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化工废水两相厌氧-二级好氧处理技术
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化工废水因种类多、排放量大、浓度高、水质复杂、处理难度大而受到广泛的关注。对于可生物降解性较好的化工废水,国内外广泛采用生物处理工艺〔1〕。由于两相厌氧技术具有处理效率高、运行稳定等优点〔2〕,在各类化工废水处理中的研究较多〔3, 4, 5, 6〕。二级好氧技术的第一级以高负荷运行,第二级以低负荷运行,通过互不相关的两套回流系统,使第一级和第二级的微生物群体特性不同,有助于有机物的降解。笔者将两者组合形成两相厌氧—二级好氧处理技术,通过现场中试确定工艺参数,并应用于高浓度化工废水处理工程。
1 材料与方法
1.1 实验装置

两相厌氧—二级好氧中试装置设计规模为480L/d。两相厌氧装置中的产酸相采用CSTR 反应器,设有搅拌器,产甲烷相采用EGSB 反应器,设有循环系统;二级好氧均采用活性污泥法,其中一级好氧为高负荷设计,二级好氧为低负荷设计,设有独立的污泥回流系统。

中试装置工艺流程如图 1 所示。

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图 1 中试装置工艺流程

中试装置主要设备规格如表 1 所示。

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表 1 中试装置主要设备规格

1.2 运行参数
实验在苏南某化工企业现场进行。中试装置置于室外,对原水温度不进行调控,实验期水温在20~28.5 ℃之间。进水量为20 L/h,24 h 连续进水,连续出水。两相厌氧系统COD 负荷为5.6 kg/(m3·d),产甲烷反应器循环回流比700%; 一级好氧系统COD负荷为1.472 kg/(m3·d),二级好氧系统COD 负荷为0.035 kg/(m3·d),一、二级好氧污泥回流比均为500%。2009 年9 月6 日至2009 年11 月8 日为实验期。
1.3 实验水质
该化工企业在油漆、涂料、树脂和高沸点溶剂等产品生产过程中产生高浓度有机废水。通过检测发现,废水中含有多种有机物质,主要有:甲醇、丁内酯、丁二酸二甲酯、戊二酸二甲酯、己二酸二甲酯、3-己烯酸二甲酯、2-己烯酸二甲酯、三羟甲基丙烷-1,2,3 - 三甲酸三乙酯、辛二酸二甲酯等。此外,企业还有水环真空泵排水、初期雨水、少量厂内生活污水等低浓度废水排放。实验原水为该化工企业高浓度有机废水经混凝沉淀后与低浓度废水的混合废水。实验原水COD 为5 700~7 400 mg/L,BOD 为2 000~3 000 mg/L,pH 为7.08~8.10。COD 采用国家标准方法测定,pH 采用玻璃电极法测定。
2 中试结果
2009 年6 月底启动两相厌氧装置,酸化反应器接种污泥取自一化工厂的水解酸化池,投加量约100 L,产甲烷反应器接种污泥取自另一化工厂厌氧池,投加量约100 L;启动初期进水用废水配置而成,COD 3 000 mg/L 左右,并按m(COD)∶m(N)∶m(P)=200∶5∶1 添加N、P 等营养盐,控制pH 为7 左右,进水量280 L/h;16 d 后将进水量增加至480 L/d,进水COD 提高到6 000 mg/L 左右,约15 d 后出水COD稳定在2 200~3 000 mg/L。随后启动二级好氧装置,好氧接种污泥取自该厂原曝气池,两相厌氧出水直接进入好氧系统,连续运行1 个月后好氧各项运行参数正常,出水水质稳定。2009 年9 月6 日起进入正常实验阶段。
2.1 两相厌氧系统
两相厌氧系统进出水COD 如图 2 所示。

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图 2 两相厌氧系统进出水COD

实验期间两相厌氧平均进水COD 为6 541.2 mg/L,酸化阶段平均出水COD 为6 186.8 mg/L,产甲烷阶段平均出水COD 为3 071.2 mg/L;酸化阶段COD 平均去除率为5.4%,产甲烷阶段COD 平均去除率为50.4%,整个两相厌氧阶段COD 平均去除率为53.0%。

2.2 二级好氧系统
二级好氧系统进出水COD 如图 3 所示。

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名称尺寸规格有效容积/L 备注产酸反应器D560×1 600 360 配搅拌器1 台产甲烷反应器D400×1 970 200 配循环计量泵1 台一级好氧池800×800×2 000 1 000 安装微孔曝气头1 只中沉池D300×825 竖流式沉淀池,配回流计量泵1 台二级好氧池800×1 600×2 000 2 000 安装微孔曝气头2 只终沉池D300×825 竖流式沉淀池,配回流计量泵1 台工业水处理 2013-09,33(9) 邹敏,等:化工废水两相厌氧—二级好氧处理技术研究及应用47由图 3 可见,实验期间二级好氧平均进水COD为3 071.2 mg/L,第一级好氧平均出水COD 为146.1mg/L,第二级好氧平均出水COD 为93.4 mg/L;第一级好氧COD 平均去除率为95.2%,第二级好氧COD平均去除率为36.1%,整个二级好氧系统COD 平均去除率为97.0%。

2.3 两相厌氧—二级好氧生化系统

实验结果表明:当中试装置进水温度维持在20 ℃以上时,温度变化对两相厌氧—二级好氧生化系统COD 去除率影响较小,整个生化系统的COD去除率均高于95%。系统出水COD 较稳定,在60~120 mg/L 之间,平均值为93.4 mg/L,尚不能稳定达到江苏省地方标准《太湖地区城镇污水处理厂及重点工业行业主要水污染物排放限值》(DB 32/T1072—2007)的要求,因此,需要结合深度处理技术,进一步降低水中污染物。
3 工程化应用
根据现场中试结果,以“两相厌氧—二级好氧”为关键处理技术,对该化工企业现有废水处理系统进行提标改造,处理出水达到DB 32/T1072—2007的要求。该工程高浓度工艺废水预处理设计处理能力为50 m3/d,综合废水总设计处理能力为350m3/d。
3.1 处理工艺
提标改造后的工艺流程如图 4 所示。

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图 4 改造工程工艺流程

由图 4 可见,高浓度工艺废水经混凝沉淀去除胶体物质和悬浮物后,与低浓度废水在混配池中混合后进入两相厌氧—二级好氧生化处理系统,经生物降解后进入由活性炭滤池和硅藻土处理池组成的深度处理系统,确保处理出水达标排放。两相厌氧—二级好氧生化处理系统依照中试结果确定的工艺参数进行设计。酸化池、产甲烷池和第一级好氧池新建,第二级好氧池由原有生化池改造而成。
3.2 运行效果
经过3 a 的运行,总体上处理系统稳定,对水质水量变化的适应性强,具有很强的耐冲击负荷的能力。活性炭滤池中装填的活性炭是企业生产过程中使用过的废活性炭,且从未进行更换。2011 年一次现场采样检测的水质实测数据如表 2 所示。

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表 2 处理系统水质实测数据 注:除色度(倍)、pH 外,其他检测项目单位均为mg/L。

由表 2 可见,处理系统的COD、BOD 去除率均很高,显示出该系统对有机污染物具有良好的去除能力。长期运行结果表明:当废水温度维持在20 ℃以上时,两相厌氧—二级好氧生化系统COD 平均去除率可达到98%以上。当废水温度低于20 ℃时,需进行加热以确保生化系统处理效果。而经深度处理后的最终出水各项指标均达到了DB 32/T1072—2007的要求。
3.3 运行成本
以两相厌氧—二级好氧为核心的集成处理工艺不仅具有良好的处理效果,而且运行费用较低,具有高效低耗的特点。当综合废水实际处理水量为300m3/d 时,人工费为600 元/d(定员6 人,工资3 000元/月)、电费为1 536 元/d〔电价0.8 元/(kW·h)〕、药剂费用为398 元/d,则直接运行成本为2 534 元/d,折吨水处理成本为8.45 元。其中两相厌氧—二级好氧单元的处理成本约为3.4 元/t,相当于去除1 kgCOD 约为0.50~0.58 元,与提标改造前相比降低约12%~24%,具有较好的经济性。
4 结论

(1)针对特定的化工废水,两相厌氧—二级好氧中试结果表明:当两相厌氧系统COD 负荷为5.6kg/(m3·d),一级好氧系统COD 负荷为1.47 kg/(m3·d),二级好氧系统COD 负荷为0.035 kg/(m3·d),且废水温度高于20 ℃时,两相厌氧系统平均COD 去除率为53%,二级好氧系统平均COD 去除率为97%,整个两相厌氧—二级好氧生化系统的平均COD 去除率高于95%。

(2)采用“混凝沉淀+两相厌氧—二级好氧+深度处理” 的集成工艺应用于高浓度化工废水处理工程,工程化应用表明:该集成工艺具有处理效果好、耐冲击、运行稳定、处理成本低的优点,当废水温度维持在20 ℃以上时,两相厌氧—二级好氧生化系统COD 平均去除率达98%以上,再经深度处理后,最终处理出水可以达到DB 32/T 1072—2007 的要求。

 

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