聚酯生產(chǎn)廢氣廢水的處理工藝研究

涂蘭蘭

（江蘇虹善工程科技有限公司，江蘇 蘇州 215000）

引言

聚酯生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的廢氣與廢水具有成分復(fù)雜、可生化性差、生物毒性等特點(diǎn)，由于低碳性強(qiáng)調(diào)的是在發(fā)展中降低能耗[1]，為了踐行低碳環(huán)保的理念，推動聚酯生產(chǎn)向現(xiàn)代化、可持續(xù)化方向發(fā)展，工作人員需要結(jié)合聚酯化纖企業(yè)廢水、廢氣的實(shí)際情況，選擇臭氧催化氧化、固定化生物濾池、生物強(qiáng)化、MBR、碳濾組合等工藝，降低廢水、廢氣中污染物的含量。

1 工程概況

江蘇某聚酯化纖企業(yè)生產(chǎn)廢水的日排放量約為48 t，由于實(shí)際生產(chǎn)過程中廢水的排放量存在一定的不可預(yù)見性，因此為了提高廢水的處理質(zhì)量與效率，該企業(yè)廢水處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)和處理能力為60 t/d。在對該企業(yè)生產(chǎn)廢水成分進(jìn)行測定后，可以初步確定，該企業(yè)廢水處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)的進(jìn)水pH值為6～9，每升廢水中COD含量為3～4.5 g/L，BOD5不大于300 mg/L，SS濃度為300～450 mg/L，NH3-N的含量不大于35 mg/L，動植物油的含量約為1.3 mg/L。為了保證處理后的出水能夠達(dá)到城市綠化回用水水質(zhì)的要求，該聚酯化纖生產(chǎn)企業(yè)應(yīng)保證處理后的出水符合《城市污水再生利用城市雜用水水質(zhì)》（GB/T 18920-2020）標(biāo)準(zhǔn)的要求。同時(shí)，在聚酯生產(chǎn)及生產(chǎn)廢水的處理工作中，均會產(chǎn)生一定量的廢氣。通過對該聚酯纖維生產(chǎn)企業(yè)的廢氣成分進(jìn)行檢測可以發(fā)現(xiàn)，廢氣污染物主要為乙二醇、甲醛、丙烯醛、丙烯醇等，其產(chǎn)生速率分別為0.28 kg/h、0.01 kg/h、0.23 kg/h和0.75 kg/h。為了降低廢氣直排造成的環(huán)境影響，必須對廢氣進(jìn)行凈化處理，使排放的氣體符合《化學(xué)工業(yè)揮發(fā)性有機(jī)物排放標(biāo)準(zhǔn)》（DB 32/3151-2016）的要求[2]。

2 工藝流程

為了實(shí)現(xiàn)廢氣廢水的有效處理，該聚酯化纖生產(chǎn)企業(yè)在明確廢氣廢水排放所執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，構(gòu)建了專門的廢水處理站，此廢水處理站的占地面積為200 m2，同時(shí)為了提高廢水處理工作的安全性，該企業(yè)在廢水處理站區(qū)域內(nèi)設(shè)置了專門的廢水處理水池，該水池的主體為碳鋼結(jié)構(gòu)，水池內(nèi)外先涂刷了二度防銹底漆，又涂刷了二度環(huán)氧防滲漆。

2.1 廢水處理工藝流程

為了滿足低碳社會的建設(shè)需要，避免聚酯化纖生產(chǎn)生成的廢棄物對環(huán)境造成污染，江蘇某聚酯化纖企業(yè)在明確生產(chǎn)環(huán)節(jié)廢水、廢氣產(chǎn)生原因、產(chǎn)量等因素的基礎(chǔ)上，制定了如圖1所示的廢氣廢水處理工藝流程。第一，該企業(yè)廠區(qū)內(nèi)的生活廢水在流經(jīng)隔柵處理后，流入調(diào)節(jié)池中。在此過程中格柵可以去除污水中的大塊雜質(zhì)，降低了污水泵堵塞的概率；第二，該企業(yè)廠區(qū)內(nèi)的工業(yè)廢水先流入工業(yè)廢水收集池中，然后通過池體上端的溢流口自流至調(diào)節(jié)池中；第三，調(diào)節(jié)池中的廢水經(jīng)提升泵傳輸至水解酸化池內(nèi)，提高了廢水的可生化化；第四，水解酸化后的廢水再進(jìn)入到固定化生物濾池中，在此過程中，需要向?yàn)V池中加入一定量的微生物菌劑；第五，添加微生物的污水流到MBR生物反應(yīng)池中，在微生物的作用下實(shí)現(xiàn)污水中大部分污染物的高效降解[3]；第六，降解處理后的污水再經(jīng)過炭濾塔過濾后，流入清水池暫存，最終作為廠區(qū)的綠化用水回用，提升了水資源的利用率。

圖1 廢氣廢水處理工藝流程

2.2 廢氣處理工藝流程

該企業(yè)在處理廢氣時(shí)，采取以下步驟：第一步，將收集到的生產(chǎn)系統(tǒng)的工藝尾氣與廢水處理系統(tǒng)的廢氣借助吸風(fēng)機(jī)送入噴淋塔中，使廢氣中的乙二醇、甲醛、丙烯酸、丙烯醇等可溶性物質(zhì)溶于水中；第二步，將廢氣洗滌產(chǎn)生的廢水送入工業(yè)污水收集池中。為了降低廢水的毒性、提高其可生化性，應(yīng)先將廢水送入臭氧氧化塔中進(jìn)行充分的氧化反應(yīng)；第三，采用活性炭對經(jīng)過噴淋洗滌處理后的廢氣做進(jìn)一步的吸附處理，保證廢氣經(jīng)20 m高的排氣筒達(dá)標(biāo)排放。

3 構(gòu)筑物及設(shè)備

3.1 格柵與集水井

為了避免廢水處理設(shè)備因大體積固體污染物的存在，出現(xiàn)運(yùn)轉(zhuǎn)故障的可能性，在正式將污水轉(zhuǎn)輸至廢水收集池前，該聚酯纖維企業(yè)在集水井前設(shè)置了規(guī)格為1.2 m×0.5 m×1.2 m的機(jī)械格柵，水井尺寸設(shè)計(jì)為4.0 m×2.0 m×5.0 m。同時(shí)，為了將去除了大型固體廢棄物的污水運(yùn)輸至廢水收集池內(nèi)，集水井區(qū)域需要安裝兩臺水泵，一臺作為輸水泵，另一臺作為備用泵。

3.2 工業(yè)廢水收集池

工業(yè)廢水收集池是儲存廢水的主要區(qū)域，在設(shè)計(jì)廢水收集池時(shí)，以企業(yè)實(shí)際廢水的日產(chǎn)量、日處理量為基礎(chǔ)，將收集池的規(guī)格設(shè)置為2.5 m×2.0 m×3.5 m；此外考慮到聚酯纖維廢水具有一定的腐蝕性，為了降低出現(xiàn)腐蝕裂隙、穿孔引發(fā)滲漏等環(huán)境污染事件的概率，在該廢水收集池內(nèi)部進(jìn)行了環(huán)氧防腐處理。

3.3 調(diào)節(jié)池

在工業(yè)廢水的毒性得到降解后，可以將其與生活污水共同注入調(diào)節(jié)池中，使廢水水質(zhì)均勻、廢水污染物含量降低。為了滿足工業(yè)廢水與生活污水的凈化處理需要，該聚酯纖維生產(chǎn)企業(yè)布置的調(diào)節(jié)池尺寸為2.5 m×3.5 m×3.5 m，其有效容積為22.5 m3。同樣，為了降低廢水中腐蝕性物質(zhì)對調(diào)節(jié)池使用壽命的影響，該調(diào)節(jié)池內(nèi)部設(shè)置了防腐層。為了提升水中有機(jī)物氧化分解效率，還在調(diào)節(jié)池內(nèi)安裝了穿孔曝氣管，通過將空氣注入曝氣池內(nèi)的方式，降低了后續(xù)臭氧氧化分解階段臭氧的消耗量[4]。

3.4 臭氧催化氧化塔

為了實(shí)現(xiàn)廢水中各類有機(jī)物、無機(jī)物的高效分解，該聚酯化纖生產(chǎn)企業(yè)結(jié)合廢水中污染物的具體種類與含量，建造了專門的臭氧催化氧化塔，通過每小時(shí)向廢水中注入一定量臭氧的方式，保證了廢水的凈化效果。

3.5 水解酸化池

在廢水經(jīng)臭氧催化氧化后，該聚酯纖維企業(yè)利用潛污泵將廢水傳輸至水解酸化池中，并調(diào)節(jié)廢水pH值，通過對廢水進(jìn)行酸化處理的方式提高廢水的可生化性，降低了廢水中COD的濃度。該企業(yè)設(shè)置的水解酸化池尺寸為4.8 m×2.5 m×3.5 m，水解酸化池的有效容積為36 m3，廢水在酸化池內(nèi)的停留時(shí)間約為14.4 h。

3.6 固定化生物濾池

水解酸化池中的廢水經(jīng)過溢流口自流至固定生化濾池中，該固定生化濾池底部設(shè)置有微孔曝氣裝置，系統(tǒng)持續(xù)向污水中注入壓縮空氣，為廢水中好氧微生物提供充足的氧氣，以便提高廢水中各類污染物的分解效率。該企業(yè)設(shè)置的固定過濾池的尺寸為4.8 m×2.5 m×3.5 m，其有效容積為36 m3，污水在其中的停留時(shí)間約為14.4 h。

3.7 MBR生物反應(yīng)池

在聚酯生產(chǎn)廢水處理系統(tǒng)中設(shè)置有專門的MBR生物反應(yīng)池，一方面，池內(nèi)設(shè)置了專門的曝氣系統(tǒng)，曝氣過程中的水氣體積比為20：1，可以使壓縮空氣通過管路進(jìn)入到廢水中，對廢水進(jìn)行曝氣處理。另一方面，可以借助回流裝置，通過定期回流的方式保持生化池內(nèi)的污泥濃度，從而提高微生物的含量。該企業(yè)設(shè)置的生化池尺寸為14.5 m×2.5 m×3.5 m，有效容積為108.75 m3，污水在其中的停留時(shí)間約為43.5 h。

4 處理系統(tǒng)運(yùn)行情況

4.1 各流程處理情況

4.1.1 臭氧催化氧化

為了提高廢氣廢水的凈化處理效率，處理人員需要對廢水的主要成分進(jìn)行分析，以明確各類污染物的具體處理方法。具體來說，考慮到廢氣噴淋得到的廢水中含有乙二醇、甲醛、丙烯酸、丙烯醇等揮發(fā)性有機(jī)污染物，且這類污染物不僅可以通過揮發(fā)直接進(jìn)入到大氣環(huán)境中，還會對人體健康造成嚴(yán)重地威脅。為了盡可能提升廢水處理效率，保障技術(shù)人員的人身安全，可以在廢氣廢水臭氧催化氧化系統(tǒng)中加入多元負(fù)載型催化劑，借助多元過渡金屬氧化物的催化氧化特性，加速羥基自由基的轉(zhuǎn)化速度，確保廢水在流入生化反應(yīng)池前，上述有毒有害污染物能夠被完全降解，在減少廢水中污染物含量的同時(shí)，避免上述有毒有害污染物毒害微生物，影響后續(xù)污水處理效率[5]。

4.1.2 水解酸化

酸化是指在污水處理工作中，采用水解酸化反應(yīng)，將污水中的大分子有機(jī)污染物轉(zhuǎn)化為小分子有機(jī)污染物，或?qū)⒂猩锒拘缘挠袡C(jī)物轉(zhuǎn)化為無生物毒性的有機(jī)物，降低了后續(xù)污染物凈化難度。在聚酯生產(chǎn)廢水處理中，通過水解酸化工不僅可以有效改善污水的可生化性，還能去除15%～18%的COD。

4.1.3 生物強(qiáng)化

在污水凈化中加入一定的微生物菌制劑可以有效降低污水中COD的含量。在該聚酯纖維企業(yè)污水凈化中應(yīng)用的微生物菌制劑是一種通過長期降解該類廢液、從活性污泥中篩選馴化得到的高效菌種，在污水中添加一定量的此類微生物制劑，可以加快污水中COD的降解速度。如圖2所示，在開始加入微生物菌制劑的第一周內(nèi)，廢水中的COD含量基本沒有什么變化，出現(xiàn)這一情況的原因?yàn)槲⑸镏苿┰趧偼度胛鬯袝r(shí)需要有一段時(shí)間的適應(yīng)期；在加入微生物制劑一周后，廢水中的COD含量開始下降。在沒有添加微生物菌制劑時(shí)，污水中的COD含量為114.3 mg/L，加入微生物制劑后，污水中的COD含量降低到98.3 mg/L。在該微生物制劑投入3個(gè)月后，廢水中的COD呈逐漸上漲的趨勢，這一現(xiàn)象出現(xiàn)的主要原因?yàn)閺U水中微生物的含量大幅度下降，此時(shí)需要在廢水中二次投加生物菌制劑，制劑投加量可以與第一次投加量保持一致。微生物制劑投加一周后，污水中的COD降解率在原有基礎(chǔ)上提高了16.4%。對上述數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析后可以發(fā)現(xiàn)，生物制劑的投加有效提高了廢水中COD的降解速度，能夠滿足聚酯生產(chǎn)環(huán)節(jié)污水凈化的需要。

圖2 投加微生物菌制劑前后污水中COD含量隨時(shí)間的變化情況

4.1.4 MBR生物反應(yīng)

在本次污水處理過程中，固定生化濾池與MBR生物反應(yīng)池的聯(lián)用可以進(jìn)一步提高廢水中COD的去除率。固定生化濾池可以有效增加廢水單位體積內(nèi)微生物的含量，MBR生物反應(yīng)池可以有效增強(qiáng)污水中微生物的抗沖擊負(fù)荷能力，降低污水的污泥負(fù)荷，增加水中大分子有機(jī)物與微生物的接觸時(shí)間，進(jìn)而提升有機(jī)物的降解效率。

4.2 處理成本分析

對該聚酯纖維企業(yè)生產(chǎn)廢氣廢水處理工作進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，可以了解到在整個(gè)廢氣廢水處理流程中，每立方米污水處理時(shí)的電費(fèi)為2.8元、菌劑投加費(fèi)用為0.2元、污泥處理費(fèi)用約為0.2元、人工費(fèi)用約為0.4元，在不考慮設(shè)備折舊費(fèi)用的情況下，每立方米廢水處理成本為3.6元。

5 結(jié)論

綜上所述，結(jié)合聚酯化纖企業(yè)的實(shí)際生產(chǎn)情況，綜合應(yīng)用臭氧催化氧化、固定化生物濾池、生物強(qiáng)化、MBR、碳濾組合等工藝，對聚酯生產(chǎn)所產(chǎn)生的廢氣廢水進(jìn)行科學(xué)的凈化處理，可以使處理后的污水符合《城市污水再生利用城市雜用水水質(zhì)》（GB/T 18920-2020）標(biāo)準(zhǔn)要求，廢氣符合《化學(xué)工業(yè)揮發(fā)性有機(jī)物排放標(biāo)準(zhǔn)》（DB 32-3151-2016）標(biāo)準(zhǔn)要求，從而為聚酯的安全生產(chǎn)提供了支持。