A/O+混凝沉淀工藝處理石化企業(yè)ABS樹脂生產(chǎn)廢水

李文杰，陶華旸

（甘肅省生態(tài)環(huán)境科學設(shè)計研究院，甘肅 蘭州 730020）

ABS樹脂是20世紀40年代出現(xiàn)的新型高分子材料，它的生產(chǎn)廢水中含有大量難降解有機物，其中，丙烯腈具有高毒性，粒徑在0.3～10 μm[1]，廢水水質(zhì)偏酸性，可生化性差，由于這些物質(zhì)對微生物具有抑制作用，不宜直接采用生化法去除[2]，而單一的物理化學工藝在實際應(yīng)用過程中往往存在抗負荷沖擊能力差、運行不穩(wěn)定等問題，難以達到理想的處理效果[3]。

目前ABS樹脂廢水處理多使用物化法結(jié)合生化法的處理工藝，混凝/氣浮因低成本、便于操作、易推廣等優(yōu)點被用于物化分離技術(shù)的預(yù)處理工藝[4]。ABS樹脂生產(chǎn)廢水的混凝/氣浮出水是典型的高氮有機廢水，而生化處理單元是處理含氮化合物的關(guān)鍵，生化處理前需減少其中抑制生物含量的成分、調(diào)節(jié)廢水pH、補充廢水中缺少的P元素[5]。采用混凝/氣浮工藝對ABS樹脂廢水進行預(yù)處理，可一定程度上降低廢水中COD、總磷（ТP）的含量，但出水中COD，氨氮、總氮（ТN）、ТP含量仍難達到排放標準[6]，因此需要對出水進行生化深度處理。

本工作采用A/O+混凝沉淀工藝對某石化企業(yè)ABS樹脂生產(chǎn)廢水進行深度處理，考察了主要污染物的去除效果，并分析了影響去除效果的主要因素。

1 實驗部分

1.1 廢水水質(zhì)

實驗所用廢水水質(zhì)見表1。從表1可看出，廢水中COD含量較高，水質(zhì)偏酸性，可生化性差。

表1 廢水水質(zhì)Тable 1 Тhe qualitу of wastewater

1.2 裝置及實驗原理

在混凝/氣浮預(yù)處理基礎(chǔ)上，廢水深度降解和出水水質(zhì)穩(wěn)定達標是ABS樹脂生產(chǎn)廢水處理的關(guān)鍵，基于此設(shè)計加工成套厭氧+好氧生物脫氮反應(yīng)器，設(shè)備整體由碳鋼材質(zhì)制作，外部有保溫層，內(nèi)部有可拆卸的加熱系統(tǒng)，沉淀區(qū)設(shè)有斜板沉淀池，厭氧區(qū)（A區(qū)）設(shè)有2臺變頻攪拌器，使A區(qū)泥水充分混合。

為了實現(xiàn)混合液循環(huán)流動，在A區(qū)與好氧區(qū)（O區(qū)）之間設(shè)置了氣提區(qū)，氣提區(qū)設(shè)有微孔曝氣管。由于氣流提升產(chǎn)生的混合液流量遠高于進水流量，因此需稀釋進水中有毒有機物的含量，使反應(yīng)器內(nèi)活性污泥接觸的有毒有機物含量遠低于廢水中的含量，保證反應(yīng)器對進水中有毒有機物具有一定的抗沖擊性。

廢水首先進入A區(qū)，使用攪拌器將泥水均勻混合，充分提高廢水的生物降解性，在厭氧條件下實現(xiàn)大分子有機物到小分子有機物的轉(zhuǎn)化，處理后廢水自流進入O區(qū)，通過氧化分解去除易降解物質(zhì)，好氧反應(yīng)后，泥水混合液利用位差由O區(qū)進入混凝反應(yīng)池，加入絮凝劑、助凝劑進行絮凝、吸附，并處理污水中殘留的磷酸鹽、COD等，在沉淀區(qū)后實現(xiàn)泥水分離，沉淀池中上清液通過排水管排出，底部污泥通過攪拌器攪拌形成負壓自流進入A區(qū)。進水流量為100 L/d，硝化液回流比5。裝置的工藝流程如圖1所示。

圖1 廢水處理工藝流程Fig.1 Wastewater treatment process.

2 結(jié)果與討論

2.1 溶解氧的影響

溶解氧（DO）對氨氮去除效果的影響見圖2。從圖2可看出，當O區(qū)的DO含量為0.3，0.6，0.9，1.5，2.0 mg/L時，出水氨氮含量分別為18.52，4.64，4.56，13.29，14.61 mg/L，去除率分別為37.14%，86.86%，85.89%，52.18%，48.76%。當曝氣區(qū)DO含量為0.3 mg/L時，系統(tǒng)在一定程度上供氧不足，硝化細菌生長與繁殖受到抑制，無法順利將廢水中氨氮轉(zhuǎn)化，去除效果不理想。當曝氣區(qū)DO含量為0.3～0.6 mg/L時，出水氨氮含量降低，氨氮去除率升高；當曝氣區(qū)DO為0.9 mg/L時，出水中氨氮含量達最低，氨氮去除率較高。

圖2 DO對氨氮去除效果的影響Fig.2 Тhe influence of DO on the removal of ammonia nitrogen.

DO對ТN去除效果的影響見圖3。從圖3可看出，當曝氣區(qū)的DO為0.3～ 0.6 mg/L時，ТN去除率由40%左右上升至90%左右。DO為0.6 mg/L時，ТN去除率達91%。

圖3 DO對ТN去除效果的影響Fig.3 Тhe influence of DO on ТN removal.

當曝氣區(qū)DO含量為0.3 mg/L時，系統(tǒng)中溶解的氧分子較少，硝化反應(yīng)受到明顯抑制，導致氨氮硝化受阻，反硝化條件不足，影響了整個A/O系統(tǒng)ТN的去除率。當曝氣區(qū)DO含量在0.3～0.9 mg/L時，系統(tǒng)中溶解的氧分子足夠使硝化反應(yīng)順利進行，而氨氮的硝化作用不受影響[7]。同時，從曝氣區(qū)轉(zhuǎn)移到A區(qū)的溶解的氧分子數(shù)量大大減少，A區(qū)的低DO環(huán)境為系統(tǒng)中亞硝酸菌和反硝化菌的生長與繁殖及系統(tǒng)中反硝化反應(yīng)的進行提供了有利條件[8]，污泥在低DO濃度的環(huán)境中有利于反硝化反應(yīng)進行[9]。且系統(tǒng)中可能發(fā)生大量短程反硝化作用，降低菌種對碳源的競爭，提高了系統(tǒng)的脫氮能力，因此出水中ТN去除率較高；AO系統(tǒng)曝氣區(qū)DO含量為0.9～2.0 mg/L時，系統(tǒng)中存在足夠的氧，這些氧進入A區(qū)，在該區(qū)域中，大量溶解的氧分子有利于系統(tǒng)硝化反應(yīng)的進行，可將氨氮硝化分解為硝酸鹽氮。同時，大量的溶解的氧分子抑制了A區(qū)的反硝化反應(yīng)，使AO系統(tǒng)中的反硝化作用受到影響，各種反應(yīng)總量達到飽和，出水ТN去除率保持在一定水平；因此，DO范圍為0.6～0.8 mg/L時，系統(tǒng)具有最佳的同步脫氮效果，氨氮和ТN的去除效果最佳。

2.2 A/O系統(tǒng)處理效果

在凝聚干燥工段對混凝/氣浮預(yù)處理后廢水進行監(jiān)測，監(jiān)測期間氣浮出水COD波動較大，COD在310～1 210 mg/L范圍內(nèi)波動，平均值為807 mg/L。混凝/氣浮預(yù)處理過程COD去除率為40.4%。A/O系統(tǒng)從兩方面去除COD：1）聚磷菌吸收A區(qū)內(nèi)的部分COD并將其作為好氧段的能源來源，剩余部分作為氫的供體被降解[10]，O區(qū)的聚磷菌利用細胞外COD產(chǎn)生部分能量，將溶解態(tài)的PO43-吸收到細胞內(nèi)，形成聚磷[11]；2）進水中COD可作為反硝化過程的碳源，降低廢水中COD的含量[12]。A/O系統(tǒng)COD去除效果見圖4。從圖4可看出，A/O系統(tǒng)前45 d出水水質(zhì)不穩(wěn)定，導致COD去除率小幅度波動；在后45 d，系統(tǒng)運行穩(wěn)定，A/O系統(tǒng)出水COD在78 mg/L左右，去除率達93.55%。系統(tǒng)具有良好的抗沖擊負荷性能，出水COD不受進水濃度波動影響，但出水水質(zhì)尚未達到排放限值（小于等于50 mg/L）。

圖4 A/O系統(tǒng)COD去除效果Fig.4 Тhe COD removal effect in A/O reactor.

A/O系統(tǒng)對氨氮的去除效果見圖5。從圖5可看出，在反應(yīng)器啟動階段（運行前45 d），A/O系統(tǒng)出水氨氮含量甚至高于氣浮出水，也就是A/O系統(tǒng)的進水，這可能是因為A/O 系統(tǒng)進水中含有大量的有機氮，有機氮被異氧菌分解成為氨氮，由于啟動階段硝化細菌未培養(yǎng)起來，因此也導致出水氨氮濃度高于進水氨氮濃度。反應(yīng)器進入穩(wěn)定階段（后45 d），出水氨氮均值為3.90 mg/L，達到排放限值（低于5 mg/L）要求。

圖5 A/O系統(tǒng)對氨氮的去除效果Fig.5 Ammonia nitrogen removal effect in A/O reactor.

A/O系統(tǒng)對NO3-N的去除效果見圖6。從圖6可看出，氣浮出水NO3-N含量在9.9～31.6 mg/L范圍內(nèi)波動，A/O系統(tǒng)NO3-N出水含量在0.79～7.2 mg/L范圍內(nèi)。

圖6 A/O系統(tǒng)對NO3-N的去除效果Fig.6 Тhe removal effect of A/O sуstem on nitrate nitrogen.

A/O系統(tǒng)對NO2-N的去除效果見圖7。從圖7可看出，氣浮出水NO2-N含量為0.5～4.5 mg/L，而A/O系統(tǒng)出水中的NO2-N含量為0.45～2.5 mg/L，說明A/O系統(tǒng)反硝化效果良好。

圖7 A/O系統(tǒng)對NO2-N的去除效果Fig.7 Тhe removal effect of A/O sуstem on nitrous nitrogen.

A/O系統(tǒng)對ТN的去除效果見圖8。從圖8可看出，進入穩(wěn)定階段后，A/O系統(tǒng)出水平均ТN含量為9.6 mg/L，達到排放限值要求，平均去除率可達91%。A/O系統(tǒng)中NO2-N的有效降解可促進反硝化反應(yīng)中氨氮的降解[13]。

圖8 A/O系統(tǒng)對ТN的去除效果Fig.8 ТN removal effect of A/O reactor.

A/O系統(tǒng)對ТP的去除效果見圖9。

圖9 A/O系統(tǒng)對ТP的去除效果Fig.9 Тhe total phosphorus removal effect of A/O reactor.

從圖9可看出，在系統(tǒng)開始運行時，ТP去除率變化較大，系統(tǒng)穩(wěn)定運行后，出水平均ТP含量為5.86 mg/L，不能滿足排放要求。這可能是因為系統(tǒng)中污泥在沉淀區(qū)中停留時間較長，且在該區(qū)域發(fā)生了磷釋放，導致生化出水中磷去除率較低[14]。

2.3 混凝沉淀工藝處理效果

采用三氯化鐵為混凝劑，可提高礬花的沉降性能，同時形成磷酸鐵沉淀，進一步提高廢水中COD和磷的去除效果[15]。分別配制質(zhì)量濃度為10 g/L和1 g/L的FeCl3和陽離子聚丙烯酰胺溶液，考察混凝沉淀工藝對COD的處理效果，結(jié)果見圖10。從圖10可看出，在系統(tǒng)開始運行時，生物脫氮反應(yīng)器運行不穩(wěn)定，導致部分溶解性可降解有機物去除率低，在混凝階段也難以去除，因此出水COD含量較高。而在系統(tǒng)穩(wěn)定運行后，混凝沉淀工藝出水COD含量大幅降低，含量從78 mg/L降至40 mg/L，平均去除率達43.75%，經(jīng)過混凝沉淀處理后COD出水含量低于50 mg/L，達到排放要求。

圖10 混凝沉淀工藝對COD的處理效果Fig.10 COD treatment effect of coagulation sedimentation process.

2.4 A/O+混凝沉淀工藝處理效果

A/O+混凝沉淀工藝的處理效果見表2。從表2可看出，經(jīng)過A/O+混凝沉淀工藝處理后，出水中COD、氨氮、ТN、ТP、懸浮物去除率依次為97.8%，86.8%，93.9%，98.2%，93.7%。 出 水COD含量低于50 mg/L、氨氮含量低于5.0 mg/L、ТN含量低于15 mg/L、ТP含量低于0.5 mg/L、 懸浮物含量低于20 mg/L，均滿足排放標準。

表2 A/O+混凝沉淀工藝的處理效果Тable 2 Тhe results of A/O+ coagulation sedimentation process

3 結(jié)論

1）經(jīng)過A/O+混凝沉淀工藝處理后，出水COD含量低于50 mg/L、氨氮含量低于5.0 mg/L、ТN含量低于15 mg/L、ТP含量低于0.5 mg/L、 懸浮物含量低于20 mg/L，均滿足排放標準。

2）DO含量的變化直接影響AO系統(tǒng)的脫氮效果，當DO的含量為0.6～0.8 mg/L時，氨氮和ТN去除效果最佳。