蒸發/芬頓/生化/工藝處理塑膠化工廢水*

蔣立先，王 震，范文博，胡月婷，王濟來，操時榮，肖雪林

(1 杭州職業技術學院生態健康學院，浙江 杭州 310032；2 杭州上方環保科技有限公司，浙江 杭州 310014；3 中建八局華中建設有限公司，湖北 武漢 430000)

浙江某塑膠材料有限公司成立于2012年，目前是一家專業從事PVC塑膠板帶生產及液體鈣鋇鋅穩定劑復配的企業。鈣鋅/鋇鋅/鉀鋅穩定劑是一種主要的PVC塑膠材料添加劑(熱穩定劑)，適用于PVC透明薄膜、PVC人造革及電線電纜膠粒等，具有良好的熱穩定性、防止硫化污染等優點，具有良好的市場前景。PVC塑膠板帶主要是用于休閑家具和沙灘家具、庭院家具、室內家具裝飾燈，目前休閑家具產品的國際、國內市場用量均呈逐年上升態勢，且出口量大。公司現有老廠區成立于2012年，老廠區不是專門的化工集中區，考慮今后的長遠發展，現企業自身要求實施整體搬遷，搬遷至當地化工集中區，需要對該新建廠區的廢水進行處理達標排放。

廢水處理后按照《污水綜合排放標準》(GB8978-1996)三級排放標準進行排放。該廠區的廢水主要包鈣鋅熱穩定劑、鋇鋅熱穩定劑、鉀鋅熱穩定劑生產過程中產生的分離廢水，主要污染物為COD、石油類等。生產工藝廢水主要污染物是有機酸(包括油酸，異辛酸，苯甲酸，新癸酸，月桂酸，白油等)和堿(包括氫氧化鈣，氫氧化鉀，氫氧化鋅，氫氧化鋇等)中和反應過程產生的少量廢水，廢水中含有揮發性有機酸，少量有機酸鹽，檢測化學需氧量COD值高達19萬 mg/L以上，屬于高難度難降解的有機污染物[1-4]。根據環評要求結合技術分析，本項目將生產工藝廢水單獨預處理，即工藝廢水經蒸發系統處理后，冷凝水再進入后續廢水處理系統，同時蒸發系統母液可作為生產原料回用。

1 設計指標

1.1 設計進水水量與水質

根據環評要求并和業主確認，公司該新建廠區分成生產區和生活區，生產工藝廢水預處理水量約1 m3/d，預處理后與生活污水混合處理。在根據實地調查該廠正常生產運營時情況同時，需考慮部分設計余量，本工程生產廢水設計水量為10 m3/d。生產和生活廢水水質詳情如表1所示。

表1 設計進水水質情況 Table 1 Design influent quality and quantity

1.2 出水達標要求

公司廢水經過處理后納管，根據環評要求，本項目生產工藝廢水、公用工程廢水收集后經污水站預處理達到《污水綜合排放標準》(GB8978-1996)三級標準后納管至污水廠處理。具體見表2。

表2 出水排放標準Table 2 Effluent discharge standard

2 工藝流程設計

本項目生產廢水中含有較多的脂肪酸、芳香酸及其金屬鹽，該類有機物難生物降解，并且濃度較高，并且該類物質對生化微生物有較強的抑制作用，需要采用一定的預處理手段來破壞長鏈基團，提高廢水的可生化性[5-9]。然而，直接化學氧化效率較低，并且成本較高。結合本工程特點，并結合企業的自身特點，本項目生產廢水先進行蒸發脫鹽，冷凝水去后續廢水處理，冷凝水利用兩級Fenton工藝進行預處理，降解高濃度COD，出水和生活污水混合再經厭氧+好氧處理，在利用臭氧氧化進行深度處理[10-14]。

本項目的污水處理工藝流程圖詳見圖1。

(1)廢水處理：生產工藝廢水收集后，進入隔油收集池，進行初步隔油，去除部分油脂以及其他較大塊顆粒物，然后用蒸發器脫鹽，冷凝水排入一級芬頓反應池，池中投加芬頓藥劑反應，出水進入二級芬頓池。二級芬頓反應出水流入綜合調節池。同時，蒸發前的蒸發母液主要成分為高沸點脂肪酸和芳香酸的金屬鹽(產品)，可回收利用。生活污水、濾液等排入綜合調節池，與預處理后的生產工藝廢水混合，均質均量后提升至生厭氧池，厭氧池中對污染物進行降解，生成小分子有機物，污水進入初沉池確保厭氧生物菌種的活性劑數量。出水進入好氧池，利用好氧菌種的作用將小分子有機物進一步降解，混合液在二沉池中進行泥水分離，出水進入排水池，后進入精濾臭氧組合氧化深度處理，最終達標納管。

(2)污泥處理與處置：本項目污泥主要分2種，其一是生化剩余污泥，其二是Fenton反應后的混凝污泥。污泥在污泥池中濃縮，然后在污泥泵的作用下進入到污泥脫水機進行脫水。形成的泥餅妥善處置。污泥濃縮池上清液、污泥脫水機壓濾液進入到綜合調節池中。

(3)項目運維：在實際工程運行與維護過程中，城市污水處理廠的城市污水中的氮、磷等營養元素一般都能滿足微生物的需要，且有過剩。由于本項目廢水中缺少微生物新陳代謝必要的氮磷元素，所以需要定期投加額外的營養元素。為了滿足微生物生長所需要的營養，碳氮磷比(100∶5∶1)以及微量元素(S、Fe、Mn等)，在好氧池添加定量的尿素，當好氧池COD約為300 mg/L，正常氨氮控制在15 mg/L以下，本項目主要是降解COD，可以讓氨氮控制在低濃度(低于5 mg/L)，得以培養出專性降解COD的菌群。另外需要定期向生化池投加微量元素，滿足微生物的正常生長。

圖1 廢水處理工藝流程圖Fig.1 Flow chart of wastewater treatment process

3 主要構筑物及設計參數

主要構筑物包括：隔油集水池、芬頓反應池、綜合廢水調節池、生化組合池、排水池、精濾臭氧組合塔、污泥池、綜合用房、標準排放口等。生產廢水蒸發器及配套部分由業主統一購買。

3.1 隔油調節池

功能說明：去除表面浮油以及大塊顆粒物；設計參數：2.0×2.0×4.5 m；數量：2座(1用1備)；結構：半地下鋼砼結構；設備配置：攪拌裝置2套，提升泵2 臺。

3.2 芬頓反應池

功能說明：匯集蒸發器(單蒸釜)出水，在池內投加芬頓藥劑，產生Fenton反應，利用Fenton反應產生的強氧化物破除廢水中的難降解基團；設計參數：2.0×2.0×4.5 m；數量：2座(1用1備)；結構：半地下鋼砼結構；設備配置：提升泵2臺、排泥泵2臺、液位計2套，pH計2套、攪拌裝置2套等。

3.3 綜合廢水調節池

功能說明：匯集生產廢水和生活污水等，攪拌使其均質均量；設計參數：有效容積30 m3；數量：1座；結構：全地下鋼砼結構；設備配置：提升泵2臺、液位計1臺、攪拌裝置2套等。

3.4 生化組合池

功能說明：按功能分為厭氧反應區和好氧生化區，先厭氧提高可生化性，然后利用A/O系統分解去除廢水中的有機污染物；設計參數：9.55×6.55×4.5 m；厭氧區有效容積80 m3，好氧區80 m3；數量：1座，含厭氧池、初沉池、好氧池以及二沉池；結構： 半地下鋼砼結構；設備配置：回轉鼓風機2臺，Q=3.5 m3/min，P=0.04 MPa；含AFET厭氧反應區、A/O生化區和沉淀區，內置布水系統、微孔曝氣系統、回流系統和出水系統等。

3.5 排水池

功能說明：收集二沉池出水并提升至精濾臭氧組合塔；設計參數：5.0×2.0×2.5 m；數量：1座；結構：全地下鋼砼結構；設備配置：含提升泵2臺，液位計1臺。

3.6 精濾臭氧組合塔

功能說明：廢水精濾后利用臭氧的強氧化性去除廢水中的難降解有機物；設計參數：Φ600×6000 mm；數量：1座；結構：SUS304 不銹鋼；設備配置：臭氧發生裝置，規格50 g/h，空氣源，含顯示儀表，水冷接口等；臭氧投加裝置，布水裝置，接觸裝置等；精濾裝置1座。

3.7 污泥池

功能說明：收集初沉池以及二沉池污泥并提升至污泥脫水機；設計參數：5.0×2.0×2.5 m；數量：1座；結構：全地下鋼砼結構；設備配置：含污泥1臺。

3.8 綜合用房

功能說明：含值班室、化驗室、風機房和衛生間等；設計參數：13.5×4.0×3.5 m；數量：1座；結構：磚混結構。

3.9 標準排放口

功能說明：將處理完成的廢水納管排放；設計參數：3.0×0.8×0.6 m；數量：1座，結構：磚混結構。

4 運行效果

該項目經過調試、試運行生產后，期間系統運行穩定且處理效果基本平穩。2022年8-9月各主要處理單元平均進出口情況如表3，其中，綜合廢水總排放口中CODCr<300 mg/L 、SS<100 mg/L、石油類<10 mg/L均達到排放標準，設施出口出水水質指標詳見表3。

表3 主要處理單元出水平均水質Table 3 The average effluent quality of main treatment units

5 廢水集中處理運行費用

程運行費用主要分為動力費(電費)、人工費、藥劑費等。其中，生產廢水的蒸發器為主要的耗能設備，綜合能耗約52元/m3。其他廢水處理部分正常運行負荷為112.3 kW·h/d，換算單位體積廢水需要的電耗為11.23 kW·h/m3。若電費為0.80元/kW·h，則電費為11.23 kW·h /m3×0.80元/kW·h=8.99元/m3。廢水處理設施維護人員1名，工資約30000元/人·年，人工費用約為8.2元/m3廢水。本工程所用藥劑常規試劑，費用19.3元/m3。綜上所述，本項目單位體積廢水處理總費用為88.49元/m3。

6 結 語

該項目廢水成分復雜，采用“隔油+蒸發+二級芬頓+生化+臭氧”組合工藝處理該高難度難降解工業廢水，經過處理，系統運行穩定，廢水處理設施總排口達到排放要求；其中廢水處理實施出口對高難度難降解的COD去除率達到了98%以上，即CODCr≤300 mg/L，出水水質達到了納管排放標準。