高濃度化工廢水處理工藝設計
——以某新材料公司二期污水處理工程為例

藺羿

（首控環境科技（上海）有限公司，上海 201100）

由于廢水中伴有多種元素，因此大大增加了廢水處理工作的難度，如何進行高濃度廢水的處理也成為了業界關注的焦點。為了實現高濃度廢水的有效處理，規劃設計了二期污水處理工程。

1 項目概況

項目為某新材料科技股份有限公司二期污水處理工程。該公司所排放廢水分為2 股，二元廢水和三元廢水。為了有效處理廢水，企業設有一期廢水處理工程，規模為450m3/d 的污水預處理設施，該污水設施建設時統籌考慮了一期年產10 萬噸/年氯乙烯-醋酸乙烯共聚樹脂產量下所排放的全部污水。該公司計劃再實施年產6 萬噸水性工業涂料基料-氯乙烯共聚乳液項目，此6 萬噸項目投產后產生一定量工業廢水，雖然6 萬噸項目污水可排入一期處理，其規模、處理工藝、以及停留時間均符合設計要求，但考慮到一期三元廢水CODcr濃度高，治理難度較大，為做到萬無一失，該企業計劃在廠區內擇地新建1 套預處理設施。二期污水處理工程建設中，仍然采用HUBF 厭氧反應器，經過不斷試驗、調試，最終完成了該項目的建設，取得各方一致的滿意。

2 廢水特點分析

從公司實際的生產情況來看，規劃了6 萬噸水性工業涂料基料——氯乙烯共聚乳液項目，項目內容中包括3 萬噸/年氯乙烯-醋酸乙烯-丙烯酸丁酯、1 萬噸/年氯乙烯-丙烯酸丁酯-環氧樹脂、2 萬噸/年氯乙烯-丙烯酸丁酯-聚硅氧烷。生產規劃莫較大，因此也會排放出大量的污水。結合廢水排放的特點來看，主要分為2 股，涉及二元廢水和三元廢水。其中三元廢水的具有一定復雜性，給予科學合理的處理方式、方法尤為必要。而針對處理后的污水若能夠有機重復利用，對于企業的發展也能夠給予積極的幫助。廢水特點為：（1）三元廢水濃度高，CODcr含量高達40000mg/L，但水中BOD5很低，B/C 比約0.1 左右，生化性非常差；（2）據了解生產原材料為氯乙烯、醋酸乙烯、馬來酸、異丙醇等，但是經過化學反應釜合成以后，變成了其他不可知的化工合成物，特性不明；（3）排放至污水處理站的廢水為反應釜清洗水，含有大量細微的白色顆粒，在自然條件下長期漂浮在水中不沉淀；（4） 二元廢水濃度低一些，CODcr約8000mg/L 左右[1]。

3 處理工藝設計

3.1 設計水質水量

污水處理工藝設計過程中，充分考慮污水處理后的無污染性，使其達到有關標準，這利于避免造成環境的污染。具體而言，根據國家有關規定，工業廢水必須在廠內進行預處理，出水達到（GB8978-1996）《污水綜合排放標準》三級標準和《污水排入城市下水道水質標準》（CJ343-2010），方可排入城市下水道；在企業領導高度重視下以及當地環保部門的關心支持下，加大了對處理工藝的規劃、設計，針對廢水特點，給予了系統的設計，確保廢水處理符合標準規定[2]。進出水標準如表1、表2所示。

表1 6 萬噸項目污水進出水標準

表2 三元廢水進出水標準

3.2 處理工藝設計

處理工藝流程如圖1 所示。

圖1 處理工藝流程

3.2.1 工藝流程設計

工藝流程設計討論階段，對原有工藝進行了分析，原工藝三元廢水采用鐵碳反應器+芬頓氧化+UASB+接觸氧化池+ABR 折板反應器+活性污泥池+二沉池+氣浮，在一定程度上而言能夠有效處理廢水，但呈現出一些問題，如鐵碳反應器容易堵塞，表層鈍化后短流，基本已失效；芬頓反應污泥量太大，運行成本高，每天噸水藥劑成本約30 元m3；芬頓反應投加的雙氧水有很濃刺鼻味，周圍居民堵門投訴。另外，還存在長期出水不達標經被環保部門處罰的情況。對此，給予了優化設計，采用《HUBF 厭氧反應 器 》（ 專 利 號 ZL.2016207619676），替換鐵碳反應器+芬頓，運行效果非常好[3]。

3.2.2 HUBF 厭氧高塔反應器

本次采用HUBF 厭氧高塔反應器（專利號ZL.2016207619676），HUBF 厭氧高塔反應器利用復雜的多層三相分離器，將厭氧過程越過厭氧初級階段，提升至產甲烷階段。三相分離器用于分離泥、水、甲烷氣和分離二氧化碳、硫化氫氣體，如產氣量大同時需要配套甲烷氣回收凈化、能源利用裝置。該廢水處理過程，不需要使用藥劑，用電能即可，同時電能耗用較少，可大幅度減少運行費用，為后續好氧生化提供有利條件。其能始終如一確保廢水處理系統內活性污泥的高度生物活性，始終保持著很高的有機物降解效率和最佳的處理效果。

3.2.3 生化剩余污泥減量

對剩余污泥減量進行了分析，單獨的減量單元都存在一定的弊端，為了提升減量效率，需要與其他工藝單元優化組合。具體為利用沼氣罐厭氧消解的原理，來降解污水處理過程中產生的剩余污泥，生化段剩余污泥實則為大量有機物的聚合，具有可降解特性。設計采用生化段剩余污泥，在污泥濃縮池降低含水率后，底部高濃度剩余污泥，泵入HUBF 厭氧罐，通過污泥厭氧消解的原理，來達到污泥減量的目的。（1）生化段剩余污泥，須經過中間池儲存消解，濃縮后再進入厭氧罐，避免大量氧氣隨污泥帶入厭氧罐，避免大水量沖擊厭氧罐進水；（2）相同水質系統內的好氧污泥，排入厭氧罐，對厭氧污泥培養有好處。未能減量的生化剩余污泥會進入污泥脫水池處理。

3.3 主要構筑物及設計參數

3.3.1 三元廢水處理系統

三元廢水設計每天處理量80m3/d，每天24 小時連續進水，每小時進水量3.5m3/h；6 萬噸項目設計每天處理量50m3/d，每天24 小時連續進水，每小時進水量2.1m3/h。合計系統處理水量為130 m3/d。系統主要包括物化預處理單元，設計處理規模：80m3/d；地下蓄水池，鋼筋混凝土結構，全地下，總容積：59.72m3，深2.7m；三元HUBF 厭氧反應罐，總容積：883m3，有效容積：861 m3，停留時間10.8d；接觸氧化池，鋼筋混凝土，地下3 米，地上5 米，池頂玻璃鋼板蓋板，總容積：483m3；接觸氧化沉淀池，鋼筋混凝土結構，地下3 米，地上5 米，池頂設有玻璃鋼板蓋板。

3.3.2 6 萬噸項目廢水處理系統

包括地下調節池，設計規格：9.0×5.0×3.0m，調節池內做防腐、防滲處理，頂部混凝土蓋板后做附屬用房，有效水深：2.7m。總容積為124.69m3；物化反應桶，規格為Φ1.5×1.5m，內做環氧煤瀝青防腐處理，鋼板結構，有效水深為1.2m；單座容積為2.65m3；6 萬噸項目廢水沉淀池，規格為3.5×3.5×8.0m，鋼筋混凝土結構，地下3 米，地上5 米，池頂玻璃鋼板蓋板，有效水深為7.7m；綜合廢水中間蓄水池，設計規格為3.5×2.375×8.0m、鋼筋混凝土結構、總容積為55.25m3、有效水深：7.7m。用于儲存混合后的廢水，供持續進入EGSB 厭氧池中間蓄水池，遵循提升泵高開低停原則；EGSB 厭氧反應池，處理對象為經過固液分離預處理后的6 萬噸項目廢水50m3/d+經過HUBF厭氧罐及接觸氧化法處理后的三元廢水80m3/d，合計進水處理量130m3/d。規格為Φ8.5×11.5m，鋼筋混凝土結構。總容積為623.88 m3，有效容積：595.52 m3。

3.3.3 綜合匯總生化處理系統

包括接觸氧化池3 座，接觸氧化池（1）：6.375×5.0×8.0m，接觸氧化池；（2）：4.625×5.0×8.0m，接觸氧化池；（3）：11.0×3.375×8.0m。有效水深：7.7m，鋼筋混凝土結構，地下3 米，地上5 米，總容積：667.75m3，有效容積：642.71m3；綜合生化沉淀池1 座，規格為4.5×3.5×8.0m，鋼筋混凝土結構，地下3 米，地上5 米，頂部混凝土蓋板做附屬用房，有效水深：7.7m；氣浮設備1 套，設計處理量：20m3/h。組合氣浮包含全套設施，加藥系統，反應區，空壓機，釋放器，刮渣等；尾水排放池1 座，鋼筋混凝土結構，規格為9.0×5.0×3.0m，深度2.7m；生化污泥池1 座，鋼筋混凝土結構，規格為4.5×3.5×3.0m，水深2.7m。主要作用為用于收集儲存自然排放的生化污泥，降低污泥含水率，然后提升至HUBF 厭氧罐和EGSB 厭氧池污泥減量

[4]。

4 調試運行情況

根據工程實際，對該公司二期污水的特性進行了分析，先對原水進行若干試驗，通過試驗來驗證一期二期污水特性區別，再結合各種方式對比結果，確定最終的污水處理工藝，具體工作如下：（1）采用臭氧催化氧化方式，來提高三元廢水的可生化性，B/C 比從0.114 提高至0.13 效果有限；（2）進行二元廢水和三元廢水物化試驗，采用投加各種鋁鹽、鐵鹽，效果都不好，最終經過試驗，采用先調節PH 值至10，再投加三氯化鐵藥劑，可以將污水中懸浮物變成絮體，泥水快速分層，二元廢水經過物化后，CODcr可以除去70%左右，三元廢水經過物化后，CODcr可以除去30%左右[5]。

之后，對試驗進行了不斷地修改工作，以確定該項目的可靠，在充分分析了一期和二期的生產工藝區別，以及原材料區別后，決定二期污水項目，仍然沿用一期經過實踐檢驗后的工藝路線并加以優化，工藝如下：三元廢水原水——三氯化鐵物化預處理-HUBF 厭氧罐（Φ8.0*21m）——接觸氧化池-沉淀池，然后出水與物化后的二元廢水混合，——EGSB 厭氧反應器-接觸氧化池-沉淀池-氣浮-出水達標排放，出水達到《污水排入城市下水道水質標準》（CJ343-2010），COD≤500 mg/L，BOD5≤300mg/L SS≤400 mg/L PH 6.0～9.0 總磷≤8mg/L，總氮≤70mg/L，氨氮≤45mg/L。去除效果數據如表3、表4 所示。

表3 三元廢水HUBF+接觸氧化法去除效果 單位：mg/L

表4 混合污水去除效果 單位：mg/L

5 工程經濟分析

該公司二期項目施工周期約6 個月，在2018 年初開始進水開展污水處理工作，經過一個月調試，達到預期目的，尤其是HUBF 厭氧罐的運行效果很好，遠超預期，原設計HUBF 厭氧罐進水CODcr≤40000mg/L, 去除率80%，實際運行中去除率達到95%，厭氧罐出水CODcr經常維持1000-2000 mg/L 左右。具體經濟性分析如下：廢水處理工程新增占地面積：450m2；廢水處理系統的總裝機容量：131.4KW；廢水處理系統的運行功率：50.7KW；6萬噸項目改擴建項目廢水處理系統處理能力：50m3/d。

三元廢水新建系統處理能力：80 m3/d；每日去除CODcr:3835kg/d；6 萬噸項目擴建項目設施投產后，不會產生很多生化剩余污泥。

6 結論

本文基于高濃度廢水處理問題進行了探究，結合某新材料科技股份有限公司二期污水處理工程，就一期廢水處理工藝優化進行了深入分析，最終通過對一期工程的優化，實現了二期廢水處理工程的優化設計，并提出采用新型HUBF 厭氧高塔反應器的建議，取得了良好的污水處理成果。