氣浮-內循環微電解-Fenton-水解-A2/O工藝處理精細化工廢水

崔慶蘭， 王開春， 郭 濤， 劉 娟， 陳添敏， 戴 緣， 孟慶強

（中藍連海設計研究院, 江 蘇 連云港 222004）

0 引言

江蘇某精細化工有限公司是一家集開發、生產、營銷為一體的高科技企業，其主要化工產品為醫藥、農藥中間體，高性能聚合引發劑等。該企業廢水主要來源于藥劑制備過程中產生的工藝廢水及水洗廢水，具有排放量小、有機物濃度高、色度高、毒性大、難生物降解化合物含量高等特點［1］。

現階段，精細化工廢水的處理方法主要分為物化法和生物法。微電解法具有應用廣泛、設備簡單、成本較低、易于同其他方法聯合使用等特點[2]。Fenton高級氧化技術是利用Fe2+和H2O2作為芬頓試劑，生成具有高度活性的羥基自由基，氧化廢水中的大多數有機物，該技術已廣泛應用于難降解、高濃度有機廢水預處理中［3-4］。預處理后的廢水可生化性提高，采用水解酸化-A2/O 處理［5］。

為滿足環保要求，本文根據江蘇某精細化工有限公司提供的水量、水質資料、廢水試驗結果、國內外相關的最新技術和研究成果，結合多年來處理類似廢水的經驗，提出以下廢水處理工藝方案。

1 水量、水質

該企業主要產品為醫藥、農藥中間體。廢水來源于某些醫藥、農藥中間體的生產過程，該類產品主要包括4,6-二甲氧基-2-甲基磺酰基嘧啶、2-氨基-4,6-二甲氧基嘧啶、二氯異氰尿酸鈉及鄰甲酸甲酯芐磺酰胺等。根據企業生產運行穩定后提供的廢水水量、水質，該項目設計進、出水水質見表1，總設計規模為75 m3/d，設計出水水質達到GB 8978—1996《污水綜合排放標準》三級標準。

表1 設計進、出水水質

2 工藝流程及說明

2.1 工藝流程

精細化工廢水是一種典型的可生化性較差的有機廢水，目前常采用電化學法、生物法及其組合工藝進行處理，其中電化學法-生物法組合工藝應用較為廣泛［5］。該企業廢水CODCr含量較高，設計采用以氣浮、內循環微電解-Fenton，A2/O及過濾的組合工藝進行處理。工藝流程見圖1。

2.2 工藝說明

2.2.1 氣浮

廢水經過調節池，進入氣浮池，向氣浮池前段加入絮凝劑及助凝劑，混凝反應后再進行曝氣氣浮處理，去除大部分顆粒及部分有機物，降低后續微電解填料板結的可能性。

2.2.2 內循環微電解

首先加入H2SO4調節廢水pH值 至4，然后將廢水提升至微電解反應器，與鐵碳填料混合。本項目采用內循環微電解工藝增加內反應器，該反應器增加內循環系統，提高傳質效果、原電池效應及廢水的B/C比值。內循環微電解反應器（Internal Circulation Micro-electrolysis Reactor）作為一種新型、高效的反應器在預處理方面有著其獨特的優勢［6］。

圖1 廢水處理工藝流程

（1）原電池效應的強化。鐵-碳-水三者豎向混流，接觸效果更好。

（2）攪拌機功率的降低。豎向內反應器利用水的循環往復，使得攪拌機功率有所降低。

（3）固液分離的高效性。內部結構及出水部件能更好的實現填料-水的分離。

（4）運行穩定，耐沖擊負荷大。反應器受廢水有機負荷和水力負荷波動的影響較小，且極少發生填料板結等現象。

微電解法預處理精細化工廢水的反應時間一般采用1～2 h［7-8］，本項目根據其它類似工程設計參數及前期小試實驗的結果，綜合分析了停留時間與出水COD及B/C比值的關系，選取最優微電解反應時間為1.5 h。

2.2.3 Fenton

繼續加入H2SO4調節pH值至4，利用微電解后廢水中的Fe2+的同時補充H2O2和FeSO4，農藥廢水中部分低價態的難降解有機污染物被氧化為高價態有機分子，實現有機物的開環斷鏈，提高廢水的可生化性[9]。Fenton試劑應用于精細化工廢水時，尤其是制藥廢水時，其中H2O2的一般投加質量濃度為300～500 mg/L[9-10]，本項目根據其它類似工程設計參數及工程實際運行的結果，綜合分析了H2O2投加量與出水COD及B/C比值的關系，選取最優投加質量濃度為450 mg/L。

2.2.4 中和沉淀

在調節pH值為堿性后，微電解產生的Fe2+，Fe3+可變成Fe(OH)2和Fe(OH)3，可利用其混凝作用，去除廢水中部分有機污染物及SS。

2.2.5 水解酸化

水解酸化主要用于有機物濃度較高、SS較高的污水處理工藝，它是利用厭氧消化過程的前2個階段即水解和酸化，水中有機物為復雜結構時，可以將其進一步開環斷鏈，提高廢水的可生化性。

2.2.6 A2/O工藝

A2/O工藝是厭氧/缺氧/好氧工藝，是一種帶混合液回流的前置反硝化生物脫氮除磷工藝，其中反硝化主要在缺氧池中進行，硝化主要在好氧池中進行，A2/O工藝不但具有穩定的脫氮功能，而且對CODCr，BOD5、磷酸鹽等有較高的去除率，處理深度較高，剩余污泥量較少。A1區控制ρ（DO）≤0.2 mg/L，A2區控制 ρ（DO） ≤ 0.5 mg/L，O 區控制 ρ（DO）約 3 mg/L。

3 主要處理構筑物設計參數

3.1 調節池

調節池1座，尺寸5.0 m×4.0 m×3.3 m，鋼砼。HRT=18 h。內設提升泵 2 臺：WQ10-10-1.1，Q=10 m3/h，H=10 m，N=1.1 kW，1用1備。 潛水攪拌器2臺：QJB0.85/8-260/3-740，N=0.85 kW。

3.2 氣浮池

氣浮池1座，尺寸4.3 m×1.5 m×2.5 m，碳鋼。混凝池：HRT=15 min，每格 0.625 m3，有效容積 1.25 m3；接觸室：HRT=1 min，V上升=20 mm/s，有效容積1.25 m3；分離室：HRT=20 min，V=2.0 mm/s，有效容積 6.0 m3；貯水池：HRT=2 h，V=0.5 m/s，有效容積5.0 m3。內設攪拌機 1臺：ZJ-470,N=1.1 KW；容氣釋放器2個：TJ-Ⅰ,0.35 MPa；珩車式刮渣機 1臺，L=1.5 m，N=0.75 kW；出水堰1套。配套空壓機臺：Z-0.025/6，N=0.375 kW；全自動加藥裝置2套。

3.3 內循環微電解反應器

內循環微電解反應器1座，尺寸D1.5 m×3.0 m，碳鋼。HRT=1.5 h，有效容積4.5 m3。內設攪拌機1臺：ZJ-470,N=1.1 kW；pH在線監測儀1套。

3.4 Fenton氧化反應釜

Fenton氧化反應釜1座，尺寸D2.0 m×3.0 m，碳鋼。HRT=2 h，有效容積6.3 m3。內設攪拌機1臺：ZJ-470,N=1.1 kW；pH在線監測儀1套，全自動加藥裝置1套。

3.5 中和沉淀池

沉淀池2座，尺寸1.5 m×1.0 m×4.5 m，碳鋼。表面負荷 1.1 m3/（m2·h），面積 1.5 m2。 內設斜管及出水堰各1套。

3.6 水解酸化池

水解酸化池2座，單格尺寸5 m×1.0 m×4.5 m，鋼砼。HRT=11 h，有效容積35 m3。內設潛水攪拌機2 臺：QJB0.85/8-260/3-740C（N=0.85kW）；提升泵 4臺 ：WQ10-10-1.1，Q=10 m3/h，H=10 m，N=1.1 kW，2用2備。ORP在線分析儀1臺，控制工段的ORP＜-250 mV。

3.7 A2/O池

A2/O池2座，單格尺寸6.6 m×1.0 m×4.5 m（鋼砼）：其中A1區1.2 m×1.0 m×4.5 m，HRT=3 h；A2區1.6 m×1.0 m×4.5 m，HRT=4 h；O區4.0 m×1.0 m×4.5 m，HRT=10 h。混合液回流比為200%，污泥回流比為100%，MLSS取2 000～3 000 mg/L，污泥負荷取 0.24 ～ 0.35 kg/（kg·d）。

A1區內設潛水攪拌機2臺，N=0.85 kW；A2區內設潛水攪拌機2臺，N=0.85 kW；O區配套鼓風機2臺，風量2 m3/min，壓力70 kPa，功率 7.5 kW，1用1備，消泡系統1套。A2/O工藝內配置ORP在線監測儀，控制厭氧段的ORP＜-250 mV，缺氧段在-100 mV左右，好氧段在40mV以上，保證系統運行的安全和穩定。

污泥回流泵 2 臺：WQ10-10-1.1，Q=10m3/h，H=10 m，N=1.1kW，1用1備。混合液回流泵2臺：WQ10-10-1.1，Q=10m3/h，H=10m，N=1.1kW，1 用 1 備。

3.8 二沉池

沉淀池2座，尺寸1.5 m×1.0 m×4.5 m，鋼砼。表面負荷 1.1 m3/（m2·h），面積 1.5 m2。 內設斜管及出水堰各1套。

3.9 消毒/出水池

消毒/出水池1座，尺寸2.0 m×2.0 m×4.5 m，鋼砼。HRT=5 h，有效容積14.4 m3。內設提升泵2臺：WQ10-10-1.1，Q=10 m3/h，H=10 m，N=1.1 kW，1用1備；液位控制器1套。配套消毒劑加藥裝置1套。

3.10 污泥儲池

污泥儲池1座，尺寸1.0 m×2.0 m×4.5 m，鋼砼。 HRT=2.5 h，有效容積8 m3。

4 運行效果

本工程經過調試運行穩定后，處理效果見圖2～圖5。

圖2 進出口實測數據（CODCr）

圖3 進出口實測數據（BOD5）

圖4 進出口實測數據（SS）

圖5 進出口實測數據（NH3-N）

結果表明，該處理工藝對 CODCr，BOD5，SS，NH3-N的平均去除率分別為97.6%，94.3%，81.6%，94.6%，出水水質均可達到GB 8978—1996《污水綜合排放標準》三級標準，運行穩定后能保證一定的出水水質。

5 運行成本

運行穩定后，設備運行功率為560 kW·h/d,電費約4.5元/t；藥劑費約3.2元/t；人工費2.1元/t；總運行成本約9.8元/t。

6 結 語

（1）以氣浮-內循環微電解-Fenton法作為預處理工藝能夠有效地去除精細化工廢水中的SS，顯著地提高其可生化性，且內循環微電解工藝與傳統微電解工藝相比，具有傳質效果好、填料不易板結的特點。

（2）經預處理后的廢水通過水解酸化-A2/O作為主體的生化處理工藝，運行穩定后，出水水質可達到GB 8978—1996《污水綜合排放標準》三級標準。