曝氣技術處理脫鹽水廢水的研發與應用

羅祖國(云南云天化股份有限公司三環分公司，云南昆明650113)

0 引言

水是分布最廣而十分重要的自然資源。地球上約有136000萬km3的水。存在于地面上的水，稱為地表水;貯存于地下的水，稱為地下水。水有自然循環和社會循環兩種基本類型。由自然力促成的水循環，稱為水的自然循環。由人的因素促成的水循環，稱為水的社會循環。水在社會循環中，由于使用而喪失了使用價值，于是廢棄外排，稱為廢水。廢水根據其來源分為生活污水和工業廢水兩大類。根據污染物的化學類別，廢水可分為有機和無機廢水兩種。前者主要含有機物，具有生物降解性;后者主要含無機物，無生物降解性。由于絕大多數有機物具有一個共同特征——生物降解性，因此能消耗水中的溶解氧;待氧消耗殆盡時，造成水體的腐敗。所謂生物可降解性，是指有機物可被微生物逐漸分解轉化的特性。

有機物種類繁多，通常用綜合指標間接表示其含量多少。最常見的指標是生化需氧量 (BOD)、化學需氧量 (COD)和化學耗氧量 (OC)。好氧微生物分解有機物時，要消耗溶解氧，有機物濃度越高，消耗的溶解氧也越多。用生化過程中消耗的溶解氧量來間接地表示有機物的多少，稱為生化需氧量。用化學氧化劑氧化分解有機物時，用與消耗的氧化劑量當量相等的氧量來間接表示有機物多少，稱為化學需氧量或耗氧量。廢水造成的污染危害，以及應采取的防治措施，都取決于廢水的特性，即其中污染物質的種類、性質和濃度。廢水的水質特征，不單依廢水的類別而異，而且因時因地而異。控制廢水污染的基本途徑是降低廢水的污染程度和提高接納水體的自凈能力。

脫鹽水站的主要任務是將原水 (生水)經雙室浮動床去除、降低水中的各種陰、陽離子，并除去水中游離的CO2，制得合格的脫鹽水，合格的脫鹽水作為鍋爐用水。原水進入陽離子交換器 (上部填裝強酸性陽樹脂001×7FC，下部裝填弱酸性陽樹脂D113—FCⅢ)，水中的陽離子被樹脂吸附，樹脂上可交換的陽離子H+被置換到水中，清水經過雙室浮動陽離子交換器后出水呈酸性，水中存在大量的游離二氧化碳氣體，為了減輕陰樹脂的負擔，在陽離子交換器后設置除碳器，除去水中大量CO2，帶H+交換水進入陰離子交換器 (上部填裝強堿性陰樹脂201×7FC，下部裝填弱堿性陰樹脂D301—FCⅢ)，含無機酸陰離子被樹脂吸附，樹脂上可交換的陰離子OH－被置換到水中，并與水中的H+結合成水。若陽床失效用稀鹽酸再生，陰床失效用氫氧化鈉再生。再生過程中產生的廢水既含有機物又含有無機物，經測定化學需氧量含量達到600～800mg/L(表1)，采用一般的中和、絮凝沉降治理工藝雖可以確保pH、SS達標排放，但難以去除廢水中的有機物。

表1 處理前廢水中化學需氧量監測結果 (mg/L)

1 脫鹽水現狀

云南云天化股份有限公司三環分公司共有5套硫磺制酸裝置，設計能力185萬t/a，并配套建設了一座脫鹽水站。共有4套脫鹽水制水裝置，每套裝置制水量為120m3/h，年共計產生生產廢水量215354m3(堿性廢水 35127m3，酸性廢水180227m3)，水溫30℃左右，廢水采用中和+沉降處理工藝流程，COD去除率低，外排廢水COD平均排放濃度為200mg/L左右 (表2)。

表2 采用中和處理后廢水中化學需氧量監測結果(mg/L)

1.1 進水水質

計算方法:COD(mg/L)=1505× (樣品吸光度－空白吸光度)，即:

樣品1:COD=1505× (樣品吸光度－空白吸光度)

=1505× (0.446－0.066)=571.90(mg/L)

COD產生量:590×697.57×10－3=411.57(kg/d)

進水水質組成及其轉化過程 (參數選取表4):CODt=CODs+CODp=CODsb+CODsub+CODpb+CODpub+XHo

式中:CODsub=fus·CODt=0.08×697.57=55.80(mg/L)

1.2 外排水水質 (表2)

2 研發的工藝路線

2.1 廢水治理工藝流程

在對脫鹽水站外排廢水水質長期調查、研究的基礎上，利用現有的生產條件 (60萬Ⅰ系列硫磺制酸裝置、脫鹽水廢水治理工藝及設施)，在滿足原廢水中和處理工藝流程的前提下，增加曝氣池對廢水進行深度處理，以達到降低化學需氧量的目的。研發出的曝氣廢水治理工藝流程見圖1。

工藝流程敘述:陰、陽床樹脂再生過程中產生的廢水經排污溝進入曝氣池后 (曝氣時間為8～10h)，在鼓風曝氣的作用下 (一則向液相提供溶解氧，二則起到攪拌混合的作用)，使污泥固體、污染物和溶解氧更有效地充分接觸。同時依據廢水的酸堿情況適當加入液堿或硫酸達到中和目的。中和合格的廢水 (pH控制在6.5～8.5)沉降后進入廢水池排放。沉降的污泥一部分通過回流管進入曝氣池 (視情況)，以確保曝氣池有足夠的微生物濃度，一部分作為剩余污泥排放。中和+曝氣+沉降處理工藝主要設施見表3，設計計算選用參數見表4。經曝氣處理后外排廢水中化學需氧量去除率達到90%以上，日平均處理廢水量590m3/d。

曝氣池結構:砼、襯瓷磚，池子尺寸:12000×11500×1800m。

空氣管:安裝空氣管9組 (DN50 PE管，間距1.2m，彎頭36個)，并在管道上均勻開設5mm的小孔，孔距300mm，每組管道上安裝2只閥門(J41H－16 DN50截止閥)，用以調節空氣量。

氣源:來自60萬Ⅰ系列硫磺制酸汽風機(S3500－11(2708))，配置了汽風機出口至脫鹽水站曝氣池空氣管道 (57×3.5無縫管200m左右，16個彎頭，截止閥2只)。

曝氣方式:推流式活性污泥曝氣池。

新增投資:約55000元 (設備投資45000元，安裝投資10000元)。

表3 主要設施一覽表

2.2 工藝設計計算

空氣管道壓力損失 (摩擦損失和局部損失):

設計進水量按1.3變化系數計數，最大需氧量為:RoM=17.62(kg/h)

表4 設計計算選用參數

在曝氣時間一定的情況下，化學需氧量去除效果與空氣量關系見圖2。

在空氣量一定的情況下，化學需氧量去除效果與曝氣時間關系見圖3。

3 實際運行效果

該裝置設計合理、操作簡單、運行穩定、易于維護，主要指標污泥沉降比 (Pv)、污泥指數(SVI)、混合液懸浮固體濃度 (MLSS)、溶解氧(C)等運行正常。外排廢水COD濃度為55.68～84.28mg/L、平均66.97mg/L，達標率100%，滿足了《GB26132－2010硫酸工業污染物排放標準》的要求。采用中和+曝氣處理后廢水中化學需氧量監測結果見表5。

表5 采用中和曝氣處理后廢水中化學需氧量監測結果

COD去除量:411.57－ (590×66.97×10－3)=372.06(kg/d)

COD年削減量:590×10－3× (198.29－66.97)×365=28.28(t/a)

4 結束語

脫鹽水站廢水治理工藝采用中和+曝氣+沉降的應用成功，不僅完善了脫鹽水廢水治理工藝，而且滿足了脫鹽水站的正常生產及操作的需要，確保了廢水的達標排放，年削減COD排放量28.28t，是一個投資省、見效快的污染防治項目，在節能減排、降低COD排放量等方面有著十分廣闊的應用前景。

建議:曝氣池的大小依據處理的廢水量確定，空氣管配置的數量依據曝氣池的大小確定，曝氣時間的長短依據廢水中有機物濃度確定。

［1］陳克任，張希衡，王志盈，金奇庭，楊靖中，等．廢水治理工程［M］．北京:冶金工業出版社，1984．

［2］城鄉建設環境保護部環境保護局．環境監測分析方法 ［M］．北京:環境科學出版社，1983．

［3］化學工業部化工工藝配管設計技術中心站．化工管路設計手冊 (上、下冊)［M］．北京:化學工業出版社，1986．

［4］李培元，王蒙聚，宋建華，黃紀生．低壓鍋爐水質處理［M］．武漢:湖北科學技術出版社，1992．

［5］劉少武，齊焉，趙樹起，丁汝斌，等．硫酸生產技術 ［M］．南京:東南大學出版社，1993．

［6］田禹，王樹濤，孫興濱，孟憲林．環境科學與工程叢書 水污染控制工程［M］．北京:化學工業出版社，2011．

［7］張建豐．活性污泥法工藝控制［M］．北京:中國電力出版社，2011．

［8］潘濤，李安峰，杜兵．環境工程技術手冊——廢水污染控制技術手冊［M］．北京:化學工業出版社，2013．

［9］云南云天股份有限公司三環分公司廢水排放監測報表 (2008—2014)［Z］．