展，工作人员需要结合聚酯化纤企业废水、废气的实际情况，选择臭氧催化氧化、固定化生物滤池、生物强化、MBR、碳滤组合等工艺，降低废水、废气中污染物的含量。

1 工程概况

江苏某聚酯化纤企业生产废水的日排放量约为48 t，由于实际生产过程中废水的排放量存在一定的不可预见性，因此为了提高废水的处理质量与效率，该企业废水处理系统设计和处理能力为60 t/d。在对该企业生产废水成分进行测定后，可以初步确定，该企业废水处理系统设计的进水pH值为6～9，每升废水中COD含量为3～4.5 g/L，BOD5不大于300 mg/L，SS浓度为300～450 mg/L，NH3-N的含量不大于35 mg/L，动植物油的含量约为1.3 mg/L。为了保证处理后的出水能够达到城市绿化回用水水质的要求，该聚酯化纤生产企业应保证处理后的出水符合《城市污水再生利用城市杂用水水质》（GB/T 18920-2020）标准的要求。同时，在聚酯生产及生产废水的处理工作中，均会产生一定量的废气。通过对该聚酯纤维生产企业的废气成分进行检测可以发现，废气污染物主要为乙二醇、甲醛、丙烯醛、丙烯醇等，其产生速率分别为0.28 kg/h、0.01 kg/h、0.23 kg/h和0.75 kg/h。为了降低废气直排造成的环境影响，必须对废气进行净化处理，使排放的气体符合《化学工业挥发性有机物排放标准》（DB 32/3151-2016）的要求[2]。

2 工艺流程

为了实现废气废水的有效处理，该聚酯化纤生产企业在明确废气废水排放所执行标准的基础上，构建了专门的废水处理站，此废水处理站的占地面积为200 m2，同时为了提高废水处理工作的安全性，该企业在废水处理站区域内设置了专门的废水处理水池，该水池的主体为碳钢结构，水池内外先涂刷了二度防锈底漆，又涂刷了二度环氧防渗漆。

2.1 废水处理工艺流程

为了满足低碳社会的建设需要，避免聚酯化纤生产生成的废弃物对环境造成污染，江苏某聚酯化纤企业在明确生产环节废水、废气产生原因、产量等因素的基础上，制定了如图1所示的废气废水处理工艺流程。第一，该企业厂区内的生活废水在流经隔栅处理后，流入调节池中。在此过程中格栅可以去除污水中的大块杂质，降低了污水泵堵塞的概率；第二，该企业厂区内的工业废水先流入工业废水收集池中，然后通过池体上端的溢流口自流至调节池中；第三，调节池中的废水经提升泵传输至水解酸化池内，提高了废水的可生化化；第四，水解酸化后的废水再进入到固定化生物滤池中，在此过程中，需要向滤池中加入一定量的微生物菌剂；第五，添加微生物的污水流到MBR生物反应池中，在微生物的作用下实现污水中大部分污染物的高效降解[3]；第六，降解处理后的污水再经过炭滤塔过滤后，流入清水池暂存，最终作为厂区的绿化用水回用，提升了水资源的利用率。

图1 废气废水处理工艺流程

2.2 废气处理工艺流程

该企业在处理废气时，采取以下步骤：第一步，将收集到的生产系统的工艺尾气与废水处理系统的废气借助吸风机送入喷淋塔中，使废气中的乙二醇、甲醛、丙烯酸、丙烯醇等可溶性物质溶于水中；第二步，将废气洗涤产生的废水送入工业污水收集池中。为了降低废水的毒性、提高其可生化性，应先将废水送入臭氧氧化塔中进行充分的氧化反应；第三，采用活性炭对经过喷淋洗涤处理后的废气做进一步的吸附处理，保证废气经20 m高的排气筒达标排放。

3 构筑物及设备

3.1 格栅与集水井

为了避免废水处理设备因大体积固体污染物的存在，出现运转故障的可能性，在正式将污水转输至废水收集池前，该聚酯纤维企业在集水井前设置了规格为1.2 m×0.5 m×1.2 m的机械格栅，水井尺寸设计为4.0 m×2.0 m×5.0 m。同时，为了将去除了大型固体废弃物的污水运输至废水收集池内，集水井区域需要安装两台水泵，一台作为输水泵，另一台作为备用泵。

3.2 工业废水收集池

工业废水收集池是储存废水的主要区域，在设计废水收集池时，以企业实际废水的日产量、日处理量为基础，将收集池的规格设置为2.5 m×2.0 m×3.5 m；此外考虑到聚酯纤维废水具有一定的腐蚀性，为了降低出现腐蚀裂隙、穿孔引发渗漏等环境污染事件的概率，在该废水收集池内部进行了环氧防腐处理。

3.3 调节池

在工业废水的毒性得到降解后，可以将其与生活污水共同注入调节池中，使废水水质均匀、废水污染物含量降低。为了满足工业废水与生活污水的净化处理需要，该聚酯纤维生产企业布置的调节池尺寸为2.5 m×3.5 m×3.5 m，其有效容积为22.5 m3。同样，为了降低废水中腐蚀性物质对调节池使用寿命的影响，该调节池内部设置了防腐层。为了提升水中有机物氧化分解效率，还在调节池内安装了穿孔曝气管，通过将空气注入曝气池内的方式，降低了后续臭氧氧化分解阶段臭氧的消耗量[4]。

3.4 臭氧催化氧化塔

为了实现废水中各类有机物、无机物的高效分解，该聚酯化纤生产企业结合废水中污染物的具体种类与含量，建造了专门的臭氧催化氧化塔，通过每小时向废水中注入一定量臭氧的方式，保证了废水的净化效果。

3.5 水解酸化池

在废水经臭氧催化氧化后，该聚酯纤维企业利用潜污泵将废水传输至水解酸化池中，并调节废水pH值，通过对废水进行酸化处理的方式提高废水的可生化性，降低了废水中COD的浓度。该企业设置的水解酸化池尺寸为4.8 m×2.5 m×3.5 m，水解酸化池的有效容积为36 m3，废水在酸化池内的停留时间约为14.4 h。

3.6 固定化生物滤池

水解酸化池中的废水经过溢流口自流至固定生化滤池中，该固定生化滤池底部设置有微孔曝气装置，系统持续向污水中注入压缩空气，为废水中好氧微生物提供充足的氧气，以便提高废水中各类污染物的分解效率。该企业设置的固定过滤池的尺寸为4.8 m×2.5 m×3.5 m，其有效容积为36 m3，污水在其中的停留时间约为14.4 h。

3.7 MBR生物反应池

在聚酯生产废水处理系统中设置有专门的MBR生物反应池，一方面，池内设置了专门的曝气系统，曝气过程中的水气体积比为20：1，可以使压缩空气通过管路进入到废水中，对废水进行曝气处理。另一方面，可以借助回流装置，通过定期回流的方式保持生化池内的污泥浓度，从而提高微生物的含量。该企业设置的生化池尺寸为14.5 m×2.5 m×3.5 m，有效容积为108.75 m3，污水在其中的停留时间约为43.5 h。

4 处理系统运行情况

4.1 各流程处理情况

4.1.1 臭氧催化氧化

为了提高废气废水的净化处理效率，处理人员需要对废水的主要成分进行分析，以明确各类污染物的具体处理方法。具体来说，考虑到废气喷淋得到的废水中含有乙二醇、甲醛、丙烯酸、丙烯醇等挥发性有机污染物，且这类污染物不仅可以通过挥发直接进入到大气环境中，还会对人体健康造成严重地威胁。为了尽可能提升废水处理效率，保障技术人员的人身安全，可以在废气废水臭氧催化氧化系统中加入多元负载型催化剂，借助多元过渡金属氧化物的催化氧化特性，加速羟基自由基的转化速度，确保废水在流入生化反应池前，上述有毒有害污染物能够被完全降解，在减少废水中污染物含量的同时，避免上述有毒有害污染物毒害微生物，影响后续污水处理效率[5]。

4.1.2 水解酸化

酸化是指在污水处理工作中，采用水解酸化反应，将污水中的大分子有机污染物转化为小分子有机污染物，或将有生物毒性的有机物转化为无生物毒性的有机物，降低了后续污染物净化难度。在聚酯生产废水处理中，通过水解酸化工不仅可以有效改善污水的可生化性，还能去除15%～18%的COD。

4.1.3 生物强化

在污水净化中加入一定的微生物菌制剂可以有效降低污水中COD的含量。在该聚酯纤维企业污水净化中应用的微生物菌制剂是一种通过长期降解该类废液、从活性污泥中筛选驯化得到的高效菌种，在污水中添加一定量的此类微生物制剂，可以加快污水中COD的降解速度。如图2所示，在开始加入微生物菌制剂的第一周内，废水中的COD含量基本没有什么变化，出现这一情况的原因为微生物制剂在刚投入污水中时需要有一段时间的适应期；在加入微生物制剂一周后，废水中的COD含量开始下降。在没有添加微生物菌制剂时，污水中的COD含量为114.3 mg/L，加入微生物制剂后，污水中的COD含量降低到98.3 mg/L。在该微生物制剂投入3个月后，废水中的COD呈逐渐上涨的趋势，这一现象出现的主要原因为废水中微生物的含量大幅度下降，此时需要在废水中二次投加生物菌制剂，制剂投加量可以与第一次投加量保持一致。微生物制剂投加一周后，污水中的COD降解率在原有基础上提高了16.4%。对上述数据进行统计分析后可以发现，生物制剂的投加有效提高了废水中COD的降解速度，能够满足聚酯生产环节污水净化的需要。

图2 投加微生物菌制剂前后污水中COD含量随时间的变化情况

4.1.4 MBR生物反应

在本次污水处理过程中，固定生化滤池与MBR生物反应池的联用可以进一步提高废水中COD的去除率。固定生化滤池可以有效增加废水单位体积内微生物的含量，MBR生物反应池可以有效增强污水中微生物的抗冲击负荷能力，降低污水的污泥负荷，增加水中大分子有机物与微生物的接触时间，进而提升有机物的降解效率。

4.2 处理成本分析

对该聚酯纤维企业生产废气废水处理工作进行统计分析，可以了解到在整个废气废水处理流程中，每立方米污水处理时的电费为2.8元、菌剂投加费用为0.2元、污泥处理费用约为0.2元、人工费用约为0.4元，在不考虑设备折旧费用的情况下，每立方米废水处理成本为3.6元。

5 结论

综上所述，结合聚酯化纤企业的实际生产情况，综合应用臭氧催化氧化、固定化生物滤池、生物强化、MBR、碳滤组合等工艺，对聚酯生产所产生的废气废水进行科学的净化处理，可以使处理后的污水符合《城市污水再生利用城市杂用水水质》（GB/T 18920-2020）标准要求，废气符合《化学工业挥发性有机物排放标准》（DB 32-3151-2016）标准要求，从而为聚酯的安全生产提供了支持。