高濃度有機廢水處理及回用工程實踐研究

收稿日期：2023-11-22

作者簡介：呂小芳（1984—），女，江蘇泰州人，碩士，高級工程師。研究方向：環境管理及環保工程技術。

摘要：本文以某化工企業為例，采用“微電解-高級芬頓氧化-生物處理-砂濾-炭濾-反滲透-三效蒸發”的組合工藝，對其排放的高濃度有機廢水進行處理。工程實踐表明，系統維持相對穩定時，出水指標均可滿足企業內部生產用水的水質要求，實現廢水零排放。

關鍵詞：高濃度有機廢水；微電解；高級芬頓氧化；生物處理；回用；零排放

中圖分類號：X78 文獻標識碼：A 文章編號：1008-9500（2024）01-0-04

DOI：10.3969/j.issn.1008-9500.2024.050

Research on Engineering Practice of High Concentration Organic Wastewater Treatment and Reuse

LYU Xiaofang

（Suzhou Institute of Environmental Sciences， Suzhou 215123， China）

Abstract： Taking a chemical enterprise as an example， this paper adopts a combination process of “micro electrolysis-advanced Fenton oxidation-biological treatment-sand filtration-carbon filtration-reverse osmosis-three effect evaporation” to treat the high concentration organic wastewater discharged from it. Engineering practice has shown that when the system is relatively stable， the effluent indicators can meet the water quality requirements for internal production water in the enterprise， achieving zero discharge of wastewater.

Keywords： high concentration organic wastewater; micro electrolysis; advanced Fenton oxidation; biological treatment; reuse; zero emissions

某化工企業的主要產品為高分子材料，生產過程產生大量中間體廢水，生產廢水產生量約為50 t/d，廢水主要含有醇類、甲苯、二甲苯等污染物，毒性較大，有機物濃度高，可生化性較差。該新建項目位于太湖流域，按照《太湖流域管理條例》《江蘇省太湖水污染防治條例》的要求，應當實現含氮磷生產廢水的零排放。因此，本項目需要合理選用工藝對含氮磷生產廢水進行深度處理，達到回用標準后，尾水全部回用。項目設計進水及出水水質如表1所示。主要監測指標有化學需氧量（CODCr）、五日生化需氧量（BOD5）、總氮（TN）、總磷（TP）、甲苯、二甲苯和pH。該項目于2021年12月開始設計，然后進行施工和調試，歷時12個月，2022年12月完成廢水處理設施的環保驗收。

1 廢水處理工藝流程

該化工企業生產廢水成分復雜，有機物濃度高，含鹽量高，毒性大，可生化性差，若采用傳統的生物處理法，則很難達到企業的回用要求[1-3]。鐵炭微電解法是一種成本低廉、操作維護和運行管理方便、處理效果較佳的廢水處理方法，近些年在石化廢水、染料廢水和制藥廢水的預處理方面取得較好的效果。采用微電解-芬頓氧化法作為生產廢水的主要預處理方案，預處理可使有機物的可生化性大大提高[4-5]。

經過前期的小型試驗和水質檢測，確定該處理工藝的主要流程。生產廢水經車間內廢水收集管網直接排放至污水處理站，因原水懸浮物（SS）含量較低，首先進行預曝氣，使廢水勻質勻量，再利用調整池調節pH（加酸調節pH到酸性），然后廢水進入鐵炭反應池；鐵炭反應池出水進行芬頓反應后，再次調節pH至堿性，使水中的金屬離子形成沉淀，再投加絮凝劑，形成大顆粒絮體后沉降析出；沉淀池的出水再次加入酸性物質，回調pH至中性。

預處理后的廢水進入主廢水處理工段。首先，廢水直接排入升流式厭氧污泥床（UASB）進水池，UASB進水池設置加熱裝置，然后廢水進入厭氧處理裝置，厭氧處理裝置采用高效厭氧UASB反應池，在UASB反應池中，水中難生化處理的有機污染物可實現降解，厭氧出水經UASB沉淀池后進入厭氧好氧（AO）反應系統，經過好氧反應，水中的有機污染物進一步降解，通過污泥回流和硝化液回流進行反硝化脫氮反應，AO反應系統出水經泥水分離后通過砂濾器、炭濾器、保安過濾器以及反滲透（RO）系統進一步深度處理，出水穩定達標后全部回用。其中，RO濃水通過三效蒸發器或低溫蒸發器等處理設備蒸發結晶，結晶濃縮液進行離心脫水，脫水后的蒸發殘液作為危險廢物委托有資質單位處置，清液循環蒸發處理。三效蒸發器或低溫蒸發器產生的蒸汽冷凝液回到缺氧工段。具體處理工藝流程如圖1所示。

2 主要處理構筑物與設備

2.1 調節池

調節池用于收集生產廢水，可以起到均質均量的作用。設提升泵兩臺，1用1備，配備空氣動力攪拌系統進行廢水的均質均量。采用鋼筋混凝土結構，內襯采用玻璃鋼作為防腐材料，設計尺寸為5 000 mm×

5 000 mm×4 500 mm，水力停留時間為48 h。

2.2 pH調整池1

在調整池內加入酸性物質，調節pH至酸性（pH取3～4），配備機械攪拌設施1套、pH在線控制器1套和自動加酸裝置1套。采用鋼筋混凝土結構，內襯采用玻璃鋼作為防腐材料，設計尺寸為1 200 mm×

1 200 mm×2 000 mm，水力停留時間為0.5 h。

2.3 鐵炭進水池

pH調整后的廢水排入鐵炭進水池，該池設有

1個3 m3的聚乙烯水箱，配備提升泵2臺，1用1備，水力停留時間為1.4 h。

2.4 鐵炭反應池

鐵炭反應池是電化學法的一種廢水預處理設施，多用于工業廢水的處理，特別是色度大、苯環等難以生化降解的高濃度廢水。鐵炭微電解過程是pH較低的廢水與固定床填料發生氧化還原反應，在水流通過的狀態下，填料中陰陽電極間的微電流流動使得污染物中的部分官能團發生改變，從而影響污染物的特性，降低廢水色度，進一步提高廢水的可生化性。池體設計直徑為1 600 mm，深度為3 000 mm，材質為鋼襯膠，鐵炭填料容積為4 m3，水力停留時間為2 h。

2.5 芬頓反應池

在芬頓反應池中加入一定量的氧化劑（濃度30%的H2O2），該池配備機械攪拌設施1套、氧化還原電位（ORP）在線控制器1套和氧化劑投加裝置

1套。采用鋼筋混凝土結構，內襯采用玻璃鋼作為防腐材料，設計尺寸為1 200 mm×1 200 mm×2 000 mm，

水力停留時間為0.5 h。

2.6 pH調整池2

在調整池中加入氫氧化鈉，調節pH至8左右，該池配備機械攪拌設施1套、pH在線控制器1套和氫氧化鈉投加裝置1套。采用鋼筋混凝土結構，內襯采用玻璃鋼作為防腐材料，設計尺寸為1 200 mm×

1 200 mm×2 000 mm，水力停留時間為0.5 h。

2.7 絮凝沉淀池

在絮凝沉淀池向廢水中投加高分子絮凝劑，并攪拌混合，使顆粒物凝聚后加速沉淀從而實現分離。該池配備機械攪拌設施1套和絮凝劑投加裝置1套。采用鋼筋混凝土結構，內襯采用玻璃鋼作為防腐材料，設計尺寸為1 200 mm×1 200 mm×2 000 mm，水力停留時間為0.5 h。

2.8 物化沉淀池

采用斜板沉淀池，該池具有去除效率高、停留時間短、占地面積小等優點。采用鋼結構，內襯采用玻璃鋼作為防腐材料，設計尺寸為1 200 mm×2 400 mm×

3 500 mm，表面負荷為0.72 m3/（m2·h），水力停留時間為3.9 h。

2.9 UASB進水池

UASB進水池用于厭氧反應器的配水，同時配套蒸汽加熱裝置，在氣溫較低時對廢水進行加熱處理（通常35～37 ℃），以保證厭氧過程的處理效率。采用鋼筋混凝土結構，設計尺寸為2 000 mm×2 000 mm×

3 500 mm，水力停留時間為5.8 h。

2.10 UASB反應池

物化處理后的廢水進入UASB反應池，在各類厭氧微生物的作用下，生產廢水中的有機污染物發生厭氧反應，生成甲烷、二氧化碳等混合氣體，再經三相分離器進行固相、液相、氣相的分離。UASB反應池采用鋼結構，內部設環氧瀝青防腐材料，設計有效容積為100 m3，水力停留時間為2 d，設計直徑為

4 000 mm，深度為8 000 mm。為確保沼氣安全排放，配套設置二級水封裝置（設計直徑600 mm，深度

1 500 mm）。另設溫度控制系統3套，用于測定不同高度的反應器溫度。

2.11 UASB沉淀池

經三相分離器實現固、液、氣分離后，會有少量的污泥排出。設置UASB沉淀池，UASB反應池的出水進入該沉淀池，泥水混合物在池內再次進行固液分離，部分污泥回流到UASB反應池，部分污泥直接排放至污泥濃縮池。UASB沉淀池采用豎流式，為鋼筋混凝土結構，設計直徑為3 000 mm，深度為5 000 mm。

2.12 缺氧池

溶解氧含量為0.0～0.5 mg/L時，廢水中的難降解大分子有機污染物逐漸降解為小分子物質，增強污染物的可生化性，反硝化細菌在缺氧條件下進行反硝化反應。池內設高效生物脫氮填料（高度3 m），池內設置2臺潛水攪拌機，實現污泥與廢水的充分混合。采用鋼筋混凝土結構，設計尺寸為2 000 mm×

3 000 mm×3 500 mm，水力停留時間為8 h。

2.13 好氧池

缺氧反應后，廢水進入好氧池，好氧池溶解氧含量一般維持在4 mg/L左右，在各種好氧微生物的作用下，廢水中大量有機物轉化為CO2和H20，從而達到降低CODCr的目的，好氧池中活性污泥的濃度維持在4 000 mg/L左右。設2臺混合液回流泵（1用1備），混合液回流比為150%～200%。采用鋼筋混凝土結構，設計尺寸為3 000 mm×6 000 mm×3 500 mm，水力停留時間為24 h。

2.14 二次沉淀池

二次沉淀池采用豎流式，好氧反應后的廢水進入二次沉淀池，在重力作用下進行泥水分離。其中，上清液回流至中間水池，沉淀后的污泥直接排入污泥濃縮池。采用鋼筋混凝土結構，設2臺污泥回流泵（1用1備），設計直徑為3 000 mm，深度為5 000 mm。

2.15 中間水池

沉淀后的廢水排放至中間水池儲存，中間水池配備一個2 m3水箱和2臺提升泵（1用1備），水力停留時間為1.0 h。

2.16 自動砂濾器

生產廢水在砂濾器內被深度過濾，懸浮物和膠體等得到進一步去除，通過石英砂濾料的截留、沉降和吸附作用達到凈水目的。石英砂過濾器一般有兩種反洗方式，一種為氣水反洗，另一種為水反洗。氣水反洗是利用空氣氣泡和石英砂濾料相互摩擦，再利用石英砂濾料顆粒間的摩擦力，最后利用石英砂濾料和水相沖的摩擦力，相互作用后可最大限度地增加反沖洗效果，經反水洗后石英砂濾料可實現再次充分過濾。砂濾器直徑為600 mm，深度為1 500 mm，過濾速度為7.5 m/h，反洗頻率為一天一次，反洗歷時

8～10 min，濾層高度為1.2 m。

2.17 炭濾器

炭濾器能夠吸附去除水中的余氯，還可吸附小分子有機污染物，且對水中的膠體、色素、重金屬離子等都有較明顯的吸附作用，從而實現對CODCr的進一步去除。另外，可進一步降低RO系統進水的於塞指數，保證其小于5。炭濾器直徑為600 mm，深度為

1 500 mm，過濾速度為7.5 m/h，濾層高度為1.2 m。

2.18 保安過濾器

保安過濾器可以將水中殘存的微量懸浮顆粒、膠體、微生物等截留或吸附在濾芯表面和孔隙中，處理后可滿足RO系統對進水水質的要求。保安過濾器濾芯過濾精度為5 μm。

2.19 RO系統

RO系統主要由RO膜元件（2支）、加藥系統、清洗系統以及可編程邏輯控制器（PLC）自控系統等組成。其中，RO膜元件采用聚酰胺抗污染反滲透膜，設計處理規模為1.0 m3/h，采取24 h連續運行，產水率約為60%。

2.20 三效蒸發器

三效蒸發器的原理是在真空低溫條件下對廢水進行蒸發濃縮或蒸發結晶，將RO濃水通過蒸發方式加以濃縮，蒸發過程使得含雜質溶液得以濃縮、結晶。設計處理規模為1.0 t/h，每天有效運行時間為20 h。

3 工藝控制要點和系統運行情況

本方案廢水中有機污染物濃度較高，可生化性較差。首先采用鐵炭微電解和芬頓強氧化預處理，將CODCr降低到7 255～8 162 mg/L，BOD5/CODCr比提高至0.10～0.15，然后采用生化處理系統（UASB厭氧反應和缺氧好氧反應）將CODCr降低到400 mg/L左右。

本工程自2022年3月進水調試以來已穩定運行近一年時間，從實際檢測結果可知，生化出水CODCr濃度基本能夠穩定在362～402 mg/L，RO系統出水CODCr濃度穩定在12～18 mg/L，其他主要污染物水質指標如表2所示。最終的出水水質完全可以達到該化工企業生產用水的水質要求，廢水回用率達100%，廢水實現全部回用。RO系統產水率為60%～65%，企業每天可節省30 t新鮮用水，節能減排效果尤其明顯。

4 廢水處理運行成本分析

項目運行近一年來，處理水量為50 t/d，該工藝方案在技術和經濟上具有可行性。廢水處理成本主要包括4項。電費單價為2.61元/t，藥劑成本為6.64元/t，燃氣鍋爐的天然氣費用為128.6元/t，工作人員工資為2.25元/t。經合計，噸水處理成本為140.1元/t。

5 結論

采用“微電解-高級芬頓氧化-生化處理-砂濾-炭濾-反滲透-三效蒸發”組合工藝處理高濃度有機廢水是可行的，出水指標均可滿足企業生產用水的水質要求，達到含氮磷生產廢水零排放的目的。采用高級芬頓氧化工藝時，要明確控制要點。進水pH控制在3.0～4.0，H2O2投加量為8～10 mL/L，芬頓氧化時間為0.5 h。該工程的生產廢水處理規模為50 t/d，設備總投資約為243萬元（未包括土建），一次性投資較大。

參考文獻

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