合成香料廢水處理工程技術優化研究

馬詩院，張軍紅

(1.濟源市環境科學研究所，河南 濟源 459000；2.濟源市環境監察支隊，河南 濟源 459000)

合成香料廢水處理工程技術優化研究

馬詩院1，張軍紅2

(1.濟源市環境科學研究所，河南 濟源 459000；2.濟源市環境監察支隊，河南 濟源 459000)

合成香料生產廢水含有大量有毒有害物質，屬于難生物降解廢水.河南省某香料生產公司原采用“催化氧化預處理+厭氧+好氧”工藝處理其香料廢水；但由于設備老化和技術缺陷致使生產廢水出水水質不達標；故針對廢水特性，對原有工程進行改造，采用“氣浮+催化氧化預處理+厭氧+好氧+吸附”工藝.改造后COD由原出水1200 mg/L降到43.2 mg/L，達到了國家GB 8978-1996《廢水綜合排放標準》一級標準要求.

合成香料廢水；氣浮；催化氧化；強化處理

0 引 言

合成香料是精細化工領域的重要原料之一.目前，世界上合成香料已有5000多種，常用400多種.合成香料屬于污染型產品，由于在其生產中需經常更換產物，反應釜要經常清洗，將會產生大量的香料廢水.香料廢水的成分非常復雜，其中含有大量的有機物，有機成分中有大量的芳香烴、芳香化合物，種類達20多種.其廢水是COD高、色度大、毒性大，難生化處理的高濃度難降解有機廢水[1-4].目前，合成香料廢水多采用化學法和物化—生物法[5].比較新興的香料廢水處理技術有催化超臨界水氧化法[6]、大孔樹脂吸附法[7]和三效蒸發除鹽法[8]等.

河南省某香料生產公司原采用“催化氧化預處理+厭氧+好氧”工藝處理其香料廢水.但其廢水處理站建成于2009年，隨著運營時間的推移，系統工藝設備老化，外加現有國家排放標準提高，同時原有系統設計本身存在一定的技術缺陷，導致原有系統出水水質已經不能滿足國家GB 8978-1996《廢水綜合排放標準》一級標準要求，需要進行系統的維護與更新改造.其廢水排放及標準見表1.

表1 河南省某香料有限公司廢水排放及標準表

1 廢水處理系統改造原則

對于該公司的廢水處理系統進行改造的時候，主要遵守以下幾個原則：

1)執行國家相關政策，符合國家的有關法規、規范及標準.

2)根據設計進水水質和出水水質要求，污水處理工藝選擇力求技術先進、成熟、經濟合理、運行管理方便簡單、處理效率高、運行穩定可靠、工程投資和運行費用低的目標.

3)根據該公司生產和廢水處理現狀，提出針對性較強的廢水深度處理方案，充分利用再生資源，變廢為寶，減少污染物的排放.

4)采用節能技術和設備，加強清潔生產措施，進一步降低能源消耗.

5)采用適宜的自動化技術及監測儀表，提高運行管理及操作水平.

6)盡可能利用現有污水處理設施，進一步降低工程投資.

2 工藝改造方案

2.1 原工藝存在問題

河南省某香料生產公司原采用“催化氧化預處理+厭氧+好氧”工藝處理其香料廢水，工藝見圖1.廢水先經人工格柵去除較大的懸浮物；再經調節池調節水量水質后，過催化氧化塔去除較難生物降解的有機物，提高廢水的生化性；在過濾吸附后，經厭氧和好氧處理進一步降解有機物，最后經二沉池沉淀后出水.

圖1 河南省某香料有限公司原有廢水處理工藝流程圖

根據現場實地調研分析，現有廢水處理工藝存在以下問題：

1)廢水處理站于2009年設計建成，隨著運營時間的推移，系統工藝設備老化，需要進行系統的維護與更新改造.

2)廢水中的膠體粒子和懸浮物含量高，它們經過催化氧化、加藥混凝后，產生大量的SS；雖經過豎流沉淀和吸附過濾，但仍有大量的懸浮物質進入后續生化系統，導致整個生化系統惡化，出水水質嚴重不達標.

3)催化氧化塔填充活性炭作為填料，以H2O2作為氧化劑；由于活性炭對H2O2的催化效果小且水力停留時間短，致使催化氧化塔的處理效率降低，H2O2的損耗加大，增加處理成本.

4)現處理工藝為生化前加吸附處理單元，進入吸附單元的有機物濃度高；同時原有處理單元中的吸附劑為爐渣，吸附容量小，導致很容易就吸附飽和，失去應用的處理能力.

5)現處理工藝中的生物處理單元停留時間短，不能滿足該水質需要.其中厭氧生物系統有效水深過小，同時原有填料為球形懸浮填料，布水不均勻，不能充分利用.好氧系統的填料已老化，需進行維修更換.

2.2 工藝改造

為使出水水質達到國家GB 8978-1996《廢水綜合排放標準》一級標準要求，在現場實際調研分析的基礎上，對該公司原有香料廢水處理系統進行改造；改造遵循廢水處理系統改造原則，改造后工藝見圖2.

圖2 河南省某香料有限公司改造后廢水處理工藝流程圖

1)原有格柵為人工格柵，運行很不方便，效果不佳，且清渣困難，現改為機械格柵.

2)因廢水中的膠體粒子和懸浮物含量高，對后續生化處理有影響.故在調節池之后新添加一套氣浮設備，去除進水中的膠體和懸浮類物質.同時改變混凝劑和助凝劑加藥系統的管道，在氣浮前添加藥劑，使氣浮池的處理效率加大，讓后續催化氧化的效果提高.又因PAM加藥系統只有一個加藥溶液罐，沒有溶解罐，不能完全溶解，需要新添加一個PAM溶解罐.

3)原催化氧化塔中填充活性炭作為填料，需要把活性炭清除掉，增加水力停留時間，同時改H2O2藥劑為Fenton試劑，提高催化氧化效率，降低H2O2消耗；再新加一個FeSO4加藥罐，同時把原有提升泵改為耐酸耐堿氟塑料離心泵.

4)為加大吸附量，減少吸附劑耗資，故改過濾吸附為好氧生物處理系統.需要把現有的吸附劑(爐渣)挖出來，對該池底部曝氣系統進行適當改造，然后在池中添加生物彈性填料，并將池壁加高500 mm，以阻止泡沫外溢.

5)原生物處理系統的有效水深較小，布水不勻；故對原厭氧、好氧處理系統的布水、收水系統進行適當改造，更換厭氧處理系統的球狀填料并對好氧系統的填料進行維修更換.同時，在厭氧池內增設兩臺潛污泵進行二次布水和強制攪拌，在池頂上面加設陽光板蓋等保溫措施，以保證系統的運行穩定性，提高厭氧單元的去除率.

6)原有二沉池布水系統和收水系統不合理，對其進行相應改造；同時斜管已經老化，需要更新.且為保證出水水質達標，在二沉池后新加活性炭吸附池.在二沉池的出水管道上加一個三通，然后加一個管道泵，在運行的時候，二沉池出水不達標時候，開動管道泵，經活性炭吸附后排水，否則直接進入清水池排放.

7)經現場實地調研分析，整個系統的排泥管道已經堵塞，需要進行更換維修；同時原有污泥系統的螺桿污泥泵已經報廢需要進行更換.

2.3 改造后各個處理單元的主要功能及處理效果

1)預處理系統

香料生產廢水的COD高，生化性差，毒性大；懸浮物質和膠體粒子含量大.預處理可以最大限度的轉化或去除有毒、難降解的物質；從而降低廢水的毒性，提高廢水的可生化性，并為后續生化處理提供良好的反應條件，降低反應器的有機負荷[9].

本改造工程中各個預處理單元的功能：①機械格柵去除較大懸浮物，防止構筑物堵塞.②調節池均勻水質水量，保證處理系統穩定運行.③氣浮池[10]去除大量的膠體粒子和懸浮顆粒.在氣浮池中添加PAC混凝劑，再加入PAM助凝，其有較好的吸附架橋和網捕作用[11]，使懸浮顆粒和膠體粒子的絮凝速度與效果提高.④催化氧化塔通過Fenton試劑的強氧化作用，將難生物降解、高毒性或對生物有抑制作用的有機物，氧化成無毒性，可生物降解的小分子物質，提高廢水的生化性.且Fenton試劑法作為一種AOPs[1]，有氧化能力強、選擇范圍小、反應速度快和無二次污染等特點，在高濃度難降解廢水中有廣泛應用.⑤通過沉淀池進一步去除水中懸浮物，并在其中加入NaOH，為后續生物處理提供良好環境.

2)生化處理系統

生物處理系統是合成香料廢水的主要處理單元，它有處理量大、處理效率高和運行成本低等特點，主要是去除水中的有機物.該公司采用厭氧與好氧相結合處理香料廢水.

高濃度的香料廢水進入厭氧反應器后，在產酸菌和產甲烷菌的共同作用下，大量的有機物被降解；其中產酸菌分解有機物成為小分子的有機酸，而甲烷菌則將有機酸轉化為甲烷、CO2等物質.廢水的大部分COD在這里被去除.其后的好氧反應器進一步降解厭氧反應器出水中殘余的有機物.主要是通過生物氧化降解作用去除廢水中殘余的膠體物質和溶解性有機物.

3)強化處理系統

香料廢水含有十分難降解的物質，可能即使經過上述多重處理，仍有殘留；又因進水水質和水量是波動的，所以在生物處理系統后加上強化處理系統，保證出水水質達標.

該公司采用二沉池后新加活性炭吸附池.在二沉池的出水管道上加一個三通，然后加一個管道泵，在運行的時候，二沉池出水不達標時候，開動管道泵，經活性炭吸附后排水，否則直接進入清水池排放.

4)污泥處理系統

污泥螺桿泵將來自氣浮池、初沉池、二沉池以及厭氧和好氧生物池的污泥送至板式污泥壓濾機進行濃縮脫水后，運送到垃圾場做安全處理.

經上述處理后，經過半年的運行表明，該公司的香料廢水達到國家GB 8978-1996《廢水綜合排放標準》一級標準要求；表2為該公司香料廢水主要處理單元處理效果表.

表2 各處理單元的處理效果表

本項目完成后COD的排放量將由原來30.6 t/a消減為1.1 t/a，消減量達29.5 t/a，環境效益十分明顯.

2.4 主要構筑物及新增設備參數

該公司在原香料廢水處理工藝中，新添加一套氣浮裝置(內含氣浮池，加壓溶氣罐，加壓溶氣泵，提升泵等)、中間水箱和一座活性炭吸附池.其中氣浮的規格為5.0 m3/h，氣浮池的尺寸為2.5 m×1.8 m×2.5 m，溶氣罐的尺寸為φ0.5 m×3.0 m，中間水箱的尺寸1.5 m×1.5 m×2.0 m.活性炭吸附池的尺寸為4.5 m×1.5 m×1.8 m.其他主要處理單元見表3.

表3 污水處理改造工程主要處理單元構筑物

3 技術經濟分析

本改造項目總工程投資69.66萬元，其中新增設備投資40.3萬元，改造建設投資20萬元，其他費用9.36萬元.因系統的規模較小，不具有規模效應，故在運行費用估算時，只核算該系統的藥劑投加費用，其他費用暫不計算.則改造后運行成本為17.97元/m3，其中混凝氣浮階段的PAC藥劑費0.3元/m3、PAM藥劑費0.04元/m3；催化氧化階段的H2SO4藥劑費0.04元/m3、H2O2藥劑費13.95元/m3、FeSO4藥劑費3.55元/m3、中和沉淀階段的NaOH藥劑費0.09元/m3.

4 結 論

1)本工程是在該公司的原有污水處理系統的基礎上進行改造的，充分利用了原有的污水處理系統，減少了工程投資.改造后采用“氣浮+催化氧化預處理+厭氧+好氧+吸附”工藝處理污水，操作簡單，出水水質穩定，能達到國家GB 8978-1996《廢水綜合排放標準》一級標準要求.

2)合成香料廢水水質復雜，有毒有害、難生物降解物質較多，采用有效的預處理十分重要.本工程通過在催化氧化前添加混凝氣浮裝置，大大減少了懸浮顆粒和膠體粒子的含量，保證后續構筑物的穩定運行.

3)Fenton試劑處理香料廢水具有反應快、投資小、無二次污染等優點.故將催化氧化塔中的氧化劑H2O2改為Fenton試劑，大大增加了H2O2的使用效率和氧化速度，減少了運行費用.

4)在二沉池后加活性炭吸附池，對出水進行強化處理，能夠有效的保證出水水質達標.

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[責任編輯：徐明忠]

Study on treatment technology optimization of synthetic perfume wastewater

MA Shiyuan,ZHANG Junhong

(1.Jiyuan Environmental Science Institute,Jiyuan 459000,China;2.Jiyuan Environmental Supervision Detachment,Jiyuan 459000,China)Abstract: Synthetic perfume wastewater contains large amounts of toxic and hazardous substances,are biodegradable waste.Some spice production company in Henan Province had a “catalytic oxidation pretreatment + anaerobic + aerobic” perfume wastewater treatment process.However, due to aging equipment and technical defects resulting wastewater effluent quality is not up to.So for the wastewater characteristics,transformation of the original project by use of “catalytic oxidation pretreatment + flotation + anaerobic + aerobic + Adsorption” technology.After transformation, the original effluent concentration of COD from 1200 mg / L down to 43.2 mg / L.The original effluent concentration of COD Up to the national GB 8978-1996 “Integrated Wastewater Discharge Standard” a standard requirement.

synthetic perfume wastewater; flotation; oxidation；strengthening treatment

2015-03-23

馬詩院(1978-)，男，河南商丘人，工程師，碩士，主要從事環境質量評價，環境污染防治等方面的研究.

X832

A

1672-3600(2015)09-0055-05