“絮凝—氣浮—生化處理(UASB—A/O)—Fenton氧化”組合工藝處理丙烯酸酯橡膠生產廢水

楊興兵,邱 仁

(九江杜威橡膠科技有限公司,江西 九江 332700)

化工廢水成分復雜，有機物濃度較高，含大量難降解物，且流量和流速不穩定［1］，處理難度較大［2-4］。橡膠生產工藝復雜，廢水產生量較大。采用乳液聚合法合成橡膠后需要凝膠破乳，產生的廢水不僅鹽分高，還含有大量的引發劑、表面活性劑、有機單體等，成分較為復雜［5］。已有相關研究采用Fenton氧化—混凝沉降、A/O—Fenton氧化—混凝等組合工藝處理丁苯、氯丁、丁腈等橡膠所產生的廢水［6-8］。

丙烯酸酯橡膠（ACM）具有耐熱、耐油、耐高溫的特性，多用于汽車行業。在其生產廢水中含有大量的有機化合物和懸浮物，無法達到國家法定排放標準，因此必須處理合格后才能排放［9］。ACM生產廢水的研究遠不如其他橡膠廢水深入，僅有高明華［9］于2002年在實驗室采用“沉淀—完全混合式活性污泥法”處理了ACM工業廢水，但未見有實際生產中處理ACM廢水的報道。

本工作采用“絮凝—氣浮—生化處理（UASB—A/O）—Fenton氧化”組合工藝處理5 000 t/a生產裝置的ACM生產廢水。主要介紹了各工藝段的設計參數及設備選型，并研究了厭氧/好氧污泥的篩選、馴化及培養條件。最終該工藝處理的廢水達到工業園區污水處理廠的接收指標，且該工程已穩定運行1 a時間。

1 工程概況及總體工藝設計

本項目依托杜威橡膠科技有限公司5 000 t/a ACM生產廢水處理工程。ACM生產廢水的特性為：含有大量的乳化劑、絮狀懸浮物、細顆粒膠沫、丙烯酸酯單體、有機助劑和其他各類無機鹽類物質。廢水水質及排放見表1。

工程設計前對廢水樣品進行實驗室小試，然后根據小試工藝進行放大。設計處理廢水能力為300 t/d，瞬時最大流量為15 t/h。本工程主要工序為：首先使生產廢水及廢氣塔廢液進入原水調節池，主要調節廢水溫度和pH；再依次進入絮凝沉淀池及氣浮機，采用聚合氯化鋁 （PAC）及聚丙烯酰胺（PAM）凝聚除去橡膠顆粒；再經過UASB—A/O生化池進行生化處理；通過二沉池、調酸池后進入Fenton氧化池進行化學處理。出水經三沉池到清水池，經巴歇爾槽在線水質檢測儀檢測合格后外排至工業園區的污水處理廠。ACM生產廢水處理工藝流程見圖1。

2 主要構筑物設計

2.1 調節池

工藝尺寸：6.0 m×6.0 m×3.2 m。主要作用：調節廢水水質、廢水溫度。

表1 廢水水質及排放指標

2.2 絮凝反應沉淀池

工藝尺寸：6.0 m×6.0 m×6.0 m。主要作用：采用絮凝劑絮凝沉淀廢水中大量的懸浮物及ACM小顆粒，避免這些物質對后續管道的堵塞。固態沉淀通過排泥的方式進入污泥池，上清液進入下一道工序。在加入絮凝劑的同時通過流量計調節加入少量氫氧化鈉溶液，調節pH至7~9，滿足后續工藝需要。

2.3 氣浮機

工藝尺寸：3.5 m×2.3 m×3.0 m。經過絮凝沉淀處理的廢水不能直接進入生化系統。由于絮凝池容積有限，絮凝劑與廢水中顆粒接觸的效率不可能達到100%［10］。由于藥劑過量、人工操作局限性、進水濃度不一致等原因，絮凝出水還需進一步氣浮處理，然后通過刮板機把上浮的懸浮物刮入污泥池，下清液進入中間水池。

2.4 UASB池

工藝尺寸：7.0 m×8.0 m×8.5 m。氣浮出水在中間水池靜止后進入UASB池。UASB池按照三相分離的原則構筑，進水用泵以連續或脈沖方式由反應器底部均勻進入污泥床區，與厭氧顆粒污泥充分接觸反應，80%以上的有機物被厭氧微生物分解成沼氣［11］。液體、氣體與固體形成混合液流上升至裝配式三相分離器，使三者很好地分離，顆粒污泥回流到污泥床內，沼氣通過導管進入廢氣系統處理，處理過的廢水由出水槽排走。

2.5 A/O曝氣池

工藝尺寸：2個6.0 m×4.0 m×7.0 m反應槽和4個6.0 m×3.5 m×7.0 m反應槽。A/O系統具有硝化-反硝化的作用。硝化反應是在好氧狀態下，將氨氮轉化為硝酸鹽氮的過程。反硝化反應是由一群異養性微生物完成的生物化學過程，它的主要作用是在缺氧（無分子態氧）的條件下，將硝化過程中產生的亞硝酸鹽和硝酸鹽還原成氣態氮（N2）。

在活性污泥池中，活性污泥對廢水中的有機物進一步生化降解。通過菌種自身代謝，把有機污染物部分轉化為菌種自身所需能量，分解成二氧化碳、水和氮氣，達到有機物降解目的。菌種代謝的老化污泥，通過排泥進行更新，確保系統處理的穩定。

圖1 ACM生產廢水處理工藝流程

2.6 二沉池

工藝尺寸：φ5.0 m×4.5 m。在二沉池中，活性污泥與清液分離，污泥部分回流至A/O曝氣池，部分排放至污泥池。

2.7 Fenton氧化池

工藝尺寸：3.0 m×3.0 m×3.0 m，共5個單元。上述過程中因為各種原因還未達到排放標準的廢水，采用Fenton氧化系統進一步處理，加入氧化劑（w=27.5%的雙氧水）、還原劑（硫酸亞鐵）、硫酸溶液（w=10%）進行處理，并調節處理后廢水的pH至符合排放標準，出水進入三沉池。

2.8 三沉池

工藝尺寸：φ5.0 m×4.5 m。在三沉池中，Fenton氧化污泥與上清液分離，污泥進入污泥池，清水通過溢流槽進入清水池再通過管道送到園區污水廠。

2.9 污泥池

工藝尺寸：5.0 m×3.0 m×3.2 m，共2個單元。污泥池1用于沉淀絮凝沉淀池的污泥；污泥池2用于沉淀氣浮機刮板機的懸浮物以及厭氧池、二沉池、三沉池排放的污泥。在每個污泥池的上端設置一個板框壓濾機（基座尺寸：1.3 m×4.5 m），采用壓縮空氣和隔膜泵抽取污泥，壓濾出水回流到氣浮機，污泥進行無害處理。

3 調試及運行

3.1 生化系統

3.1.1 厭氧/好氧污泥的馴化

本項目國內未有成熟工藝和微生物菌種，故從生活污水廠購置60 t活性污泥，在UASB—A/O生化池中進行馴化和培養［12］。按照體積容量將活性污泥分別加入各池，在厭氧和好氧環境下馴化厭氧菌群和好氧菌群。馴化期間的配水方法為在1 L自來水中按照C，N，P質量比為100∶5∶1的比例投入淀粉（6.413g）、尿素（0.125g）、磷酸二氫鉀（0.057g）等營養物質。在UASB—A/O生化池中注入配水2 d后，逐漸減少配水直至不加，再逐漸注入經絮凝、氣浮后的ACM生產廢水，使生化進水COD從50 mg/L逐漸提高到1 000 mg/L。馴化的效果通過觀察污泥外觀（淡黃色）、測定30 min污泥沉降比（SV=30%~50%）、顯微鏡觀察細菌活力等方法判斷。

3.1.2 生化進水COD對污泥沉降比的影響

污泥初始馴化階段適宜的進水COD較低，故實驗選擇生化進水COD為50~1 000 mg/L。在水溫為室溫、pH為8、進水流量為6 m3/h的條件下，生化進水COD對污泥沉降比的影響見圖2。由圖2可見，隨著進水COD的增大，污泥沉降比先增大后減??；當生化進水COD達200 mg/L時，污泥沉降比達到最大值30%。因此生化系統在篩選、馴化污泥階段的進水COD在200 mg/L左右最佳。

圖2 生化進水COD對污泥沉降比的影響

3.1.3 生化進水pH對污泥沉降比的影響

在水溫為室溫、生化進水COD為200 mg/L、進水流量為6 m3/h的條件下，生化進水pH對污泥沉降比的影響見圖3。由圖3可見，當生化進水在強酸或者強堿條件下，污泥的沉降比較小，只有在弱堿性條件下污泥沉降比較大；當生化進水pH為8時污泥沉降比達到最大值30%。因此在實際運行過程中考慮生化系統在篩選、馴化污泥階段的進水pH控制在8左右最佳。

3.1.4 生化進水流量對生化處理系統去除效果的影響

在污泥馴化后期，加大進水COD，逐步滿足生產要求?，F有裝置按照300 t/d的處理能力設計，瞬時最大流量為15 m3/h，足夠滿足污水處理的連續性，且保障廢水在生化系統有36 h的停留時間［13］，有足夠的時間去除COD、BOD5和NH3-N。在水溫為室溫、生化進水COD為2 690 mg/L、BOD5為2 000 mg/L，ρ（NH3-N）為15 mg/L、pH為8的條件下，生化進水流量對生化系統COD、BOD5、NH3-N去除效果的影響見圖4。由圖4可見：隨著生化進水流量的增大，生化出水COD、BOD5、NH3-N的濃度也逐漸增大；當生化進水流量小于10 m3/h時，生化出水COD、BOD5上升較緩；當生化進水流量大于10 m3/h時，生化出水COD、BOD5急劇上升；為了滿足實際生產并使出水水質達到工業園區污水處理廠的接納標準，選擇生化進水流量為10 m3/h。此時生化出水COD為95 mg/L，BOD5為38 mg/L，ρ（NH3-N）為2.98 mg/L，各項指標均達到工業園區的排放要求。

圖3 生化進水pH對污泥沉降比的影響

圖4 生化進水流量對生化處理系統去除效果的影響

3.2 組合工藝處理系統的運行結果

在進水COD為2 690 mg/L、BOD5為2 000 mg/L、ρ（NH3-N）為30 mg/L、pH為8、進水流量為10 m3/h的條件下，組合工藝處理系統對ACM生產廢水的處理效果見圖5。由圖5可見：工程啟動運行前期，處理系統總出水的COD、NH3-N、BOD5、SS去除率均有小幅波動；運行60 d后，各項數據趨于穩定，在為期1 a的運行中，處理系統效果穩定，NH3-N去除率在90%以上，COD、BOD5、SS的去除率均大于96%，其中SS去除率高達99%。經過本組合工藝處理后，ACM生產廢水完全達到工業園區污水處理廠的接收指標（COD≤100 mg/L，BOD5≤50 mg/L，ρ（NH3-N） ≤15 mg/L，SS≤50 mg/L）。

圖5 組合工藝處理系統對ACM生產廢水的處理效果

4 結論

a）本ACM生產廢水處理工程完全達到設計要求，根據目前運行情況，設計方案完全能夠有效處理ACM生產廢水，滿足環保要求，順利排放。

b）生化系統在污泥篩選、馴化階段的進水COD在200 mg/L左右為最佳，pH控制在8為佳。

c）在進水COD為2 690 mg/L、BOD5為2 000 mg/L、ρ（NH3-N）為30 mg/L、pH為8、進水流量為10 m3/h的條件下，組合工藝處理系統穩定運行1 a，NH3-N去除率在90%以上，COD、BOD5和SS的去除率均大于96%。

d）出水水質完全達到工業園區污水處理廠的接收指標（COD≤100 mg/L，BOD5≤50 mg/L，

ρ（NH3-N）≤15 mg/L，SS≤50 mg/L）。